Разработка комплексных огнебиовлагозащитных составов с использованием термических и микологических методов анализа

На правах рукописи

Мельников Никита Олегович РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНЫХ ОГНЕБИОВЛАГОЗАЩИТНЫХ СОСТАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕРМИЧЕСКИХ И МИКОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность (химическая технология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2010

Работа выполнена на кафедре надежности и безопасности технологических процессов Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева и в ОАО «Сенежская научно-производственная лаборатория защиты древесины».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Акинин Николай Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Русин Дмитрий Леонидович кандидат технических наук Стрелков Виталий Петрович

Ведущая организация: ФГУ «Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны» (ФГУ ВНИИПО МЧС России)

Защита состоится _ 20 г. в часов на заседании диссертационного Совета Д 212.204.15 в Российском химико-технологическом университете им. Д.И.

Менделеева (125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20) в конференц-зале ректората.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат разослан 20 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.204.15 д.т.н., проф. Васин А.Я.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Развитие общества сопровождается обострением негативных проблем, лежащих в сфере экологии и безопасности жизнедеятельности. Особое место здесь занимают пожары и биологическая деструкция материалов, а также негативное воздействие биологических агентов разрушения на здоровье человека.

Необходимость соблюдения норм пожарной безопасности при проектировании и строительстве объектов с применением горючих материалов обусловило появление ряда разработок по огнезащите материалов и конструкций из древесины путем нанесения на их поверхность огнезащитных средств, базирующихся в большинстве на известных антипиренах с варьируемым соотношением и целевыми добавками. Имеются и технические решения по изготовлению материалов с введением антипиренов в структуру в технологическом процессе производства.

Второй не менее важной проблемой с точки зрения обеспечения безопасности является повышение стойкости материалов к биодеструкции, стойкости против биологических агентов разрушения.

Для деревянных конструкций в строительстве наиболее опасной принято считать биодеструкцию, вызванную низшими растениями – грибами. Это приводит к потере несущей способности конструкций, обрушению или деформации, при наступлении которой исключается возможность дальнейшей эксплуатации. Кроме того многие виды грибов патогенны или условно патогенны по отношению к человеку и животным, и могут вызывать многочисленные, иногда смертельные заболевания. Химический метод – практически единственный универсальный способ борьбы с грибами.

Значительная часть применяемых в современной практике препаратов обладают различными недостатками, например, узким спектром действия, высокими нормами расхода, низкой устойчивостью в окружающей среде и, напротив, излишней персистентностью, токсичностью для растений, животных и человека. К тому же у грибов со временем развивается резистентность к токсинам, вследствие чего последние теряют былую эффективность.

Таким образом, одной из важнейших задач для повышения пожарной безопасности и стойкости к различного рода биологическим агентам разрушения деревянных строительных конструкций является создание, совершенствование и научно обоснованное применения высокоэффективных комплексных огнебиозащитных средств и способов их применения, что в свою очередь требует не только дополнительного изучения процессов горения и биодеструкции древесины, но и тщательного подбора компонентов огнебиозащитных составов.

Целью настоящей работы являлся подбор оптимального комплекса методов для испытания и оптимизации огнебиовлагозащитных составов для древесины и материалов на её основе, а также разработка рецептур комплексных препаратов, основываясь на выбранных методах анализа.

Достижение поставленной цели потребовало решение следующих задач:

- анализа существующих средств и методов повышения огнебиовлагостойкости деревянных строительных конструкций, а также изучение процессов горения и биодеструкции огнезащищенной древесины;

- подбора компонентов и оптимизации комплексных огнебиовлагозащитных составов с использованием методов термического, дифференциально-термического и микологического анализов;

- исследования физико-химических и огнебиовлагозащитных свойств разрабатываемой композиции;

- установления оптимальных технологических параметров производства и нанесения композиции в промышленных условиях;

- проведения опытно-промышленного внедрения разработанной композиции.

