Свойства веществ и материалов / Uvarova - Kontrol pozharoopasnikh svoystv shakhtnikh polimernikh materialov (Dissertaciya) 2015

Это те материалы, которые имеют в своем составе значительную (более

70%) часть минерального наполнителя. По показателю склонности к дымообра-

зованию в основном эти материалы обладают высокой дымообразующей спо-

собностью. По показателю «группа горючести» и сопутствующим показателям

(КИ и температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения) большин-

ство полимерных смол, клеев и пен относятся к горючим легко– и средневос-

52

пламеняющимся. Трудногорючими являются композиции на основе цемента и минеральных наполнителей.

а

б

Рисунок 2.6 – Кислородный индекс КИ (а) и группа горючести (б) полимерных смол

Такие вещества, как полиэфирные, фенольные, полиуретановые пены и смолы, подаются в горный массив в жидком виде, а в процессе отверждения значительно (иногда в 2–3 раза) увеличиваются в объеме, что позволяет обес-

печить хорошую заполняемость и герметичность куполов, полостей и трещин, а

также возводимых перемычек. Специфика агрегатного состояния веществ и ма-

териалов для применения их в составе полимерных технологий устанавливает особые подходы к определению их пожароопасных свойств. Так, например,

Из рисунков 2.7 и 2.8 видно, что стеклопластиковые и базальтопластико-

вые материалы характеризуются в основном как умеренноопасные по показате-

лю токсичности продуктов горения. Высокое значение кислородного индекса

(≥ 30%) говорит о том, что материалы склонны к самозатуханию в обычных

54

условиях. По группе горючести композиты относятся в основном к трудного-

рючим и горючим трудновоспламеняемым. Следует отметить, что по показате-

лю склонности к дымообразованию треть представленных материалов относит-

ся к материалам с высокой дымообразующей способностью.

а

б

Горючие трудновоспламеняемые

38%

Рисунок 2.8 – Кислородный индекс КИ (а) и группа горючести (б) стекло– и базальтопластиков

На рисунке 2.9 представлены гистограммы и диаграмма, характеризую-

щие показатели пожароопасности материала шахтных полимерных сеток из ар-

мированных пластиков.

57

2.5.Токсичность индивидуальных продуктов разложения и горения

Одним из ведущих факторов пожара в современных условиях является миграция в воздух токсичных продуктов горения [63, 64]. Под токсичностью обычно понимают степень вредного воздействия химического вещества на жи-

вой организм. Количественно ее определяют часто как меру несовместимости вещества с жизнью организма [65].

Характеризуя токсичность газообразной среды, образующейся при горе-

нии полимерных материалов, следует, прежде всего, отметить, что современ-

ные методы анализа позволяют идентифицировать в продуктах горения десятки и сотни химических соединений. Так, в продуктах термического разложения поливинилхлорида обнаружено 75 компонентов, древесины – более 200.

Токсический эффект таких сложных смесей определяется содержанием токсичных компонентов, а также характером их комбинированного действия на живой организм. При токсикологической оценке многокомпонентных смесей важно установить наиболее опасные (ведущие) компоненты, т. е. соединения,

преобладающие в количественном отношении и характеризующиеся к тому же высокой биологической активностью. К числу таких соединений, содержащих-

ся в составе продуктов горения полимерных материалов, относятся оксид угле-

рода, циановодород, хлороводород, оксиды азота, акролеин, а в ряде случаев и другие летучие вещества [66].

На диаграммах (рисунок 2.11) показано содержание вредных газов и твердого аэрозоля в продуктах термодеструкции ряда полимерных материалов

(в процентах от их общего количества, исключая кислород, азот, углекислый газ как компонент с высокой ПДК, мало влияющей на общую токсичность сме-

си).

а– полимерная смола Блокпур; б – эластомер уретановый; в – сетка шахтная;

г– полиэтилен ПЕ; д – арматура стеклопластиковая; е – лента конвейерная 2ШТС – ТГ

Рисунок 2.11 – Содержание токсичных веществ в продуктах термодеструкции полимерных материалов

59

В процессе исследований [53–62] была проведена термодеструкция большого ряда полимерных материалов и изделий из них (конвейерные ленты,

резинотехнические изделия, полимерные смолы, пены, клеи, стеклопластики,

базальтопластики, сетки шахтные, полиэтилен, полипропилен, смачиватели,

связывающие составы, антипирогены и др.) и определен качественный и коли-

чественный составы продуктов тления и горения. Результаты представлены в приложении А (таблица А2 – Качественный и количественный составы продук-

тов термодеструкции полимеров).

В приложении А (таблица А3), составленной на основе обобщенных ли-

тературных данных [67], приведен состав воздушной среды при производстве и переработке полимерных материалов, даны основные виды полимерных мате-

риалов, их свойства, сырье для изготовления, указаны продукты термической деструкции и вещества, контролируемые на производстве.

Как видно из таблицы А2 и рисунка 2.11, продукты термодеструкции и вещества, выделяющиеся в воздух при производстве и переработке синтетиче-

ских полимеров, представляют собой смесь химических компонентов, состоя-

щую из ядовитых веществ и канцерогенов. Наиболее часто образующимися и потенциально опасными продуктами разложения и горения полимерных мате-

риалов являются: оксид и диоксид углерода, диоксид серы (сернистый газ), ок-

сиды азота, альдегиды (формальдегид), гидроцианид (цианистый водород),

гидрохлорид (хлористый водород).

Оксид углерода (угарный газ) CO – бесцветный газ, без запаха и раздра-

жающих свойств, мало растворим в воде.

Оксид углерода – продукт неполного горения углеродсодержащего поли-

мерного материала. Оксид углерода легко диффундирует через пористые мате-

риалы, кирпичные стены, грунт и т. д. В литературе описывается много случаев отравления людей в результате диффузии оксида углерода на большие расстоя-

ния от мест его образования. Оксид углерода плохо сорбируется пористыми веществами, что видно из данных таблицы 2.4.

60

Таблица 2.4 – Сравнительная сорбционная способность веществ [52]

В условиях пожара образующийся дым при движении от очага горения охлаждается. При этом происходит конденсация водяного пара совместно с растворенными в нем продуктами горения — гидрохлоридом, аммиаком и дру-

гими газообразными продуктами. Часть газообразных продуктов горения сор-

бируется твердой фазой дыма и твердыми пористыми телами. В целом это при-

водит к тому, что концентрация этих веществ в составе дыма понижается, отно-

сительное же содержание оксида углерода в дыме не только сохраняется, но и увеличивается. В конечном итоге это приводит к тому, что при пожарах обра-

зование оксида углерода может представлять для человека большую угрозу,

чем другие продукты горения или разложения, если даже по токсичности они превосходят оксид углерода.

Большая опасность оксида углерода для человека заключается в том, что он в 200–300 раз лучше реагирует с гемоглобином крови, чем кислород, обра-

зуя в результате карбоксигемоглобин СОНb, что ведет к кислородному голода-

нию, гипоксии ткани. При образовании устойчивого карбоксигемоглобина нарушается и даже прекращается нормальная функция гемоглобина [68–69].

Если поступление оксида углерода в организм человека не прекращается,

то карбоксигемоглобин постепенно накапливается в таком количестве, какое препятствует нормальному переносу кислорода. Развивается гипоксия. После