Теплоизоляция и звукоизоляция, созданная на основе вспененной пластмассы, применяется во множестве отраслей по всему миру уже далеко не первое десятилетие. На протяжении всего этого срока сфера применения таких материалов только расширялась, и потребность в них возрастала в разы – и особенно это касается пенополиизоциануратов и пенополиуретанов, сокращения – ППУ и ПИР. Эти материалы особенно широко востребованы в строительстве, как в гражданском, так и в промышленном. Как показывает опыт использования данных материалов в рамках строительства, особого внимания достоин аспект пожаробезопасности таких материалов. Опыт их эксплуатации и последствия пожаров в сооружениях промышленного и гражданского назначения создали вполне однозначное мнение о том, что при пожаре пенополиуретаны становятся источником повышенной опасности.
По этой причине проводились специальные работы с целью изучения процесса горения данных материалов и показателей их токсичности в процессе воздействия высоких температур – основная часть публикаций такого рода приходится на 70-е годы. Основные результаты были получены преимущественно в этот временной отрезок, и те работы, что проводились в последующие годы, по большей части играли лишь вспомогательную функцию и дополняли перечень имеющейся информации. В рамках данного же обзора, предлагающего краткую информацию, найдутся полезные сведения для специалистов, включая и пожарных, - она актуальна для пенополиуретана и пенополиизоцианурата, которые широко применяются в хозяйстве.
Если рассматривать пенопоилуретаны жесткого типа, а также и пенополиизоцианураты, необходимо отметить, что они являются полимерными материалами ячеистого типа, неплавкими, пространственно сшитыми, а их структура относится к категории закрытопористой. В основе данных видов материала лежит полиольный компонент, также входит в нее и полиизоцианат при соотношении от 1:1 до 1:2, применяются также вспенивающие агенты, катализаторы и пенорегуляторы, обычно они содержатся не более чем в рамках 2-3%, и потому на их участие в процессе горения можно не заострять особого внимания. И важно отметить такой момент: вопреки непрофессиональному мнению, пенополиуретаны и пенополиизоцианураты, как и полимеры прочих типов, самостоятельно в процессе горения участия не принимают. Непосредственно в горении участвуют продукты термического разложения, производные от данных материалов, и при сильном повышении температур в первую очередь наблюдается химическое разложение пенополиуретана или пенополиизоцианурата, результатом которого становится появление соединений низкомолекулярного типа.
То есть, при нагревании полимеров указанного типа возникает смесь из продуктов низкомолекулярного характера, в результате разложения исходных материалов, и конкретный состав смеси будет напрямую зависеть от условий, в которых происходит горение. В качестве примера стоит рассмотреть поведение материалов пенополиуретан и пенополиизоцианурат при нарастании температуры в условиях отсутствия доступа воздуха.
Пенополиуретан в процессе диссоциации возвращается к исходным компонентам, к полиолу и полиизоцианату, и этот процесс наблюдается при температурных показателях в 170-200 градусов положительной шкалы по Цельсию. Что до пенополиизоцианурата, в составе которого наблюдается изоциануратный цикл с большей устойчивостью, то тут разложение начинается от показателя в +300°С. Дальнейшее повышение температур приводит к разложению полиизоцианата и полиола. В процессе исследований было установлено, что в условиях, когда изоцианатная составляющая разогревается до температуры выше +300 градусов, начинается разложение с появлением специфического желтого дыма, полимочевины летучего типа, если говорить об эластичных пенополиуретанах. Если рассматривать жёсткие пенополиуретаны или пенополиизоцианураты, появляются полимочевины и поликарбодиммиды нелетучего свойства.
Когда речь заходит о нагреве до 600 градусов и выше, поликарбодиммиды и полимочевины разлагаются, порождая низкомолекулярные соединения летучего типа в большом объеме – это толуол и бензол, толуолнитрил или бензонитрил. Эти азотосодержащие соединения проходят через расщепление ароматического кольца с образованием ацетонитрила, акрилонитрила, а также синильной кислоты и ненасыщенных соединений разного типа. Сложность механизма разложения полиольных субстанций остается изученным не до конца по сей день, так как он обладает высокой сложностью. Лабораторные же исследования процессов такого разложения показали, что при росте температур до 450 градусов определяются такие соединения, как бутандиен, окиси углерода (угарного газа), двуокись углерода (углекислый газ), тетрагидрофуран, следы синильной кислоты, дигидрофуран, бутандион, вода. Если пенополиуретан содержит полиэтиленгликоли, обнаружить удается также этиленгликоль, воду, метан, этан, ацетальдегид, угарный газ (следы), пропан, бутан, этиленоксид, формальдегид. Также полиолы порождают среди продуктов разложения и такие вещества, как хлористый метилен и пропилен, изобутилен, трихлорофторометан и пропанал, акролеин, следы лишенных атомов азота веществ. Вещества, перечисленные выше, синтезируются в процессе нагревания пенополиуретанов и пенополиизоциануратов в условиях отсутствия кислорода, то есть, без доступа воздуха. Реальный же пожар при условии доступа такового создает деструкцию с образованием углекислого и угарного газов, воды и окислов азота. При неполном сгорании, которое может реализоваться в тех или иных конкретных условиях, может наблюдаться наличие как синильной кислоты, так и прочих органических соединений из категории низкомолекулярных.
