10.4. Вплив високих температур на полімерні будівельні матеріали.

Одним з найслабкіших місць полімерів і пластмас як будівельних матеріалів є їх дуже низька стійкість до температурних дій. Здатність розм'якшуватися при нагріванні – властивість, яка зумовила високу технологічність переробки пластмас у вироби, тут виступає вже як недолік. Термостійкість різних полімерів різна. Наприклад, міцність поліметилметакрилату (оргскла) при 100°С знижується до нуля, кремнійорганічні полімери можуть зберігати значну частку початкової міцності при нагріванні вище 200°С. При пожежі, коли температура в об'ємі приміщення, що горить, вже через декілька хвилин підвищується до 500°С, такі відмінності мало істотні, і говорити про вогнестійкість конструкцій, виконаних з яких-небудь полімерних будівельних матеріалів, в даний час, очевидно, немає підстав.

Займистість, інтенсивність горіння, температури займання, самозаймання і спалаху, теплота згорання, здатність до димоутворення і термічного розкладання з виділенням токсичних продуктів характеризує пожежонебезпечні властивості будівельних матеріалів. Враховуючи ці характеристики, можна вважати, що полімери є в більшій або в меншій ступені пожежонебезпечними. Якщо порівнювати полімерні будівельні матеріали з таким традиційним горючим будівельним матеріалом, як деревина, то виявиться, що у більшості з них вище теплота згоряння, димоутворююча здатність та інтенсивність горіння. Вони спалахують під впливом джерел тепла меншої потужності, мають менші температури займання. Багато видів полімерів під дією вогню розплавляються і розтікаються потоками, які горять, що в значній мірі ускладнює обстановку на пожежі.

Ще одним істотним недоліком полімерних будівельних матеріалів є те, що при термічному розкладанні і горінні вони виділяють токсичні продукти, здатні викликати подразнення слизових оболонок очей і дихальних шляхів, порушення ритму дихання і параліч його, важке отруєння і смерть. Так, при піролізі поліетилену і пропилену виділяються складні суміші летких продуктів, що містять такі з’єднання, як формальдегід, ацетальдегід і ін. При розкладанні фторопластів виділяються фторфосген і фторхлорфосген. Особливу небезпеку представляють продукти розкладання поліуретанових полімерів, у складі яких є велика кількість надзвичайне токсичного ціаністого водню. Поліуретанові полімери знайшли широке розповсюдження у вигляді пінополіуретану (поролону), що застосовується при виготовленні м'яких меблів.

Необхідно враховувати, що в початковій фазі пожежі, коли полімерні будівельні матеріали ще не горять, а тільки розкладаються під впливом високої температури, продукти розкладання, що виділяються з них, значно токсичніші, ніж продукти горіння.

10.5. Технічні рішення щодо зниження горючості полімерних будівельних матеріалів

Це питання доцільно розглянути на прикладах отримання вогнезахищених полімерних будівельних матеріалів, оскільки при їх розробці застосовують різноманітні методи: введення наповнювачів; введення антипіренів; хімічну модифікацію полімерів; вогнезахисні покриття.

Введення наповнювачів. Оскільки все полімери, як і інші органічні речовини, є горючими матеріалами, то знизити горючість зв’язаної ними композиції можна шляхом застосування негорючого (мінімального) наповнювача, який знижує вміст горючих компонентів, впливає на процес піролізу полімерів, змінює умови тепломасообміну при горінні. Горючість матеріалів значно знижується при великому вмісті високодисперсного мінерального наповнювача. Для виробництва вогнезахищених полімерних матеріалів використовують наповнювачі, що проявляють вогнегасні властивості: гідроксид алюмінію, гідрокарбонати кальцію і магнію, воду. Наприклад, пресматеріали на основі поліефіракрилатів з рівномірно розподіленими по всій масі дрібними крапельками, води або ті, що містять змочений водою мінеральний наповнювач, володіють не лише низькою горючістю, але і високою теплостійкістю і стійкістю до спалахування при підвищених температурах.

