Підвищення ефективності вогнезахисту деревини шляхом послідовного просочування антипіреном і полімерним антисептиком

Размещено на http://www.allbest.ru/

МВС України

Харківський інститут пожежної безпеки

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

21.06.02 - пожежна безпека

Підвищення ефективності вогнезахисту деревини шляхом послідовного просочування антипіреном і полімерним антисептиком

Борисов Петро Федотович

Харків - 2000

Дисертацєю є рукопис.

Робота виконана в Харківському інституті пожежної безпеки МВС України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Жартовський Володимир Михайлович, Київський факультет Черкаського інституту пожежної безпеки МВС України імені Героїв Чорнобиля, професор кафедри пожежної профілактики.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Фомін Станіслав Леонідович, професор кафедри залізобетонних та кам'яних конструкцій Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури,

кандидат технічних наук, доцент Сирих Василь Миколайович, завідувач сектором пожежно-технічних досліджень НДІ ім. професора М.С. Бакаріуса Міністерства юстиції України (м. Харків).

Провідна установа: Севастопольський військово-морський інститут ім. П.С. Нахімова Міністерства оборони України, кафедра живучості кораблів, водолазних і судопід'ємних робіт.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Кривцова В.І.

Анотація

Борисов П.Ф. Підвищення ефективності вогнезахисту деревини шляхом послідовного просочування антипіреном і полімерним антисептиком. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - пожежна безпека. - Харківський інститут пожежної безпеки МВС України, Харків, 2000.

Дисератцію присвячено питанню підвищення ефективності вогнезахисту деревини. Розроблено новий напрямок поверхневого просочування деревини. Встановлено, що з точки зору вогнезахисту полімерний антисептик є синергістом щодо антипірену. Показано, що в результаті послідовної поверхневої обробки антипіреном і полімерним антисептиком підвищується ефективність вогнебіозахисту деревини: оброблена у такий спосіб деревина належить до групи важкогорючих матеріалів. Розроблено нормативні документи на промислове виробництво та практичне застосування комбінованого просочувального складу.

Ключові слова: антипірен, полімерний антисептик, поверхневе просочування деревини, вогнебіозахист деревини, синергіст, важкогорючий матеріал.

Аннотация

Борисов П.Ф. Повышение эффективности огнезащиты древесины путем последовательной пропитки антипиреном и полимерным антисептиком. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - пожарная безопасность. Харьковский институт пожарной безопасности МВД Украины, Харьков 2000.

Диссертация посвящена вопросу повышения эффективности огнезащиты древесины. Разработано новое направление поверхностной пропитки древесины. Установлено, что с точки зрения огнезащиты полимерный антисептик является синергистом по отношению к антипирену. Показано, что в результате последовательной поверхностной обработки древесины антипиреном и полимерным антисептиком повышается эффективность огнебиозащиты древесины: обработанная таким способом древесина относится к группе трудногорючих материалов. Рассмотрены теоретические аспекты процесса вымывания антипирена из огне- и огнебиозащищенной древесины. Разработана модель процесса вымывания антипирена из пропитанной древесины, на поверхности которой имеется полимерная пленка антисептика. Лимитирующей стадией этого процесса является диффузия молекул антипирена через полимерную пленку антисептика. Выведена математическая зависимость определения коэффициента диффузии через полимерную пленку антисептика. Экспериментально установлено, что такая пленка препятствует вымыванию антипирена из древесины. Установлено наличие индукционного периода процеса вымывания антипирена из огнебиозащищенной древесины. Показано, что разработанная теоретическая модель этого процесса адекватно отражает его механизм. Разработаны нормативные документы на промышленное производство и практическое применение пропиточного состава. Проведены технико-экономические и экологические исследования нового способа огнебиозащиты древесины. При высокой эффективности огнебиозащиты древесины стоимость применяемых по этому способу материалов ниже, чем по традиционным способам. По токсикологическим параметрам разработанная пропиточная смесь относится к веществам 4 класса опасности, т.е. является безопасным веществом. Применение нового способа огнебиозащиты древесины позволяет отказаться от использования в качестве антисептика вредных веществ второго и первого классов опасности.

Ключевые слова: антипирен, полимерный антисептик, поверхностная пропитка древесины, огнебиозащита древесины, синергист, трудногорючий материал.

Abstract

Borisov P.F. Efficiency increasing of flame retardance of wood by sequential impregnation antipyrene and polymeric antiseptic. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 21.06.02 - fire hazard. - the Kharkov institute of fire safety MIA of Ukraine, Kharkov, 2000.

