11.2 Основи вогнезахисту деревини і деревних матеріалів

У главі 7 розглядалися закономірності запалення й горіння деревини. Процес її термічного розкладу протікає у дві стадії:

1) розклад з поглиненням тепла при нагріванні до 280 ^оС;

2) розклад з виділенням тепла (горіння) при нагріванні понад 280 ^oС, причому розрізняються два періоди:

А) полум‘яне горіння (згоряння газів, що утворюються при термічному розкладі);

Б) тління (згоряння деревного вугілля, що утворилося).

Протікання двох конкуруючих процесів при піролізі деревини (утворення смол, що виділяють пальні гази, та утворення вугілля) має велике значення для вогнезахисту. Підвищуючи вихід вугілля за рахунок зменшення кількості пальних газів, можна понизити горючість деревини.

Враховуючи сказане, можна виділити таки шляхи зниження горючості деревини:

– знизити швидкість нагрівання поверхні матеріалів, що дає змогу утворення більш товстого шару вугілля, яке має погану теплопровідність;

– направити піроліз матеріалу в сторону утворення негорючих газів або зменшення виділення пальних газів;

– створити умови для неможливості тління вугілля.

Технічно це досягається трьома методами:

1) просочуванням деревних матеріалів або введенням в їхній склад речовин, що сприяють дегідратації деревини з мінімальним виділенням пальних газів і максимальним виходом вугілля;

2) нанесенням на поверхню матеріалів вогнезахисного покриття, що забезпечує утворення коксового шару і відвертання його тління і горіння;

3) екрануванням виробів з деревини від впливу високої температури захисними сорочками з вогне- і теплоізоляційних матеріалів.

11.2.1 Вогнезахисне просочування деревини

Вогнезахисне просочування розчинами антипіренів або полімерів може надати деревині негорючих властивостей і при короткому, і при тривалому впливі джерела запалювання. На відміну від екрануючих покриттів, воно підвищує опір дії вогню не тільки на стадії займання, але й при розвитку горіння. Суть просочування виражається у створенні в капілярній системі (і на клітинному рівні) деревини після висушування соляного шару, який заважає розкладенню целюлози і лігніну та чинить опір дифузії пальних газів, що утворилися при піролізі, до поверхні. Кількість просочувального розчину визначають за формулою:

a 10000

К = ———— ,

c  

де К – необхідна кількість просочувального розчину, % маси деревини;

a – необхідна щільність деревини після просочування антипіреном, кг/м³;

с – концентрація антипірену у розчині, %;

 – щільність деревини, кг/м³.

Вогнезахисне просочування антипіренами здійснюється за методами:

1) просочування під тиском у автоклаві – чергування вакууму і тиску (p = 1…1.6 МПа;  = 1 година; t = 60 ^оС) при просочуванні в просочувальних циліндрах. Цей метод дозволяє досягнути витрат 75 кг сухої солі на 1 м³ деревини. Таке просочування найбільш ефективне, дозволяе отримати важкогорючі матеріали (I група вогнезахисту), але воно може застосовуватися тільки для порівняно невеликих деталей;

2) просочування у ванні (вимочування) – методом холодно-гарячих ванн. Використовується властивість утворення розрідження повітря у капілярах деревини при переносі дерев'яного виробу з гарячої ванни (до 90 ^оС) в холодну. При цьому розчин всмоктується у капіляри і утримується там. Таким методом вдається затримати у деревині до 50 кг сухої солі на 1 м³ деревини, тобто одержати важкозаймистий матеріал (II група вогнезахисту);

3) поверхневе просочування – багатократне нанесення гарячого (до 60 ^оС) просочувального розчину. Воно застосовується для обробки елементів вже встановлених у будівлю і не підлягаючих роз‘єднанню;

4) дифузійне просочування – нанесення на вологу деревину пастовидної суміші антипірену з добре набухаючою клейкою речовиною. За рахунок великої концентрації солі у вологій пасті виникає осмотичний тиск, який обумовлює проникнення антипірену у пори деревини. Таким методом можна обробляти сирі лісні матеріали, але процес триває до 140 діб.

5) просочування органорозчинюваними антипіренами – використання розчинів з малим поверхневим натягненням. До складу таких сумішей входять антипірени (кам‘яновугільне, антраценове або сланцеве масла, відходи нафтової сировини та ін.), гідрофобізатори (парафін або каніфоль) та розчинювачі (діоксан, ксилол, лігроїн, дихлорбензол і ін.). Розчини з цих компонентів, завдяки малому поверхневому натягненню, заповнюють капілярну систему деревини і навіть просочуються у стінки її клітин. А коли розчинювач випаровується, антипірени з гідрофобними додатками утворюють бар‘єр, який перешкоджає, з однієї сторони, проникненню усередину деревини вологи і кисню, а з другої – дифузії назовні пальних газів (продуктів піролізу) при нагріванні.

Для зниження горючості деревних матеріалів використовують водорозчинювані або полімерні антипірени.

Просочування водорозчинюваними антипіренами (солями алюмінію, фосфорної кислоти, сполученнями бору, хрому, міді, цинку і ін.) більш доступне за підбором складових речовин. Воно здійснюється методами 1, 2, 3, 4. Перелічені солі придушують процес тління деревини. Наприклад, фосфорна кислота починає зневоджуватися тільки при 213 ^оС, перетворюючись у пірофосфорну кислоту, яка повільно при 800 ^оС переходить у метафосфорну кислоту. Борна кислота починає втрачати воду при 70 ^оС, а її кінцевий продукт – борний ангідрид - кипить при 600 ^оС. Ці продукти не випаровуються при температурі тління деревини і заважають процесу горіння. З подібної точки зору вибираються й інші антипірени.

Перехід деревини у важкогорючий стан, якому відповідає втрата при іспиті менше 20 % маси матеріалу, що просочувався, досягається при вміщенні, кг/м³: діамонійфосфату – 66; сульфату амонію – 95; бури – 80.

Найбільше розповсюдження для глибокого просочування знайшли такі водні суміші, % мас.:

1. Сполука С: сульфат амонію – 15; динатрійфосфат – 2; фторид натрію – 2.

2. Сполука МС (ВАТ "Антисептик", Київ): діамонійфосфат – 7.5; сульфат амонію – 7.5; фторид натрію – 2.

3. Сполука ББ-11 (НТЦ "Конрест", Київ): бура – 10; борна кислота – 10.

4. Сполуки ОСП-3 та FRB-34C підприємства "Йодобром", м.Саки, Крим.

За результатами іспитів в УкрНДІПБ МВС України отримання важкогорючої деревини також забезпечує вогнезахисне просочування такого складу, % мас.: діамонійфосфат – 20, сульфат амонію – 10, контакт "Петрова" – 1, вода – 69. Додаток ваги сухих солей 40-45 кг/м³.

Просочування полімерними антипіренами здійснюють за методами 1, 2, 3, 5. Для цього застосовують полімери, схильні при нагріванні до карбонізації, – карбамідні і фенолформальдегідні олігомери, фуранові сполуки, кремнійорганічні рідини. Отвердіння олігомерів здійснюється в результаті або хімічної реакції, або термообробки при температурі 100-130 ^оС. Як приклад розповсюджених полімерних просочувальних сумішей можна привести такі, % мас.:

1. Сполука фенольна: фенолоспирти – 23; діамонійфосфат – 8; вода – 69.

2. Сполука фуранова: фурфурол – 60; мономер ФА – 25; соляна кислота – 10; нітрат кадмію – 5.