Полимерные материалы пониженной горючести в инженерно-технических средствах защиты

Олифиренко В. Палагин А. Полимерные материалы пониженной горючести в инженерно-технических средствах защиты // Системы безопасности. 2004 . №. C. 242-244

В настоящее время в ряде отраслей народного хозяйства (от оборонной промышленности до производства товаров народного потребления) широко применяются искусственные и синтетические полимеры. Их использование позволяет успешно заменить дефицитные и дорогостоящие металлы и сплавы (в машиностроении), а также природные волокна (в текстильной и целлюлозной промышленности). На основе полимеров по энергосберегающей технологии создаются качественно новые фильтро- и изоляционные материалы, модифицированные резинотехнические изделия, синтетические волокна, мембраны, пленки, краски и лаки. Однако полимеры и полимерные материалы обладают одним существенным недостатком - горючестью. В связи с этим при их внедрении значительно возрастает пожароопасность.

Комплекс мероприятий по огнезащите

Документами, определяющими требования к огнепреграждающим устройствам, зданиям и сооружениям, являются: СНиП 21.01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений" и ГОСТ Р 12.3.047-98 "Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования". С учетом норм, представленных в этих документах, реализуется комплекс мероприятий по огнезащите, в основные задачи которой входит предотвращение возгораний, замедление или прекращение развития начальной стадии пожара, обеспечение его быстрой локализации. Огнезащита снижает опасные факторы пожара, способствует его ликвидации, расширяет возможности применения при строительстве новых, современных решений. Она направлена на обеспечение пожарной безопасности и огнестойкости зданий и сооружений. Все существующие на сегодняшний день способы огнезащиты можно условно разделить на три вида:

1. Облицовка строительных конструкций теплоизоляционными материалами, устройство теплоотражающих экранов, увеличение поперечного сечения конструкций; создание противопожарных преград.

2. Обработка защищаемой поверхности специальными огнезащитными средствами (пасты, краски, лаки, пропитки на различной основе и т.д.).

3. Применение при строительстве негорючих материалов, в состав которых введены специальные вещества - антипирены. Если же рассматривать проблему предотвращения и тушения пожаров в концептуальном плане, то на первое место необходимо поставить решение двух следующих вопросов:


разработка и производство новейших видов негорючих (пониженной горючести) материалов;

применение (в гражданском и промышленном строительстве, в производстве железнодорожных пассажирских вагонов, в самолетостроении и др.) негорючих или трудногорючих материалов.

На первом из этих вопросов хотелось бы остановиться немного подробнее.

Антипирены. Проблема номер один

Задача создания новых или модифицированных полимеров и полимерных материалов, обладающих ограниченной горючестью, не может быть успешно решена в России и странах СНГ без развития производства замедлителей горения - антипиренов.

В качестве антипиренов обычно используют неорганические и органические материалы, в молекулах которых содержатся такие элементы, как галогены, фосфор, азот, бор, металлы и др. Особое место в ряду известных антипиренов занимают фосфорорганические реакционно-способные антипирены с акилфосфор связью. Наличие в них связи фосфор-углерод, устойчивой к гидролизу и окислению, усиливает ингибирующее влияние на процессы пиролиза полимеров. Благодаря особенностям своей структуры указанные антипирены могут применяться для создания различных типов полимеров. Они химически связываются с полимерами как на стадии получения, так и на стадии модификации последних. Даже при малом введении в полимер, антипирены, содержащие большое количество фосфора, придают ему огнезащитные свойства, не оказывая при этом существенного воздействия на его физико-механические особенности. При горении антипирены не выделяют токсичных газов, поэтому не слишком опасны для человека.

Полимерные материалы, содержащие фосфорорганические реакционно-способные антипирены с акилфосфор связью, обладают рядом важных характеристик, к которым относятся:

химическая стойкость к воздействию различных сред;

наличие полиэлектролитных свойств;

отсутствие каплеобразования при горении;

сохранение огнезащитных свойств независимо от погодных условий и при мокрой обработке.