The dissertation is devoted to a problem of efficiency increasing of flame retardance of wood. In the work the new direction of superficial impregnation of wood is developed. Is established, that polymeric antiseptic is a synergist for antipyrene. The sequential impregnation of wood antipyrene and polymeric antiseptic leads to efficiency increasing of flame retardance of wood, transfers wood in group of difficult combustible materials. The normative documents for industrial production and practical application of impregnation structure are developed.

Key words: antipyrene, polymeric antiseptic, superficial impregnation of wood, flame bio proofed wood, synergist, difficult combustible material.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Деревина як будівельний матеріал знаходить широке застосування завдяки високим фізико-механічним та експлуатаційним властивостям. Однак деревина належить до горючих речовин і в більшості випадків саме вона є найбільш небезпечним матеріалом. За офіційними статистичними даними з 1978 по 2000 рік в Україні виникло більше як 130 000 пожеж, з них 93% були на об'єктах з високим ступенем завантаження деревиною.

Ефективним способом зниження горючості деревини є обробка її вогнезахисними матеріалами, різновидами якої є поверхневе та глибоке просочування антипіренами. Поверхневе просочування дозволяє перевести деревину до групи важкозаймистих матеріалів, а глибоке просочування - до групи важкогорючих матеріалів (за ГОСТ 30219-95). Однак глибоке просочування можна застосувати тільки до нових дерев'яних конструкцій. До того ж ці операції пов?язані з використанням вакууму або надлишкового тиску і потребують складного спеціального обладнання. Технологічний процес триває декілька діб, а вартість вогнезахищеної деревини надто висока.

У зв'язку з широким застосуванням деревини як будівельного матеріалу проблема підвищення ефективності вогнезахисту деревини є актуальною з точки зору необхідності підвищення рівня пожежної безпеки в Україні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дослідження, що становлять предмет даної дисертаційної роботи, проводилися відповідно до "Державної програми забезпечення пожежної безпеки на 1995-2000 роки", затвердженої Постановою Кабінету Міністрів України від 3 квітня 1995 року № 238, і комплексного плану науково-дослідних робіт Українського науково-дослідного інституту пожежної безпеки МВС України на 2000 р.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає у підвищенні ефективності вогнезахисту деревини шляхом послідовного просочування її антипіренами і полімерними антисептиками.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі основні задачі:

провести аналітичні дослідження сучасного стану вогнезахисту деревини просочувальними складами;

провести теоретичні дослідження процесу вимивання антипірена з вогне- та вогнебіозахищеної деревини;

розробити експериментальну методику дослідження процесів вимивання антипірена з деревини;

розробити рецептуру комбінованого просочувального складу для деревини з антипірена і полімерного антисептика;

провести комплекс експериментальних досліджень ефективності вогнезахисту деревини комбінованим просочувальним складом із антипірена і полімерного антисептика;

розробити нормативну документацію на виробництво комбінованого просочувального складу для вогнебіозахисту деревини;

розробити інструкцію (рекомендації) щодо застосування комбінованого просочувального складу із антипірена і полімерного антисептика в практичних умовах для підвищення ефективності вогнебіозахисту деревини.

Наукова новизна. Вперше проведено комплекс теоретичних і експериментальних досліджень щодо вогнебіозахисту деревини антипіреном і полімерним антисептиком та виявлено ефект синергізму дії цих речовин у процесах вогнезахисту деревини шляхом послідовної обробки її антипіреном і полімерним антисептиком, розкрито механізм цього ефекту. Поверхневе просочування деревини антипіреном і полімерним антисептиком дозволяє отримати важкогорючий матеріал. Розроблено модель вимивання антипірена з вогнебіозахищеної деревини.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено комбінований спосіб поверхневого просочування деревини, що полягає в послідовній обробці деревини оптимізованим складом антипірена (діамонійфосфат, сульфат амонію, піноутворювач) і полімерним антисептиком "Акватон" (чи "Гембар") дозволяє отримати деревину з високим ефектом вогнебіозахисту (важкогорючий матеріал) і з низьким ступенем токсичності. Використання такої деревини в будівництві дозволить знизити ризик виникнення і можливості розвитку пожеж, а також збільшити тривалість експлуатації конструкцій із дерева. Розроблено нормативно-технічну документацію у вигляді токсикологічного паспорта на просочувальний склад ДСА-1 (IV клас небезпеки за ГОСТ 12.1.007 Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности) і технічні умови ТУ У 13672801.002-1999 "Суміш просочувальна для поверхневої вогнебіозахисної обробки деревини ДСА-1". Розроблено рекомендації щодо практичного застосування просочувального складу ДСА-1 підприємствами, які виконують протипожежні роботи.