Научная новизна работы:

- Впервые экспериментально подтверждена возможность получения комплексного огне-, био-, влаго-защитного не вспучивающегося покрытия на основе органорастворимых антипиренов, фунгицидов и функциональных добавок для защиты древесины и материалов на её основе;

- Получены основные закономерности термоокислительного разложения огнезащищенной древесины в зависимости от качественного и количественного состава;

- Подобран оптимальный комплекс методов исследования позволяющий оптимизировать не только огнезащитные свойства, но и биостойкость;

- Получены аналитические зависимости между содержанием основных действующих веществ разработанной композиции и огнебиовлагозащитными характеристиками.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- разработана новая огнебиовлагозащитная композиция «Латик В» для деревянных элементов конструкций, которая обеспечивает перевод древесины в трудносгораемый материал, делает её стойкой к действию биологических агентов разрушения, а также является не вымываемой, что увеличивает срок эксплуатации объектов и снижает пожарные и биотические риски;

- отработаны технологические параметры производства композиции «Латик В» и технология нанесения покрытий на её основе;

- разработаны технологические регламенты на производство и нанесение покрытия «Латик В» и технические условия ТУ 2311-001-96360602-08;

- огнебиовлагозащитная композиция «Латик В» прошла сертификационные испытания в аккредитованных испытательных центрах Академии ГПС МЧС РФ и ИЛ «Сенеж».

Внедрение результатов. Технология производства огнебиовлагозащитной композиции на основе разработанной технической документации освоена в ООО «НПО Спецкомпозит».

На защиту выносятся:

1. Основные закономерности термоокислительного разложения огнезащищенной древесины в зависимости от качественного и количественного состава защитного средства.

2. Результаты оптимизации рецептуры разработанного состава с помощью методов термического и микологического анализа.

3. Физико-химические и огнебиовлагозащитные свойства разработанного состава.

4. Результаты сравнительных испытаний различных защитных составов с разработанной рецептурой.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях: IV и V Международном конгрессе молодых учёных по химии и химической технологии «UCChT-2008» (Москва, 2008 и 2009), а также на 8-ой международной специализированной выставке «Пожарная безопасность XXI века» (Москва, 8-11 октября, 2009).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 6 печатных работах, в том числе в 1 статье из списка журналов, рекомендованных ВАК, а также в 1 заявке на патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 144 наименования. Работа изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков и 17 таблиц, а также 2 приложения на 15 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы основные цели и задачи исследования.

В первой главе представлен аналитический обзор литературных данных о поведении деревянных элементов конструкций при воздействии огня и разрушении биологическими агентами. Проанализирован опыт применения огнебиозащитных составов и детально рассмотрены свойства современных антисептиков и фунгицидов, особенности и механизм их действия, а также представлена информация о компонентах применяемых составов.

Анализ литературного материала показал целесообразность проведения настоящей работы на основе комплексных исследований, направленных на повышение пожарной безопасности и стойкости к биологическим разрушениям деревянных строительных конструкций.

Во второй главе описаны методы исследования. Приведены методы и способы изучения и испытания антипиренов и фунгицидов, а также готовых огне -, био -, влаго -, огнебио -, биовлаго - и огнебиовлаго-защитных композиций. Описаны методы термического анализа огнезащищенной древесины и исследования физико-химических свойств веществ по данным ДТА.

Третья глава посвящена изучению термоокислительного разложения огнезащищенной древесины, а также разработке рецептуры и исследованию свойств огнебиовлагозащитной композиции для древесины и материалов на её основе.

В первой части главы для изучения термоокислительного разложения огнезащищенной древесины был применен метод ДТА.

Первоначально была проведена отработка параметров эксперимента. Для этого при различных скоростях нагрева были получены дериватограммы чистой древесины заболони сосны как в виде стружки так и «кубика» (5 х 5 х 5 мм). В результате чего было установлено, что при нагреве 5 С/мин дериватограммы древесины различной плотности и гомогенности массой 100 мг идентичны в Рис.1. Дериватограмма образца чистой древесины (5 х 5 х 5 мм) при нагреве 5 °С/мин.