Продукты, порождаемые вспенивающим агентом и антипиреном стоит рассмотреть отдельно. В рамках эксперимента было замечено появление малолетучих соединений хлора и фосфора, это определялось при температурах в 200 – 400 градусов. Более высокие температуры дают фосфор - полифосфорную кислоту, которая наблюдается в обугленных элементах. Указанные выше сведения позволяют судить о том, что основой токсических компонентов, которые выделяются при сгорании пенополиуретанов и пенополиизоциануратов на любой из стадий пожара, при любых температурных показателях, становится угарный газ. Все лабораторные исследования показали, что синильная кислота в продуктах сгорания указанных материалов имела содержание в 6-10 раз ниже, нежели показатели по угарному газу. Также при этом стоит отметить, что созданные лабораторные условия были экстремальными, редкими для реальных пожаров. В реальных пожарах, согласно замерам, показатели были ниже и не достигали указанных в лабораториях критических отметок.
Необходимо подчеркнуть, что окислы азота, как и синильная кислота, синтезируются при сгорании соединений органического характера с содержанием азота, и это относится к синтетическим тканям разного типа, коже и шерсти. И даже более того: при сгорании любая органика дает угарный газ. Пенополиуретаны и пенополиизоцианураты, которые вполне можно сравнить с органическими соединениями иного типа, выделают токсины при более высоких температурах – если сравнивать токсическое воздействие продуктов нагрева шерсти, древесины сосны и пенополиуретана, смертность подопытных животных при использовании обеих видов природной органики составляла 100 процентов при нагреве до 400 градусов. Однако пенополиуретан и продукты его разложения давали тот же эффект при нагреве до 500 градусов, не менее. Показательны и исследования концентрации синильной кислоты, которая определялась при 700 градусах, повышалась в концентрации в 28 раз при 850 градусах, и при 1000 градусах, повысившись в содержании в 50 раз, достигала наконец заметного показателя.
Оценивая показатели пенополиуретана и пенополиизоцианурата касаемо вопросов пожарной безопасности, следует отметить, что материалы из этих категорий обладают целым рядом преимуществ перед другими используемыми материалами сгораемого типа. И эти преимущества достигаются за счет невысокой плотности упомянутых материалов – она меньше в 15-50 раз, нежели у любых органических соединений, которые относятся к монолитному типу, что дает уменьшение общего количества сгораемого материала на единицу объема. Преимуществом становится и пониженная теплопроводность таких материалов с их мелкоячеистой закрытопористой структурой – таким образом удается воспрепятствовать глубинному прогреву материала и локализовать термическое разложение исключительно в поверхностном слое.
Также необходимо отметить, что введение в состав материалов антипиренов исключает долгий срок самостоятельного горения пенополиуретана и пенополиизоцианурата, способных вспыхнуть лишь менее чем на 10 секунд. Процесс же тления при этом исключается полностью. Все эти преимущества подчеркивают целесообразность применения определенных мер снижения пожарной безопасности для пенополиуретана и пенополиизоцианурата, когда они используются на значительных поверхностях в качестве теплоизоляции, и особенно актуальными эти меры окажутся для закрытых помещений. Так, среди рекомендаций, которые смогут дать специалисты, стоит отметить такие:
Использование при необходимости неорганических и негорючих защитных покрытий, Применение данных материалов совместно с другими, для которых свойственно легкое возгорание и высокие температуры при горении, Использовать при повышенных требованиях к огнестойкости материалы со специализированной рецептурой, более устойчивой к термическим воздействиям, Делить по мере необходимости поверхности с изоляцией на секции, которые будут препятствовать возгоранию большого объема материала, Соблюдать ТУ и инструкции в процессе нанесения, избегать введения не оговоренных веществ, изменения дозировки и прочих изменений.
Источник: Институт Химии Древесины Академии Наук Латвии