Реалізація результатів роботи. Просочувальний склад ДСА-1 і рекомендації щодо його практичного застосування використовуються підприємствами Добровільного пожежного товариства України, НВП пожежної техніки "Фактор", КАТ "Рось", ВМП "Аксоль" та іншими підприємствами, які проводять вогнебіозахист деревини.

Особистий внесок здобувача:

розроблено модель вимивання антипірену з вогнебіозахищеної деревини;

оптимізовано рецептуру антипірену;

проведені теоретичні та експериментальні дослідження ефективності вогнезахисту деревини шляхом комплексної обробки антипіреном і полімерним антисептиком;

розроблено комбінований спосіб просочування деревини антипіреном і полімерним антисептиком для підвищення ефективності вогнебіозахисту деревини;

розроблено технічну документацію на виробництво комбінованого просочувального складу для вогнебіозахисту деревини.

Апробація результатів дисертації. За основними результатами дисертаційної роботи представлено 6 доповідей:

на IV науково-практичній конференції "Пожежна безпека - 99" (м. Черкаси, 1999);

на міжнародній науковій конференції "Національна архівна спадщина: проблеми збереження" (м. Київ, 1999);

на наукових семінарах УкрНДІПБ МВС України та ДПТ України (м. Київ).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 8 статей, 2 тез доповідей.

Структура роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 115 посилань, двох додатків. Зміст роботи викладено на 130 сторінках машинописного тексту, який включає 7 ілюстрацій та 20 таблиць.

2. Зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи, відображено наукову новизну та практичну значущість результатів роботи.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан питання, пов'язаного з проблемою вогнезахисту деревини.

Поглиблено розглянуто питання про стан нормативно-технічної бази з вогнезахисту деревини. За останні 10 років підвищилися вимоги до якості вогнезахисту деревини, введено в дію ГОСТ 30219-95 "Древесина огнезащищенная. Общие технические требования. Методы испытаний. Транспортирование и хранение", за яким класифікація ефективності вогнезахисту, порівняно з ГОСТ 16363-76 Средства защитные для древесины. Методы определения огнезащитных свойств, додатково містить вимоги за показником "індекс поширення полум'я". Однак у стандарті наведено тільки якісні характеристики процесів вимивання антипірену із вогнезахищеної деревини. На жаль, у цьому документі відсутні вимоги щодо токсичності антипіренів. Екологічні питання в стандарті зовсім не розглядаються.

В цьому розділі значну увагу приділено аналізу ефективності вогнезахисту деревини за допомогою просочувальних речовин. Відзначається тенденція поширення застосування комбінованих просочувальних складів із антипірена і антисептика для вогнебіозахисту деревини. На такі просочувальні склади існує технічна документація, зокрема стандарт ГОСТ 28815-90 Растворы водные защитных средств для древесины. Технические условия. Однак за цим стандартом у рецептурі багатьох сумішей використовуються в якості антисептика речовини І класу небезпечності (пентахлорфенолят натрію) та ІІ класу небезпечності (фториди натрію, амонію та ін.). Так, в Україні набули поширення просочувальні склади МС, МС (1:1), МС-02, які містять такі небезпечні речовини, як фториди натрію та амонію.

Більшість антипіренів і антисептиків, які входять до складу просочувальних сумішей, під час експлуатації під дією вологого повітря вимиваються з деревини, і вже через 6 місяців просочена деревина стає горючою. Небагато публікацій присвячено механізму вимивання антипіренів з вогне- та вогнебіозахищеної деревини. В даній роботі розглянуто загальні питання масопереносу розчинів різних речовин у капілярно-пористих матеріалах, до яких безумовно належить деревина.

У зв'язку з розглянутими питаннями запропоновано наукову гіпотезу, яка полягає в тому, що підвищення ефективності вогнезахисту деревини можна досягти шляхом комбінованого просочування її антипіреном та полімерним антисептиком. Виходячи з цього, було сформульовано мету, визначено область досліджень та основні їх напрямки.

Другий розділ присвячено теоретичним дослідженням процесів вимивання антипірену з вогнезахищеної деревини. Деревина, просочена антипіреном сумішшю амонійних солей фосфорної та сірчаної кислот, являє собою капілярно-пористий матеріал, пори якого заповнені сольовим антипіреном. Процес вимивання антипірену з деревини під час експлуатації можна уявити таким чином. Капілярно-пориста структура деревини адсорбує молекули води з повітря, внаслідок чого утворюється плівка розчинника. В порах відбувається розчинення сольового антипірену і під впливом різних факторів масопереносу розчинені солі переміщуються до поверхні деревини, де внаслідок випаровування води утворюються кристали, які обсипаються під дією гравітаційних сил. Так шар за шаром відбувається поступове вимивання антипірену. Цей процес за фізичною суттю подібний до процесу так званої пошарової обробки капілярно-пористих матеріалів, тому останній вибрали за модель процесу вимивання антипірену з вогнезахищеної деревини.