рамках погрешности измерения прибора. На рис. 1 представлена дериватограмма «кубика» (5 х 5 х 5 мм) чистой древесины заболони сосны средней плотности 500 кг/м3.

Анализируя полученные экспериментальные данные можно сделать вывод, что максимум на кривой DТG при температуре 60 - 70 °С означает удаление содержащейся несвязанной воды (высушивание образца), так как при нормальных условиях влажность древесины составляет 12 ± 2 %. Последнее очень хорошо подтверждается данными кривой ТG. При этом на кривой DТА наблюдается незначительный эндотермический эффект. Затем при температуре около 180 °С начинается резкая деструктивная перегонка древесины, которая сопровождается высоким тепловыделением на кривой DТА. Летучие продукты разложения удаляются из испытуемого образца с максимальной скоростью 4, %/мин при tmax = 255 °С. Затем скорость выделения газов снижается, но полностью не прекращается до полной потери массы, которая наступает при температуре 460 °С.

Для исследования термоокислительного разложения древесины защищенной антипиренами были проведены эксперименты по анализу образцов древесины с различной огнезащищенностью и различным механизмом действия антипиренов.

На рис. 2 представлены дериватограммы образцов древесины пропитанных составом содержащим классические антипирены мочевину (М) и диаммоний фосфат (Д) в соотношении 2:1, с различным поглощением.

а б Рис. 2. Дериватограммы образцов древесины (5 х 5 х 5 мм) при нагреве 5 °С/мин с поглощением М+Д в соотношении 2:1 : а – 15 % масс.;

б – 30 % масс.

По данным DТА видно, что начиная с 80°С наблюдается эндотермический процесс связанный с поглощением тепла на плавление мочевины, при температуре 120 – 140 °С, а также наблюдается пик скорости связанный с выделением NH3 при разложении диаммонийфосфата (NH4)2НPO4. Затем начинается собственно разложение мочевины с выделением негорючих газов аммиака и СО2, что характеризуется пиком на кривой DТG при температуре 225 °С. При сравнении полученных данных с дериватограммой чистой древесины видно, что пик, соответствующий 250 °С, принадлежит деструкции древесины, так как при этом происходит увеличение энтальпии процесса, но примерно в три раза меньше, чем при разложении образца без огнезащиты, что обусловлено обезвоживанием фосфорной кислоты, которая начинает обезвоживаться при 213 °С превращаясь в пирофосфатную кислоту Н4Р2О7, которая медленно переходит в метафосфорную НР2О3. Таким образом, указанные соединения не улетучиваются при температуре активного тления. Наличие фосфорной кислоты изменяет отношение СО/СО2 в направлении ингибирования прямого окисления углерода в СО2, снижая в значительной мере экзотермический эффект процесса [Пожарная опасность строительных материалов. А.Н. Баратов, Р.А. Андрианов, А.Я. Корольченко и др. – М.:

Стройиздат, 1988. – 380 с.].

Рисунок 2б, иллюстрирует изменение процесса при увеличении огнезащищенности образца. Видно, что все общие закономерности и тенденции сохраняются. Виден еще больший эндотермический и меньший экзотермический эффект процесса и увеличение выхода угля до 18 % масс. от исходного образца.

На рисунке 3 представлены дериватограммы образцов древесины пропитанных препаратом ББ-11 (ГОСТ 28815-96), состоящим из буры и борной кислоты в соотношении 1:1, с различным поглощением.

а б Рис. 3. Дериватограммы образцов древесины (5 х 5 х 5 мм) пропитанных препаратом ББ-11 при нагреве 5 °С/мин с поглощением: а) 15 % масс. и б) 30 % масс.

Под влиянием введенного в древесину препарата изменяется механизм её термораспада. При медленном нагревании Н3ВО3 при 107,5 °С, теряя воду, превращается в метаборную кислоту НВО2, при 160 °С – в В2О3 с температурой плавления 170,9 °С.

