Современные синтетические материалы как источник чрезвычайных ситуаций

УДК 614.881.1

Е.Б. Аносова, А.Я. Васин, С.М. Ляшенко, Л.Р. Шарифуллина

СОВРЕМЕННЫЕ СИНТЕТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ КАК ИСТОЧНИК ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Проведено исследование свойств современных синтетических материалов, влияющих на их опасность в условиях повышенных температур. Подробно рассмотрен характер процессов в изученных образцах при термическом воздействии. Установлено влияние этих процессов на риск при чрезвычайных ситуациях в непроизводственных зданиях.

Ключевые слова: экзотермическое разложение; характеристики пожаровзрывоопасности; температура начала убыли массы вещества; термические методы анализа; дифференциальная сканирующая калориметрия.

E. Anosova, A. Vasin, S. Lyashenko, L. Sharifullina MODERN SYNTHETIC MATERIALS AS A SOURCE OF EMERGENCY

The investigation of the properties of modern synthetic materials, affecting their hazard at elevated temperatures was done. Considered in detail the nature of the processes in the samples studied by thermal influence. The influence of these processes on risk in emergency situations in non-industrial buildings is traced.

Keywords: exothermic decomposition; characteristics of fire and explosion hazard; temperature of beginning mass decrease of substance; thermal methods of analysis; differential scanning calorimetery.

В настоящий момент пожары являются наиболее распространённой причиной чрезвычайных ситуаций. В Российской Федерации в 2014 году в среднем происходило 412 пожаров ежедневно, вследствие которых погибали 28 человек и 30 человек получали травмы, огнем уничтожалось 113 строений, 23 единицы автотракторной техники. Ежедневный материальный ущерб составил 43,9 млн рублей.

Большая часть пожаров (около 70%) происходит в жилом секторе. В жилых домах гибнут около 92,3% от общего количества погибших при пожаре по стране. Главные причины гибели людей при пожарах — действие продуктов горения (до 76% от общего числа погибших) и высокая температура (до 19% от общего числа погибших) [1].

Одной из особенностей современной бытовой среды является повсеместное использование новых синтетических материалов, которые приобретают широкое распространение в качестве отделочных теплоизоляционных строительных материалов. Наиболее распространены в строительстве полимеры.

Поскольку степень использования современных синтетических материалов в быту и строительстве за последнее время многократно возросла, а основное количество погибших при пожаре приходится на бытовой сектор, можно предположить влияние пожарной опасности данных материалов на риск гибели людей при пожаре.

Исходя из этого, в настоящей работе были поставлены следующие задачи: изучить характер термического разложения нескольких материалов, использующихся в строительстве с использованием современных методов исследований; сравнить полученные данные с данными их пожарных сертификатов; сделать заключение о возможности отрицательного воздействия исследованных образцов на здоровье людей при пожаре.

Одним из современных методов исследования является метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) - разновидность термического анализа. Он основан на непрерывной регистрации разности теплового потока от образца и эталона или к образцу и эталону (изменения энтальпии) как функции температуры или времени при нагревании образцов в соответствии с определенной программой в заданной газовой атмосфере.

Метод ДСК позволяет с высокой точностью изучать термические свойства веществ. По этому методу образец и эталон нагреваются или охлаждаются с одинаковой скоростью, причём их температуры поддерживаются постоянными, т. е. сохраняется тепловое равновесие. Если при этом в образце не протекают процессы, сопровождающиеся тепловыми эффектами, то термограмма записывается в виде прямой (базисной) линии, параллельной оси температуры. Если какой-либо процесс сопровождается поглощением или выделением тепла, происходит нарушение теплового равновесия в системе образец - эталон. Электронное устройство в приборе, обеспечивающее поддержание равновесия, срабатывает и начинается нагрев или эталона, или образца. Тепловой поток, поступающий для восстановления равновесия, записывается на термограмме в виде отдельного пика [2].

Метод показал свою эффективность при оценке пожаровзрывоопасности веществ и экспертизе пожаров.

В качестве объектов исследования было принято шесть образцов строительных и отделочных материалов, представляющих собой полимерные и композиционные материалы, получившие широкое применение в строительстве в последние годы. Образцы получены из строительной компании «КРОСТ». Это пенополистирол, виниловые обои, напольная поливинилхлоридная плитка, три образца изоляционных материалов.

Все исследованные материалы имеют сертификаты в области пожарной безопасности (сертификация добровольная), выданные различными ЗАО, ИП и ООО, согласно которым они соответствуют требованиям, установленным в НПБ 244-97 и прошли испытания по ГОСТам [3 - 5].

Как видно из анализа сертификатов пожарной безопасности, приведенного в таблице 1, исследованные образцы горючи, воспламеняемы, могут проявлять значительное дымообразование при нагреве, а продукты их термолиза - токсичны.