У квазістаціонарному наближенні лінійне розподілення концентрації у напрямку перпендикулярному до поверхні відпрацьованого шару (І) з рухомою границею за граничних умов і має такий вигляд:

, (1)

де R - половина товщини зразка, x - відстань від поверхні зразка в перпендикулярному напрямку, - відстань між рухомим фронтом перетворення і поверхнею зразка, - концентрація речовини, яка вимивається, на поверхні зразка, - концентрація речовини, яка вимивається, на фронті фазового перетворення, - початкова концентрація речовини, яка вимивається, в матеріалі зразка.

Якщо нехтувати концентрацією антипірену у відпрацьованій зоні по відношенню до його концентрації у невідпрацьованій зоні (ІІ), що, як правило, справедливо за винятком моментів часу, які близькі до часу повного відпрацювання зразка, тоді відносна частка від початкової кількості антипірену , яка залишилася в деревині до моменту часу може бути геометрично визначена в залежності від координати фронту :

(2)

Градієнт концентрації у напрямку перпендикулярному до поверхні відпрацьованого шару залежить від його товщини

і, таким чином, кількість антипірену, що дифундує за час від зовнішньої поверхні тіла до фронту дорівнює

.

Ця кількість відповідає переміщенню фронту на величину , де - початкова концентрація антипірену в зразку. Таким чином, одержуємо просте диференційне рівняння для визначення координати фронту фазового переміщення в глибині зразка:

(3)

інтегрування якого за початкових умов дає параболічну залежність для поточної координати фронту:

 (4)

Змінне значення відносної частки антипірену в зразку визначається таким співвідношенням:

(5)

Кінетичне співвідношення (5) може бути застосоване для експериментального визначення величини коефіцієнта ефективної дифузії , якщо в процесі експерименту вимірюється зміна відносної концентрації антипірену в часі. Дослідні результати подають в координатах і після визначення тангенсу кута нахилу отриманої прямої, що дорівнює , обчислюють значення . Існування режиму пошарової обробки деревини підтверджується фактом розташування дослідних точок в координатах поблизу прямої лінії.

Експериментальне визначення коефіцієнта дифузії антипірена зручніше проводити шляхом дослідження кінетики збільшення концентрації компонентів антипірену в рідкому середовищі, (наприклад, у воді, в яку занурено зразок деревини).

Зовсім іншим є механізм процесу масопереносу антипірену з деревини, на поверхні якої існує полімерна плівка антисептика, наприклад, полігексаметиленгуанідін хлориду "(Акватон"). При цьому слід очікувати наявність індукційного періоду, тривалість якого буде визначатись швидкістю дифузії молекул води до капілярів деревини та часом утворення водного розчину антипірену. Після завершення цих процесів повинен розпочатися процес дифузії антипірену через полімерну плівку у водне середовище навколо зразка вогнебіозахищеної деревини.

Процес дифузії антипірену крізь полімерну плівку розглянуто у квазістаціонарному наближенні для випадків сферичної та плоскої геометричних форм зразків деревини.

Рівняння стаціонарної дифузії сольового антипірену крізь полімерну плівку на поверхні плоского зразка має вигляд:

, (6)

де Сх - концентрація сольового антипірену на відстані х від середини зразка (по товщині).

Дворазове інтегрування рівняння (6) дає:

, (7)

де А і В - постійні інтегрування, які знайдемо за граничних умов: при ; при , де Н - половина товщини зразка; h- товщина полімерної плівки, С0, С1 - відповідно концентрація антипірену в глибині та зовні зразка. В результаті нескладних математичних перетворень одержуємо:

(8)

Дифузійний потік через плоску поверхню, яка покрита плівкою:

(9)

де - площа поверхні.

Підставляючи (8) в (9), отримуємо:

(10)

Прирівнюючи дифузійний потік (10) до швидкості зміни маси речовини, що дифундує, знаходимо:

(11)

де - час; - об'єм рідкого середовища.

Зробивши декілька математичних перетворень, одержуємо лінійне диференційне рівняння для знаходження С1:

(12)

де - концентрація антипірену в зразку до початку досліду;

- відношення об'ємів рідкого середовища і зразка.