Бура Na2B4O7х10Н2О при нагревании переходит в метастабильный пентагидрат Na2B4O7.5H2O, при 136 °С в тетрагидрат Na2B4O7.4H2O. При нагревании до 161 °С тетрагидрат превращается в дигидрат, при 380 °С полностью обезвоживается, давая безводный стеклообразный Na2B4O7 [Ткачев К.В., Плышевский Ю.С. Технология неорганических соединений бора, Л., 1983].

По результатам экспериментов установлено, что величина температуры начала интенсивного термоокислительного разложения, тепловыделения и скорости потери массы огнезащищенной древесины в зависимости от механизма действия антипиренов меняются. Более эффективными являются антипирены, выделяющие негорючие газы при разложении.

Таким образом, качественные и количественные характеристики антипиренов влияют на характер процесса термоокислительного разложения огнезащищенной древесины (таблица 1).

Таблица Основные параметры процесса термоокислительного разложения чистой и огнезащищенной древесины Чистая М+Д;

2:1;

М+Д;

2:1;

ББ-11;

ББ-11;

Показатель древесина 15 % масс. 30 % масс. 15 % масс. 30 % масс.

Процент потери массы при фиксированной температуре, % m200С 18 30 37 20 m300С 65 62 62 62 Температура потери массы, С t20% 210 155 138 200 t50% 260 250 220 250 t100% 460 -- -- -- - Зольный остаток при 500 С, % m 0 9 18 10 Точки значимых максимумов скоростей потери массы:

Температура максимума, С;

Максимальная скорость потери массы, %/мин.

tmax 255 225 220 240 Чистая М+Д;

2:1;

М+Д;

2:1;

ББ-11;

ББ-11;

Показатель древесина 15 % масс. 30 % масс. 15 % масс. 30 % масс.

Amax 4,5 2,5 3,0 3,5 2, Точки максимумов и минимумов ДТА t’max 290 250 225 290 t’min -- 140 140 -- - Hогн/Hисх 1 0,45 0,35 0,7 0, Второй раздел экспериментальной части работы был посвящен разработке рецептуры и исследованию свойств комплексного огнебиовлагозащитного состава.

На основе аналитического обзора литературных данных и составов, имеющихся на рынке, а также спроса потребителей, было установлено, что наиболее перспективным является разработка комплексного состава отвечающего всему заданному объему требований на органической основе.

Задача создания комплексного органорастворимого состава сводится в первую очередь к подбору сырьевых материалов, растворимых в заданных системах, обеспечивая при этом высокую огнезащитную эффективность и стойкость против действия биологических агентов разрушения. Выбор сырьевых компонентов также обусловлен комплексом требований, предъявляемых к составу: технологичность, экономичность, малые сроки сушки и высокая проникающая способность в древесину, а также внешний вид покрытия.

Подбор рецептуры состава №1 проводился по схеме «Антипирен» + «фунгицид» + «влагозащитный компонент» + «растворитель».

Ввиду того что разработанная в данной работе рецептура проходит процесс патентования точная расшифровка наименований компонентов не представляется.

Всестороннее изучение литературных источников, а также предварительные лабораторные испытания подобранных веществ, помогли выделить комплекс веществ обеспечивающих заданный уровень огнезащитных, биозащитных и влагозащитных свойств (таблица 2).

Таблица Основные действующие вещества огнебиовлагозащитного состава Интервал Наименование Общая формула концентраций, компонента % масс.

хлоралкилфосфат Антипирен 0 – (Cl(CH)nO)3PO, где n= производные оксибензойной кислоты OHC6H4CHON(R1)R2, где:R1 и R2- водород или Фунгицид 0– низший алкил или низший алканол (оксиалкил), или арил хлорированные углеводороды CnH2n-mClm, где:

Влагозащитный 0 – n=1030, m= Растворитель Ацетон остальное Для изучения влияния количества антипирена на огнезащитные свойства, были проведены испытания по экспресс-методу (ГОСТ 30028.3-93) определения огнезащищающей способности на образцах из заболони сосны размером 15 х 15 х 6 мм, который заключается в определении потери массы при огневом испытании. В эксперименте варьировалось количество антипирена в составе, содержащем остальные функциональные компоненты в средних концентрациях интервалов приведенных в таблице 2. Результаты испытаний показали, что при средней концентрации антипирена в 13 % состав переходит в первую группу огнезащищающей способности (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость потери массы образца от содержания антипирена в рецептуре Для обеспечения надежной огнезащищающей способности оптимальным будет содержание 15 % (масс.), так как использование более высокой концентрации не является экономически целесообразным.