Таблица 1

Характеристики образцов согласно сертификатам пожарной безопасности

Образец Группа горючести Группа воспламеняемости Группа распространения пламени Дымообразующая способность Группа токсичности

1. Пенопо-листирол Г 1 (слабо горючие) В 2(умеренно воспламеняемые) - Д3 (высокая) -

2. Плитка ПВХ Г 4

3. Обои виниловые Г 2

4. Мембрана Г 4 (сильно В 3 (легко - - -

армированная горючие) воспламеняющиеся)

5. Мембрана ПВХ Г 4 (сильно горючие) В 3 (легко воспламеняемые) - - -

6. Изоляция битумно-полимерная Г 4 (сильно горючие) В 3 (легко воспламеняющиеся) РП 4 (сильно распространя ющиеся) - -

Навески исследованных образцов составили (5 - 15) мг, скорость нагрева - 200С/мин, держатели - корундовые тигли с крышечками. Типичная термограмма приведена на рисунке 1. Расшифровка термограмм рассмотренных образцов представлена в таблице 2.

Рис.1. Термограмма напольной плитки ПВХ

Убыль массы всех исследованных образцов сопровождается экзотермическими эффектами, приблизительно соответствующими значениям справочных теплот сгорания [6], за исключением пенополистирола, чья термическая убыль массы сопровождается экзотермическим эффектом 8,75 кДж/кг. Такая величина экзоэффекта, а также температура его начала, составляющая 345 0С, вероятно, связаны с добавками светло-голубого пигмента в исследованный образец пенополистирола.

С помощью термического анализа для всех исследованных образцов удалось определить 1;н.экз - температуру начала экзотермического разложения. Это самостоятельная величина, характеризующая пожаровзрывопасные свойства веществ. Она отсутствует в ГОСТ 12.1.044-89 -основном нормативном документе по пожаровзрывоопасности веществ. Однако в [7] и в НПБ 232001 эта величина является одной из характеристик пожаровзрывоопасных токсических свойств сырья.

Данная характеристика описывает условия, при которых в исследуемом веществе начинают происходить экзотермические реакции, сопровождающие разложение и окисление вещества, что может привести к последующему самовоспламенению (для взрывоопасных веществ - к вспышке).

Величина 1;н.экз для исследованных образцов составила (345 - 425) 0С, что во всех случаях гораздо ниже их температуры самовоспламенения (1;сам). Значения 1;сам, приведённые в таблице 2, взяты из справочной литературы [6].

Величина 1;сам используется для оценки пожаровзрывоопасности всех горючих веществ -газообразных, жидких, твердых и дисперсионных. Она зависит от ряда факторов, в том числе от соотношения между горючим компонентом смеси и воздухом. Температура самовоспламенения

характеризует минимальную температуру вещества или материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся возникновением пламенного горения.

Таблица 2

Расшифровка термограмм исследованных образцов

Образец \ 0 С ^ н^б^ С t °С ^ н. экз.? ^ t °С ^ сам- ? ^ ДНэкз., кДж/кг

1. Пенополистирол 335 345 440 31 000 - 42 000

2. Плитка ПВХ 280 (первая ступень), 343 (вторая ступень) 381 454-495 13 400 - 14 670

3. Виниловые обои 269 (первая ступень), 364 (вторая ступень) 412 454-495 20 000

4. Мембрана подземная ПВХ 272 (первая ступень), 440 (вторая ступень) 410 400-450 20 000

5. Мембрана армированная для бассейна 290 (первая ступень), 437 (вторая ступень) 425 450-620 20 000

6. Изоляция битумно-полимерная 373 (первая ступень), 523 (вторая ступень) 370 368-397 20 000

Таким образом, все исследованные образцы строительных материалов могут представлять опасность при повышенных температурах, а в случае пожара являться дополнительным источником повышения температуры.

Выводы

1. Сведения, приведённые в сертификатах пожарной безопасности исследованных материалов, не дают полного представления сведений об их пожарной опасности, поскольку не учитывают весь спектр воздействия продуктов их термической деструкции.

2. С использованием дифференциально-сканирующей калориметрии были получены важные характеристики пожарной опасности образцов - температура начала экзотермического разложения и определён характер разложения при термическом воздействии.

3. Использование строительных материалов, рассмотренных в работе, в помещениях с высокой вероятностью пожара может увеличивать риск чрезвычайных ситуаций.

Литература

1. Климкин В.И. Анализ обстановки с пожарами за 2014 г. - М.: МЧС России, Департамент надзорной деятельности и профилактической работы, 2015 -24 с.

2. ГОСТ Р 55134-2012 (ИСО 11357-1:2009) Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). - Введ. 16.10.12. - М.: Стандартинформ. - 2012. - 27с.

3. ГОСТ 30444-97 , ГОСТ Р 51032-97 Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени. - Введ.1997.01.01. - М.:, 1997. - 12 с.

4. ГОСТ 30402-96 Материалы строительные. Метод испытания на воспламеняемость. - Введ.1996. 07.01. - М.: Издательство стандартов. - 1996. - 33 с.

5. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на негорючесть. - Введ. 1996. 01.01. -М.: Издательство стандартов. - 1994. - 19 с.

6. Корольченко, А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник. Часть 1 - М.:Ассоциация «Пожнаука», 2004.

7. РД 09-504(251)-02, издано Госгортехнадзором России от 21 ноября 2002 г. № 66.

Рецензент: кандидат химических наук, доцент Глотов Е.Н.