Слід мати на увазі, що в деяких випадках швидкість горіння ПБМ може зростати, наприклад при використанні скловолокна. Негативний ефект в цьому випадку пояснюється вищою теплопровідністю скловолокно, відшаруванням в’яжучого від волокна і, як наслідок, збільшенням площі поверхні контакту з киснем повітря.

Введення антипіренів. Найбільш поширеним, ефективним і економічним методом отримання вогнезахищених ПБМ є використання антипіренів – речовин, що знижують горючість. Антипірени діляться на два великі класи: механічно суміщені з полімерами і реактоздатні з'єднання, що включаються в процесі синтезу або переробки полімерних матеріалів в молекулярну структуру полімеру. В даний час існує декілька гіпотез, які пояснюють зниження горючості полімерних матеріалів у присутності антипіренів. Відповідно до цих гіпотез антипірени можна умовно розділити за механізмом їх дії на наступні групи:

- ті, що розкладаються з виділенням негорючих газів (горіння сповільнюється унаслідок підвищення нижньої концентраційної межі займання і зниження температури полум'я унаслідок розбавлення горючих продуктів піролізу негорючими);

- галоїдомісткі, дія яких заснована на інгібіруванні радикальних ланцюгових процесів в газовій фазі;

- ті, що утворюють захисні плівки і сприяють підвищенню коксоутворення (горючість ПБМ знижується унаслідок уповільнення тепло – і масообміну між полум’ям і поверхнею матеріалу).

Антипірени повинні задовольняти наступним вимогам: володіти високою ефективністю вогнегасної дії, добре поєднуватися з полімерами, не погіршувати фізико–механічні властивості ПБМ, а також бути нетоксичними, достатньо доступними і не надто дорогими.

Особливе положення займають речовини, які власне не є антипіренами, але підсилюють їх дію. Це так звані синергісти (у перекладі з грецького що «разом діють»). Типовим представником цієї групи з'єднань є триоксид сурьми.

Хімічна модифікація полімерів. Цей напрям прийнято рахувати найбільш перспективним. Застосування реакційноздатних антипіренів, в принципі, можна розглядати як хімічне модифікування полімерів, оскільки змінюються хімічна будова і властивості макромолекул. Проте хімічна модифікація полімерів – ширше поняття, під яким розуміють модифікацію полімерів з метою підвищення їх термічною і термоокислювальної стабільності. У цьому аспекті проблема зниження горючості ПБМ тісно пов'язана з проблемою створення термостійких полімерів. Перспективним напрямом на шляху вирішення цієї проблеми є синтез полімерів з мінімальним змістом органічної частки, а також термостійких полімерів, що виділяють при розкладанні негорючі і нетоксичні продукти.

Вогнезахисні покриття. Також для вогнезахисту ПБМ можуть бути застосовані покриття для вогнезахисної обробки дерев'яних конструкцій, але в більшості випадків це недоцільно з тієї причині, що це привело б до невиправданого погіршення декоративних якостей поверхонь, що захищаються. Частіш за все такі покриття застосовуються для вогнезахисту деревно–стружкових і деревно–волокнистих плит, причому наносяться вони, як правило, в процесі виготовлення, оскільки для цього не потрібно змінювати технологічний процес виробництва. Проте технологія виготовлення вогнезахищених ДСП із застосуванням вермикуліту, який запресовують на лицьову поверхню плити, одночасно покращує декоративні якості.

Будівельна індустрія постійно поповнюється новими ефективними матеріалами і конструкціями, На жаль, володіючи цілим рядом переваг, вони дуже часто мають набагато гірші в порівнянні з традиційними матеріалами пожежонебезпечні характеристики.

Вирішити виникаючі в зв’язку з цим проблеми забезпечення пожежної безпеки об'єктів, що будуються, повсюдною забороною застосування тих або інших матеріалів і конструкцій не вдасться. Пожежна охорона повинна разом з іншими організаціями і службами активно шукати і упроваджувати технічні рішення щодо зниження пожежної небезпеки об'єктів, що зводяться із застосуванням нових ефективних матеріалів.