Определение необходимой концентрации фунгицида проводили по экспресс методике (ГОСТ 30028.4-93) испытания антисептиков по отношению к действию плесневых и окрашивающих грибов, который состоит в пятнадцатидневной выдержке образцов древесины размером 10 х 55 х 75 мм, обработанных растворами защитных средств, во влажных камерах в среде инфицированной тремя группами грибов по девять видов в каждой и Рис. 5. Зависимость площади поражения образца от определении площади поражения концентрации фунгицида по истечению 15-ти дневной экспозиции в инфицированной среде грибами: – 1-ой грибами поверхности образцов.

группы грибов;

– 2-ой группы грибов;

– 3-ей Результаты испытаний приведены группы грибов на рис. 5 - 7. Максимальная концентрация фунгицида в 3,0 % определена ГОСТ 30495 2006 «Средства защитные для древесины. Общие технические условия» для биозащитных средств, которые должны быть высокоэффективными при таком содержании.

а б в Рис. 6. Фотографии образцов необработанной древесины после 15 дневной экспозиции в инфицированной среде: а – 1-ой группы грибов;

б – 2-ой группы грибов;

в – 3-ей группы грибов а б в Рис. 7. Фотографии образцов древесины, обработанной составом с 3 % фунгицида, после дневной экспозиции в инфицированной среде: а – 1-ой группы грибов;

б – 2-ой группы грибов;

в – 3-ей группы грибов Рабочую концентрацию влагозащитного компонента определяли по снижению огнезащитных (рис. 8) и биозащитных (рис. 9) свойств после вымывания в дистиллированной воде по истечению 30 суток.

Рис. 8. Зависимость потери массы образца после Рис. 9. Зависимость площади поражения вымывания от содержания гидрофобизатора в образцов после вымывания от содержания рецептуре гидрофобизатора по истечению 15-ти дневной экспозиции в инфицированной среде: – 1-ой группы грибов;

– 2-ой группы грибов;

– 3 ей группы грибов Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований позволила получить аналитические зависимости между содержанием основных действующих веществ в рецептуре и огнебиовлагозащитными характеристиками состава.

Зависимость потери массы образца в процентах от содержания основных действующих веществ (коэффициент корреляции 95 %):

dm = exp(5,0664 - 0,1841 A + 0,2206 F - 0,0908 W + 0,0034 A2 ), (1) где А – содержание антипирена, %;

F – содержание фунгицида, %;

W – содержание гидрофобизатора, %.

Зависимость площади поражения образца в процентах от содержания основных действующих веществ (коэффициент корреляции 99,5 %):

S1 = exp(4,6798 - 0,01403 A F W ), (2) где А – содержание антипирена, %;

F – содержание фунгицида, %;

W – содержание гидрофобизатора, %.

Зависимость площади поражения образца после вымывания в процентах от содержания основных действующих веществ (коэффициент корреляции 92 %):

S 2 = exp( 2,8555 - 0,0069 A F W + 9,4451 10 -6 A2 F 2 W 2 ), (1) где А – содержание антипирена, %;

F – содержание фунгицида, %;

W – содержание гидрофобизатора, %.

В результате в качестве оптимальной была выбрана рецептура состава №1, содержащая 15 % антипирена, 3 % фунгицида, 5 % гидрофобизатора и в качестве растворителя ацетон.

Состав №1 можно наносить на защищаемую конструкцию любым из известных способов. Плотность состава при 20 °С составляет 0,9 г/см3.