Інтегрування рівняння (12) за початкових умов: при дає:

(13)

Оскільки в дослідах звичайно 1, то з достатньою для практики точністю:

 (14)

З виразу (14) випливає, що, побудувавши залежність від часу , де - експериментально знайдене значення концентрації антипірену у рідкому середовищі, отримаємо пряму лінію. За тангенсом кута нахилу цієї прямої визначається коефіцієнт при , тобто

Отже, коефіцієнт дифузії сольового антипірену з об'єму зразка назовні скрізь полімерну плівку визначається за формулою:

. (15)

У третьому розділі викладено результати проведених у комплексній постановці експериментальних досліджень ефективності захисту деревини після обробки її антипіреном і полімерним антисептиком.

Ступінь біозахищеності деревини визначали за ГОСТ 9.048-89 ЕСЗКС "Изделия технические. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов" після її обробки антисептиками "Гембар" (за ТУ У 21643506.001=97) та "Акватон" (за ТУ У 25274537.002-98). Слід відзначити, що ці антисептики належать до речовин IV класу небезпечності - малонебезпечні речовини.

Біоцидні властивості полімерних препаратів "Гембар" та "Акватон" були визначені в біологічній лабораторії Державного науково-технологічного центру консервації і реставрації пам'ятників (ДНТЦ "Конрест"). Результати досліджень засвідчили високу антисептичну ефективність препаратів, яка перевищує ефективність контрольного препарату "Катапіна". Біозахищеність деревини досягається шляхом обробки 1-2%-вим водним розчином препарату "Гембар" або "Акватон". Присутність антипіренів у деревині не позначається на ефективності біозахисту деревини.

Аналіз літературних даних щодо ефективності антипіренів показав, що індивідуальні речовини не задовольняють сучасним вимогам, більш ефективними є суміші. Найбільш ефективним антипіреном є суміш, яка складається з діамонійфосфату, сульфату амонію та змочувальника (змочувальниками можуть бути розчини піноутворювачів, які використовуються для пожежогасіння). Встановлення оптимального співвідношення діамонійфосфату (ДАФ) сульфату амонію (СА) і піноутворювача ("Пегас"), як компонентів антипірену, за умови досягнення мінімальної втрати маси зразка деревини під час випробувань з визначення горючості за стандартною методикою, було проведено шляхом реалізації повного факторного експерименту типу 23 за планом Бокса-Уілсона. В результаті реалізації крутого сходження визначено оптимальне співвідношення компонентів в антипірені, мас. %: ДАФ - 21; СА - 10,6, піноутворювач - 1,08.

Наступні дослідження були спрямовані на визначення ефективності вогнезахисту деревини, здійсненого шляхом послідовної обробки її антипіреном з оптимальним співвідношенням компонентів і полімерним антисептиком. Ефективність вогнезахисту досліджували за стандартною методикою визначення групи горючості (ГОСТ 16363). Аналіз літературних даних показав, що за вмісту антипірену МС у деревині 40-45 кг/м3 (в розрахунку на безводні солі) можна досягти високої ефективності вогнезахисту (така деревина належить до першої групи горючості). За вмісту антипірену 29-30 кг/м3 деревина належить до ІІ групи горючості (допустима ефективність), а за вмісту антипірену менше 25 кг/м3 позитивного ефекту вогнезахисту досягти не вдавалося.

Виходячи з цього було виготовлено 3 серії зразків просоченої деревини розробленим антипіреном: І - зразки з вмістом антипірену 21-23 кг/м3; ІІ - 29- 31 кг/м3; ІІІ - 43 кг/м3. Після просочування деревини антипіреном зразки через 3- 4 години обробляли розчином полімерного антисептика методом напилення з пульверизатора. Окрім того, з метою зменшення розчинності полімерної плівки антисептика "Акватон" ще через 3-4 години зразки обробляли водним розчином полімеру карбоксиметилцелюлози (КМЦ). КМЦ належить до аніонактивних полімерів і з катіонактивним полімером "Акватон" утворює водонерозчинний комплекс. Плівка водонерозчинного комплексу на поверхні вогнезахищеної деревини може перешкоджати вимиванню антипірену з деревини і тим самим сприяючи збільшенню терміну її експлуатації. Результати дослідження ефективності вогнезахисту деревини шляхом послідовної обробки антипіреном, ансептиком та розчином КМЦ наведено в табл. 1.

