Модификация древесины с целью снижения ее горючести и длительной сохранности огнезащитного эффекта

УДК 678.07

А.А. Пономаренко, Е.В. Бычкова, Л.Г. Панова

МОДИФИКАЦИЯ ДРЕВЕСИНЫ С ЦЕЛЬЮ СНИЖЕНИЯ ЕЕ ГОРЮЧЕСТИ И ДЛИТЕЛЬНОЙ СОХРАННОСТИ ОГНЕЗАЩИТНОГО ЭФФЕКТА

Модификацией водным раствором хлорсодержащего соединения и полисахарида получены образцы огнезащищенной древесины.

Исследованы процессы термоокислительной деструкции в материале, определены показатели горючести. Отмечено инициирующее влияние полисахаридов на процессы коксообразования и длительность сохранения огнезащитных свойств модифицированной древесины.

A.A. Ponomarenko, E.V. Bychkova, L.G. Panova

WOOD COMBUSTIBILITY AND FIRE-PROOF LONG PRESERVATION EFFECT

MODIFICATION

The samples of the fire-proof wood were obtained by the modification by the water solution of the chlorine-containing substance and polysaccharide. Processes of the thermal-oxidative destruction in the material are studied here, parameters of combustibility are determined. Initiating influence of polysaccharides on processes of coke production and fire-proof properties duration of preservation of the modified wood is marked in this article.

Древесина широко используется не только как строительный, но и как декоративно-отделочный материал. Одними из наиболее существенных недостатков древесных материалов являются повышенные воспламеняемость и горючесть. На сегодняшний день ко всем строительным материалам, в том числе и к древесине, предъявляются высокие требования по пожарной безопасности. Поэтому проблемы повышения долговечности и снижения горючести древесных изделий являются актуальными и требуют незамедлительного решения.

Основной компонент древесины - целлюлоза. Это горючий, легко воспламеняемый материал. Проблема снижения горючести целлюлозных материалов связана с направленным изменением химического процесса при пиролизе полимера, обеспечивающим его протекание в направлении внутримолекулярной дегидратации. При этом подавляются реакции разрыва основной цепи, приводящие к выделению горючих продуктов, и наблюдается резкое снижение горючести изделия.

В исследованиях, проводимых ранее сотрудниками и аспирантами ЭТИ СГТУ [1], методом пропитки водным раствором замедлителя горения (ЗГ) хлорсодержащим соединением ОХС были получены образцы огнезащищенной древесины. По показателям горючести разработанные составы относились к трудносгораемым (кислородный индекс (КИ) составляет 28% об., потери массы образцов при поджигании их на воздухе, определенные по методу «огневая труба» - 8,8%). Однако, как показали результаты эксперимента, после мокрых обработок с течением времени модифицированные образцы теряют от 7 до 32% масс. и их огнезащитные свойства снижаются.

В связи с этим подбирались соединения, способствующие сохранению ОХС в структуре древесины после мокрых обработок. В модифицированную ОХС древесину вводились фосфор- (ФОМ),азотсодержащие (ЛИМ, порофор) органические соединения. Все полученные композиции не поддерживали самостоятельного горения и имели низкие потери массы при поджигании на воздухе. Однако, к желаемому эффекту, в частности, к длительной сохранности огнезащитных свойств материала, добавка перечисленных продуктов не привела. Кроме того,на образцах древесины после пропитки образовывалась жёлто-коричневая маслянистая жидкость, что, безусловно, ограничивает области применения таких составов.

С целью длительной сохранности огнезащитного эффекта в данной работе рассмотрено введение в модифицированную древесину полисахаридов (ПСХД), особенностью структуры которых является способность амилозы образовывать труднорастворимые в воде комплексы.

Методом термогравиметрического анализа показано, что термолиз ПСХД протекает аналогично термодеструкции древесины в температурном интервале разложения самой древесины 220-500°С, выход кокса при этом составляет 10-11% масс., табл. 1.

Таблица 1

Влияние полисахарида и ОХС на термодеструкцию древесины

Состав, % масс. Температура начала деструкции,°С Температурный интервал деструкции, °С Потери массы образцов, % масс., при температурах, °С

100 200 300 400 500 600

Древесина исходная (Др) 210 220 1,5 8 15 70 81,5 91,5

ПСХД 220 280 10,6 14,5 58 71,6 88 89

Др+ 10 ПСХД 200 170 3,9 6,8 36,8 51,3 59 59,5

Др+ 25 ОХС+ +10 ПСХД 180 190 3,9 7,8 33,8 45,5 58 58,4

Модификация древесины 10%-ным водным раствором полисахарида практически не влияет на начальную температуру разложения материала, однако снижается на 40-50°С температурный интервал деструкции древесины и возрастает выход кокса, табл. 1. Эти данные могут свидетельствовать об инициирующем влиянии ПСХД на процесс деструкции древесины и способствовать протеканию его по механизму дегидратации. Введение в модифицирующую ванну, содержащую ОХС, полисахарида приводит к снижению температуры начала деструкции древесины и увеличению выхода карбонизованного остатка после основной стадии процесса. При температуре 700°С выход карбонизованного остатка составляет 40% масс., табл. 1.

Снижаются также скорости потерь массы (см. рисунок), и максимальное выделение летучих продуктов деструкции происходит при меньших температурах, чем температуры самовоспламенения и воспламенения древесины.

Т, °С

Скорости потери массы исходной древесины и модифицированных составов: 1 - Др; 2 - Др+ 10 ПСХД; 3 - Др+25 ОХС+10 ПСХД

Применение полисахаридов позволило в большей степени сохранить огнезащитный эффект. Образцы на воздухе не загораются, потери массы образцов после мокрых обработок составляют 4%, а КИ остается неизменным 24,5-28% об. в зависимости от содержания модифицирующих добавок в ванне, табл. 2.

Таблица 2

Показатели горючести образцов древесины

Модификация древесины из ванн, содержащих масс. % Потери массы при поджигании на воздухе, масс. % Время самостоятельного горения, с КИ,% об. КИ после промывок, % об.

Древесина (Др) 82 120 18 18

Др+ 10 ПСХД 7,7 80 23,5 -

Др+ 25 ОХС+10 ПСХД 5,9 0 24,5 24,5

Др++50 ОХС+10 ПСХД 2 0 28 28

Определены параметры модификации. С применением комплекса методов установлено наличие химического взаимодействия функциональных групп древесины с ЗГ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Пономаренко А. А. Исследование процессов пиролиза и горения модифицированной древесины / А. А. Пономаренко, Е.В. Бычкова, В.Н. Олифиренко, Л.Г. Панова //

Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология: докл. III Междунар. конф. «Композит 2004». Саратов: СГТУ, 2004. С. 228-232.

Пономаренко Алексей Алексеевич -

аспирант кафедры «Химическая технология»

Энгельсского технологического института

Саратовского государственного технического университета

Бычкова Елена Владимировна -

кандидат технических наук, доцент кафедры «Химическая технология» Энгельсского технологического института

Саратовского государственного технического университета

3

Панова Лидия Григорьевна -

доктор химических наук, профессор кафедры «Химическая технология»

Энгельсского технологического института (филиала) Саратовского государственного технического университета