Для повышения срока эксплуатации, а также придания механической стойкости и декоративного вида, был разработан состав №2, который является финишным для состава №1. Состав №2 состоит из связующего (75 %) на основе уретанового преполимера, отверждаемого влагой воздуха, пеногасителя (0,5 %) и фунгицида (3 %) в растворе ацетона. Состав №2 может наноситься на защищаемую конструкцию кистью или распылителем. Плотность состава при 20 °С составляет 1,0 г/см3, а массовая доля нелетучих веществ не менее 40 %. Для создания прочной пленки покрытия состав № наноситься с расходом 200 г/м2 за один-два раза.

Таким образом, была получена композиция, включающая:

Состав №1, который является огнебиовлагозащитным пропиточным составом, не изменяющим текстуру и внешний вид древесины и глубоко проникает в древесину и обеспечивает огнезащитную эффективность;

Состав №2, который является защитно-декоративным, образовывая на поверхности древесины лакокрасочное покрытие, имеющее высокую механическую стойкость, увеличивающее срок эксплуатации конструкций, а также эстетичный внешний вид.

Для определения расхода обеспечивающего первую группу огнезащитной эффективности при поверхностном нанесении композиции были проведены испытания в «Керамической трубе» по ГОСТ Р 53292-2009 на образцах древесины размером 150 х 60 х 30 мм. Первым наносился состав №1 за 1 - 3 раза с различным расходом, а по истечению не менее 24 часов наносился состав №2 с расходом 200 г/м2.

В результате образцы, обработанные со средним расходом состава № 1 - 500 г/м2 и состава № 2 - 200 г/м2, имели потерю массы менее 9 %, что дает основание отнести древесину к трудногорючим материалам.

Для определения диапазона применения покрытия, были проведены исследования по старению покрытия по ГОСТ Р 53292-2009 и атмосферостойкости (рис. 10) в натурных условиях. Определение сохранения огнезащитной эффективности покрытия в процессе эксплуатации проводилось после ускоренного старения в результате воздействия на образцы колебаний температуры и влажности в заданной последовательности. Целостность покрытия после испытаний не изменилась, а огнезащитная эффективность снизилась на 1 %.

Проведенные испытания позволили сделать вывод о возможности эксплуатации покрытия в неотапливаемых помещениях с любой влажностью и на открытом воздухе при температурах от – 35 °С до + 60 °С с Рис. 10. Образец покрытия после испытаний атмосферостойкости в натурных условиях в прямым попаданием осадков.

течении 1 года.

Четвертая глава посвящена обсуждению полученных результатов.

При сравнении экспериментальных данных по термоокислительному разложению огнезащищенной древесины и чистой, были выявлены общие закономерности в зависимости от механизма действия огнезащитных добавок.

Под влиянием введенных в целлюлозосодержащие материалы антипиренов, выделяющих при разложении негорючие газы, изменяется механизм термораспада древесины. Превращения целлюлозы характеризуются более низкотемпературным началом деструкции (рис. 11), увеличением выходов угля и воды при меньшем выделении летучих продуктов распада, в том числе горючих, что приводит к уменьшению выделения тепла при разложении более чем в два раза (рис. 12). С увеличение поглощения защитного средства увеличивается выход углистого остатка, наблюдается снижение теплового эффекта процесса при увеличении скорости потери массы, за счет большего объема выделяющихся не горючих газов.

Рис. 11. Кривые скоростей потери массы Рис. 12. Кривые теплового эффекта образца образца древесины: 1 – чистой;

2 – древесины: 1 – чистой;

2 – огнезащищенной огнезащищенной М+Д, 2:1,15 % масс.;

3 – М+Д, 2:1,15 % масс.;

3 – огнезащищенной М+Д, огнезащищенной М+Д, 2:1, 30 % масс. 2:1, 30 % масс.

Превращение огнезащищенной древесины препаратом ББ-11 также характеризуется увеличением выхода угля при меньшем выделении летучих продуктов распада (рис. 13). Уменьшение теплового эффекта в фазе деструктивного разложения целлюлозы обусловлено плавлением антипиренов и образованием расплава на поверхности образца. При увеличении поглощения соли заметно снижение теплового эффекта разложения (рис. 14), а также уменьшение скорости потери массы в стадии активного разложения.