Таблиця 1. Ефективність вогнезахисту зразків деревини шляхом послідовної обробки антипіреном, антисептиком "Акватон", карбоксиметилцелюлозою (КМЦ)

Серія зразків	Витрата сухих солей, кг/м3	Витрата антисептика "Акватон", г/м2	Витрата КМЦ, г/м2	Максимальна температура димових газів, 0С	Середня втрата маси, %	Група ефективності вогнезахисту за ГОСТ 30219
1105	22	0,0	0,0	570	31	горючі
1105	22	2,3	0,0	300	16	ІІ
1105	22	2,3	2,3	290	14	ІІ
1106	31	0,0	0,0	330	15	ІІ
1106	31	2,3	0,0	280	8,4	ІВ
1106	31	2,3	2,3	270	8,2	ІВ
1107	43	0,0	0,0	220	8,6	ІВ
1107	43	2,3	0,0	190	75	ІВ
1107	43	2,3	2,3	190	6,8	ІБ

Результати, наведені в табл. 1, засвідчують, що зразки деревини після обробки антипіреном і антисептиком за ефективністю вогнезахисту відносяться до матеріалів першої групи ефективності (важкогорючі матеріали). Ці результати підтверджуються і після визначення індекса поширення полум'я по поверхні оброблених зразків за методикою ГОСТ 12.1.044. Тоді, відповідно до ДСТУ 30219-95, зразки деревини після послідовної обробки антипіреном і полімерним антисептиком класифікуються як важкогорючий матеріал (див. табл.2).

Таблиця 2. Результати визначення індекса розповсдження полум'я по поверхні зразків вогне- та вогнебіозахисної деревини

Серія зразків	Витрата сухих солей, кг/м3	Витрата антисептика "Акватон", г/м2	Витрата КМЦ, г/м2	Індекс поширення полум'я за ГОСТ 12.1.044	Група ефективності вогнезахисту за ГОСТ 30219
1108	23	0,0	0,0	27	горючі
1108	23	4,6	2,3	21	ІІ
1106	31	2,3	2,3	7,35	ІВ
1107	43	2,3	0,0	5,12	ІВ
1109	29	4,6	2,3	4,68	ІБ

Таким чином, послідовне просочування деревини антипіреном та полімерним антисептиком дозволяє підвищити ефективність вогнезахисту деревини, з використанням нетоксичних речовин, перетворити її на біозахищений матеріал ІV класу небезпечності.

Аналіз експериментальних результатів (табл. 1) дозволяє стверджувати, що полімерний антисептик "Акватон" служить синергістом до антипірена, що являє собою суміш ДАФ, СА і піноутворювача. Механізм цього явища з'ясовували із застосуванням термогравіметричного аналізу полімерного антисептика. Було встановлено, що температура самоспалахування антисептика "Акватон" дорівнює 4250С. Починаючи з температури 1450С відбувається топлення полімеру, а в межах температур 320-3750С спостерігається значний ендотермічний ефект, зумовлений його піролізом (рис. 2). Такі фізико-хімічні властивості полімеру сприяють гальмуванню термодеструкції целюлози в умовах пожежі. Це призводить до прояву ефекту синергізму в напрямку підвищення ефективності вогнезахисту деревини шляхом комплексної обробки її антипіреном і полімерним антисептиком.

Збереження вогнезахисних властивостей антипірену залежить від того, як швидко він вимивається з деревини. Для дослідження цього явища, крім теоретичних моделей, розроблено експериментальну методику дослідження процесу вимивання антипірену з вогнезахищеної деревини. В цій методиці стійкість до вимивання оцінюється за двома параметрами: за величиною індукційного періоду до початку дифузії компонентів антипірену в об'єм рідкого середовища та за величиною коефіцієнта ефективної дифузії. Ці параметри визначено під час дослідження кінетики збільшення вмісту одного з компонентів антипірену, зокрема сульфату амонію, шляхом вимірювання концентрації сульфат-іону ваговим методом.

За результатами дослідження кінетики вимивання антипірену з вогнезахищеної деревини можна констатувати, що індукційного періоду для цих зразків не спостерігається. Хід залежності свідчить про те, що експериментальні точки розташовуються поблизу прямої лінії, а це означає, що процес вимивання відповідає запропонованій моделі пошарового вимивання антипірену з капілярно-пористої структури деревини. З використанням рівняння (5) знайдено значення коефіцієнта ефективної дифузії антипірена з вогнезахищеної деревини, яке становить 3*10-6 м2/с.