Рис. 13. Кривые скоростей потери массы Рис. 14. Кривые теплового эффекта образца образца древесины: 1 – чистой;

2 – древесины: 1 – чистой;

2 – огнезащищенной огнезащищенной ББ-11, 15 % масс.;

3 – ББ-11, 15 % масс.;

3 – огнезащищенной ББ-11, огнезащищенной ББ-11, 30 % масс. 30 % масс.

Таким образом, результаты, полученные при сравнении дериватограмм огнезащищенной древесины и чистой, позволяют получить представление о возможных механизмах огнезащиты древесины, а использование их совместно с результатами определения огнезащитных свойств составов предоставляет возможность целенаправленного, выбора наиболее эффективных антипиренов.

Данный метод исследования, также практически применим при:

- оценки наличия и степени огнезащитной обработки древесины;

- проведении контроля качества выполнения огнезащитных работ;

- оценки сроков годности готовых рецептур и сроков эксплуатации покрытий;

- проведении идентификации огнезащитных составов при наличии базы исходных данных.

Анализ дериватограмм разработанного в данной работе состава №1, подтверждает его огнезащитные свойства. Можно сделать вывод, что он работает по принципу выделения негорючих газов при разложении, это хорошо подтверждается идентичностью кривых скорости потери массы и энтальпии (рис. 15 - 16) с кривыми состава Д+М (рис 11 - 12).

Рис. 15. Кривые скоростей потери массы Рис. 16. Кривые теплового эффекта образца образца древесины: 1 – чистой;

2 – древесины: 1 – чистой;

2 – огнезащищенной огнезащищенной составом №1, 15 % масс.;

3 – составом №1, 15 % масс.;

3 – огнезащищенной огнезащищенной составом №1, 30 % масс. составом № 1, 30 % масс.

В работе были проведены сравнительные испытания по различным методикам разработанной композиции «Латик-В» с применяемыми современными составами (рис.

17 - 18).

Рис. 17. Испытания трех составов по Рис. 18. Испытания трех составов по определению огнезащищающей способности по определению огнезащитной эффективности ГОСТ 30028.3 по ГОСТ Р 53292- На основании полученных результатов методикам можно дать сравнительную оценку и сделать следующие заключения:

1. Закономерности, выявленные по обеим методикам идентичные, что говорит о качественном совпадении результатов эксперимента.

2. Экспериментальные данные по потере массы в испытаниях по определению огнезащищающей способности в среднем на 15 % меньше, чем при испытаниях по определению огнезащитной эффективности, что связано с более жесткими условиями проведения эксперимента в последнем испытании.

3. При отработке рецептур, а также необходимых расходов огнезащитных составов для древесины, предпочтителен метод определения огнезащищающей способности, так как он проще с методической точки зрения и по нему легче выявлять механизм защиты, поскольку он является более чувствительным к изменению параметров горения.

4. Из рис. 17 и 18 видно, что при испытаниях по ГОСТ 30028.3 «Латик-В» показывает немного лучшие антипиренные свойства, чем препарат «Оптимал», а при испытаниях по ГОСТ Р 53292-2009 эти же составы по основному показателю – оказываются практически одинаковыми. Таким образом, для научно-исследовательских целей испытания по определению огнезащитной эффективности менее пригодно.

5. Разработанная в данной работе композиция показывает большую огнезащитную эффективность по сравнению с применяемыми составами.

Также в работе были проведены сравнительные испытания «Латик В» по эффективности против плесневых и окрашивающих грибов с составами применяющимися в настоящее время в качестве огнебиозащитных. Разработанная композиция показывает высокую эффективность по сравнению с составами «ББ-11» (ГОСТ 28815-96), «Сенеж огнебио проф» (ТУ 2389-006-18796270-2002), «Бохемит Антифлеш» («Бохемие с.р.o» Чешская Республика) имеющих водно-солевую основу, так как обладает более сложным составом добавок и имеет органорастворимую основу. Конструкции, пропитанные составами на водной основе, имеют низкий срок службы (до 3-х лет), могут эксплуатироваться только в закрытых помещениях без контакта с влагой. Препараты на органической основе имеют больший спектр применения и используются для длительной защиты древесины в максимально неблагоприятных условиях службы: контакт древесины с атмосферной и почвенной водой.