Результати дослідження кінетики вимивання антипірену з вогнебіозахищеної деревини за різної товщини плівки полімерного антисептика "Акватон", в тому числі після обробки її карбоксиметилцелюлозою, свідчать про наявність індукційного періоду. Незважаючи на досить жорсткі умови вимивання (зразки деревини занурювались у водний розчин сульфату, в якому його концентрація значно нижча, ніж у деревині), індукційний період досягає двадцяти хвилин. Характер розташування експериментальних точок на графіках залежності за моделлю вимивання антипірену з вогнебіозахищеної деревини, свідчить про адекватність теоретичної моделі експериментально досліджуваному процесу вимивання антипірену з вогнебіозахищеної деревини.

Після знаходження tg для прямих, якими описується кінетика вимивання антипірену із зразків вогнебіозахищеної деревини (серії 206, 207, 208), з використанням рівняння (15), визначено значення коефіцієнта ефективної дифузії антипірену для різних зразків вогнебіозахищеної деревини. Для зразків серії 206 м2/с, для зразків серії 207 м2/с, для зразків серії 208 м2/с.

Четвертий розділ присвячено практичній реалізації розробленого способу вогнебіозахисту деревини. Результати експериментальних досліджень, викладені в розділі 3, зокрема щодо оптимізованої рецептури антипірену, лягли в основу розробки технічних умов ТУ У 13672801.002-1999 "Суміш просочувальна для поверхневої вогне- та біозахисної обробки деревини ДСА-1". Просочувальна суміш складається з двох частин: антипірену (20% ДАФ, 10% СА, 1% піноутворювача, решта - вода) та антисептика (1%-ний водний розчин "Акватона" або "Гембара"). Разом з НВП "Фактор" та Комітетом з питань гігієнічного регламентування МОЗ України розроблено "Токсиколого-гігієнічний паспорт суміші просочувальної для поверхневої обробки деревини ДСА-1". Цю суміш віднесено до 4 класу небезпечності (мало небезпечні речовини). Для впровадження у практику нового способу вогнебіозахисту деревини розроблено і затверджено ГУДПО МВС України "Рекомендації по застосуванню просочувального складу для поверхневої вогне- і вогнебіозахисної обробки деревини ДСА-1".

В цьому розділі також розглянуто техніко-економічні та екологічні аспекти нового способу вогнебіозахисту деревини. Розрахунки вартості вогнезахисту 1 м2 деревини різними вогнебіозахисними складами наведено в табл. 3.

Таблиця 3. Розрахунок вартості вогнезахисту 1 м2 деревини вогнебіозахисними складами

Назва складу	Група ефективності	Антипірен	Антисептик	Вартість вогнезахисту 1 м2, коп
		ДАФ	СА	Піноутворювач	NaF
		Витрата, г/м2	Вартість, коп/м2	Витрата, г/м2	Вартість, коп/м2	Витрата, г/м2	Вартість, коп/м2	Витрата, г/м2	Вартість, коп/м2
МС ТУ 294-00229452421-96	ІІ	142,5	21,4	35,5	0,35	7	0,35	14,6	2,19	25,3
МС-02 ТУ 294-002-11240316-97	ІВ	327	49,2	107	1,07	17	0,85	43,8	6,6	57,7

Як свідчать дані табл. 3, за новим способом вогнебіозахисту можна одержувати вогнебіозахищену деревину, яка за ефективністю вогнезахисту належить до ІВ групи (важкогорючі матеріали). Вартість вогнебіозахисту 1 м2 деревини шляхом обробки складом ДСА-1 на 8,4 коп нижча порівняно з вартістю вогнебіозахисту за традиційним методом. Окрім цього суттєвим є екологічний аспект, який полягає у можливості використання полімерного антисептика ІV класу небезпечності замість інших, значно шкідливіших антисептиків.

Висновки

1. Проведені теоретичні та експериментальні дослідження дали змогу розробити новий спосіб вогнебіозахисту деревини, що полягає в послідовній поверхневій обробці її антипіреном і полімерним антисептиком, внаслідок чого значно підвищується ефективність вогнезахисту деревини - шляхом поверхневого просочування вдається одержувати важкогорючу деревину.

2. Розглянуто теоретичні питання, що стосуються процесів вимивання антипірену з просоченої деревини. Розроблено модель процесу вимивання антипірену з вогнебіозахищеної деревини. Лімітуючою стадією процесу вимивання є дифузія молекул компонентів антипірену крізь полімерну плівку антисептика. Виведено математичну залежність, за допомогою якої можливе експериментальне визначення коефіцієнта дифузії антипірену крізь полімерну плівку антисептика.

3. Із застосуванням методу математичного планування експерименту визначено оптимальну рецептуру антипірену.

4. Проведено експериментальні дослідження ефективності вогнезахисту деревини шляхом просочування різними антипіренами. Встановлено, що після послідовного поверхневого просочування деревини антипіреном і полімерним антисептиком ефективність вогнезахисту вища, ніж після глибокого просочування антипіреном. Висока ефективність вогнезахисту пояснюється проявленням ефекту синергізму дії антипірену і полімерного антисептика на гальмування термічної деструкції макромолекул целюлози. Розглянуто механізм цього явища.

5. Проведено дослідження ефективності біозахисту деревини шляхом обробки її антипіреном і полімерним антисептиком і встановлено, що за мінімальної витрати полімерного антисептика "Акватон" - 2,3 г/м2 досягається ефективний біозахист деревини. Присутність антипірену в деревині на ефективності біозахисту не позначається.

6. Розроблено методику дослідження процесів вимивання антипіренів з вогне- та вогнебіозахищеної деревини. Експериментально встановлено, що плівка полімерного антисептика перешкоджає вимиванню антипірену з деревини. Розглянуто механізм вимивання антипірену з вогнебіозахищеної деревини. Підтверджено адекватність теоретично розробленої моделі механізмові вимивання. Встановлено індукційний період процесу вимивання антипірену з вогнебіозахищеної деревини.

7. Розроблено технічні умови ТУ У 13672801-002-1999 "Суміш просочувальна для поверхневої вогнебіозахисної обробки деревини ДСА-1" та токсиколого-гігієнічний паспорт на цю суміш, яка складається з антипірену і полімерного антисептика і належить до речовин IV класу небезпечності (малобезпечні речовини).

8. Розроблено рекомендації щодо застосування просочувального складу ДСА-1 для поверхневої вогнебіозахисної обробки деревини.

9. Проведено техніко-економічні розрахунки та екологічну оцінку розробленого способу вогнебіозахисту деревини. За даними розрахунків, вогнебіозахисна обробка 1 м2 деревини за цим способом оцінюється на 8,4 коп. дешевше, ніж за традиційними способами. Суттєвою перевагою розробленого способу є використання речовин IV класу небезпечності замість шкідливих речовин I і II класів небезпечності.

Основні публікації за матеріалами дисертації

вогнезахист деревина антипірен полімерний антисептик

1. Жартовский В.М., Борисов П.Ф., Саенко А.И. Новые возможности улучшения огне- и биозащищенности древесины. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. научн. трудов. Вып. 5 - Харьков: ХИПБ, 1999. - с. 101-105.

2. Борисов П.Ф. Предпосылка к новому подходу совмещенной защиты конструкций из дерева от возгорания и биоразрушения. // Коммунальное хозяйство городов. Научно-технический сборник. Вып. 19. - Киев. "Техника", 1999. - с. 104-108.

3. Борисов П.Ф. Теоретические исследования процесса вымывания антипирена из огнебиозащищенной древесины. // Коммунальное хозяйство городов. Сб. науч. трудов, Вып. 22 - Киев. "Техника", 2000. - с. 263-266.

4. Борисов П.Ф. Совмещенная защита конструкций из дерева от возгорания и биоразрушения. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. трудов. Вып. 6. - Харьков: ХИПБ, 1999. - с. 13-18.

5. Борисов П.Ф., Жартовский В.М., Козин Е.А. Оптимизация рецептуры смесевого антипирена из диаммонийфосфата, сульфата аммония и пенообразователя. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. научн. трудов. Вып. 7. - Харьков: ХИПБ, 2000. - с. 36-40.

6. Борисов П.Ф. Экологические аспекты применения антисептиков при огнезащитной обработке древесины. // Пожежна безпека. Науковий збірник.- Черкаси: ЧІПБ МВС України, 1999. - с. 21-22.

7. Борисов П.Ф., Жартовский В.М. Новый подход к огнезащитной обработке древесины. // Пожежна безпека. Науковий збірник. Черкаси: ЧІПБ МВС України, 1999. - с. 22-24.

8. Жартовский В.М., Борисов П.Ф. Исследования в области улучшения огнезащищенности древесины. // Бюлетень пожежної безпеки. Науково-технічні проблеми та рішення. Вип. 1. - Київ., "Пожінформтехніка", 1999. - с. 20-22.

9. Борисов П., Жартовский В., Харченко И. Направления совершенствования огнезащитной пропитки древесины. // Бюлетень пожежної безпеки. Науково-технічні проблеми та рішення. Вип. 3.- Київ., "Пожінформтехніка", 2000. - с. 21-23.

10. Жартовский В.М., Борисов П.Ф., Шурубура А.К. Защита целлюлозных материалов от возгорания и биоразрушения. // Національна архівна спадщина: проблеми збереження. - Київ, 2000. - с. 117-123.

Размещено на Allbest.ru

...