ВЫВОДЫ 1. При помощи метода ДТА изучено термоокислительное разложение огнезащищенной древесины в зависимости от качественного и количественного состава защитного средства. Полученные результаты, позволяют получить представление о возможных механизмах огнезащиты древесины, а использование их совместно с результатами определения огнезащитных свойств составов предоставляет возможность целенаправленного выбора наиболее эффективных антипиренов.

2. Установлено, что экспериментальные данные по потере массы в испытаниях по определению огнезащищающей способности по ГОСТ 30028.3 в среднем на 15 % меньше, чем при испытаниях по определению огнезащитной эффективности по ГОСТ Р 53292.

3. Определено влияние различных антипиренов на величину температуры начала интенсивного термоокислительного разложения, тепловыделения и скорости потери массы огнезащищенной древесины в зависимости от механизма действия антипиренов.

4. Впервые экспериментально подтверждена возможность получения комплексного огне-, био-, влаго- защитного не вспучивающегося покрытия на основе органорастворимых антипиренов, фунгицидов и функциональных добавок для защиты древесины и материалов на её основе.

5. Получены аналитические зависимости между содержанием основных действующих веществ разработанной композиции и огнебиовлагозащитными характеристиками.

6. Подобран оптимальный комплекс методов исследования позволяющий оптимизировать не только огнезащитные свойства, но и биостойкость.

7. Разработана новая огнебиовлагозащитная композиция для деревянных элементов конструкций, которая обеспечивает перевод древесины в трудносгораемый материал, делает её стойкой к действию биологических агентов разрушения, а также является не вымываемой, что увеличивает срок эксплуатации объектов и снижает пожарные и биотические риски. Подана заявка на патент №2009145213/04 от 08.12.09.

8. Отработаны технологические параметры приготовления, нанесения и сушки покрытия. Разработаны технологический регламент на производство и нанесение покрытия, технические условия ТУ 2311-001-96360602-08 «Огнебиовлагозащитная лаковая композиция для древесины и материалов на её основе «Латик В»». Проведен анализ безопасности производства состава.

9. Производство состава организовано в ООО «НПО Спецкомпозит». Объем промышленного внедрения составил более 4 тыс. кг.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Ю.В. Кривцов, Н.И. Акинин, О.Б. Ламкин, Н.О. Мельников. Огнезащита кабельных линий тонкослойными покрытиями. // «Мир и безопасность». – 2008, - № 2. – с. 34 38.

2. Ю.В. Кривцов, Н.И. Акинин, О.Б. Ламкин, С.А. Максименко, Н.О. Мельников.

Сравнительная оценка методов испытания огнезащитных составов для древесины. // «Пожарная безопасность». – 2008, - № 2. – с. 87-91.

3. Н.И. Акинин, С.А. Максименко, Н.О. Мельников. Вопросы огнебиозащиты деревянных строительных конструкций. // «Мир и безопасность». – 2008, - № 4. – с.

16-18.

4. Ю.В. Кривцов, О.Б. Ламкин, С.А. Максименко, Н.О. Мельников. Огнебиозащита деревянных и клеенодеревянных строительных конструкций. // «Мир строительства и недвижимости». – 2008, - № 4. – с. 27-31.

5. Н.О. Мельников, Н.И. Акинин, С.А. Максименко. Комплексная огнебиозащита деревянных строительных конструкций. Успехи в химии и химической технологии:

сб. науч. тр. Том XXII, № 4 (84).У78 – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2008. – 136 с.

6. Т.А. Максимова, Н.О. Мельников. Исследования эффективности огнезащитных азот фосфорсодержащих составов. Успехи в химии и химической технологии: сб. науч.

тр. Том XXIII, № 4 (97) - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009.