Отметим, что на сегодняшний день наукой созданы следующие негорючие или трудногорючие материалы:


композиционные материалы на основе фенолформальдегидных и эпоксидных смол;

теплоизоляционные материалы на основе целлюлозы;

пенополиуретаны;

стеклопластики и стеклопластиковые изделия;

базальтопластики;

поливинилхлоридные композиции для изоляции проводов и кабелей;

пенопласты;

композиционные материалы на основе полипропилена;

композиционные прозрачные материалы для склейки стекла;

оргстекло;

полиэтилены;

огнезащитное вискозное волокно.

Однако, как отмечалось на V Международной конференции по тематике "Полимерные материалы пониженной горючести", проходившей 1-2 октября 2002 года в г. Волгограде, сегодня происходит снижение выпуска химической промышленностью антипиренов, что ставит под угрозу освоение и промышленный выпуск вышеуказанных материалов и, как следствие, снижение уровня пожарной безопасности в России. Для сравнения: объем выпуска антипиренов за рубежом каждый год увеличивается на 10%.

Состояние рынка огнестойкого стекла

Пожаростойкое стекло является уникальным материалом, в котором свойства прозрачности, важные при проектировании различных зданий и сооружений, сочетаются с огнестойкостью. Согласно требованиям утвержденных норм защитного остекления, пожаростойкие стекла должны быть безопасными, надежно функционировать в соответствии с их назначением после установки на заданное место, обеспечивая поддержание пожаростойкого барьера (заполнение проемов в противопожарных преградах) как части противопожарной системы.

Исторически противопожарное остекление развивалось в двух направлениях:

создание монолитного пожаростойкого стекла;

создание многослойных стеклянных конструкций.

Разработки монолитного стекла привели к созданию боросиликатного стекла, уникального с точки зрения изоляции и целостности, но имеющего существенные недостатки: высокую стоимость и неспособность защитить от лучистой энергии. Последняя является одной из причин распространения пожара и гибели людей, так как при ее плотности 3,5 кВт/м2 происходит возгорание таких материалов, как ткань, дерево и т.д. По мнению специалистов Технологического университета г. Дельф (Великобритания), использование боросиликатного стекла в ближайшем будущем маловероятно. Более перспективным явилось создание многослойных силикатных конструкций с разбухающими под воздействием высоких температур промежуточными слоями из неорганического геля. До недавнего времени основными поставщиками огнестойкого стекла в Россию были известные зарубежные фирмы Saint-Gobain, Glaverbel, Pilkington. Поставляемое ими стекло состоит из нескольких прозрачных промежуточных слоев, основой которых является неорганический гель, и обладает рядом существенных недостатков, ограничивающих его применение (недостатки указаны в рекламных материалах фирм, представленных выше). Среди этих недостатков особо выделяются:


невозможность использования стекол при температурах выше +40 ?С;

необходимость использования ультрафиолетового фильтра (предлагается использовать триплекс на основе пленки ПВБ) при наружном применении стекол;

наличие небольших посторонних включений и пузырьков, легкого искажения и матовости.

К примеру, даже наличие одного слоя пленки ПВБ, по мнению специалистов ВНИИПО МЧС России, не только не увеличивает стойкость стекла при тепловом воздействии, но и повышает пожарную опасность композиций (плазменное горение на поверхности стекол, образование расплава пленок, выделение значительного количества дыма и токсичных продуктов термического разложения). По нашему мнению, такие стекла не получат широкого применения в России.



Новые светопрозрачные конструкции для заполнения проемов в противопожарных преградах

В связи с вышесказанным хотелось бы подробнее остановиться на разработанных в России светопрозрачных конструкциях, предназначенных для заполнения проемов в противопожарных преградах и созданных с применением органических композиционных материалов для склейки стекла. Так, специалистами Технологического института Саратовского технического университета и ЗАО "Ламинированное стекло" в 2003 году были разработаны конструкция и технология производства безопасного в эксплуатации многослойного огнестойкого стекла. Выполненная работа дала следующие результаты:

стекло соответствует требованиям СНиП 21.01-97;

стекло соответствует требованиям ГОСТ 30826-03 по классу защиты А2 за счет того, что склеивание стекол впервые в мире произведено органической полимерной композицией.

При разработке полимерной композиции были использованы реакционноспособные олигомеры и мономеры, в том числе содержащие в своем составе ингибиторы горения Р, CI, Т. Полученный заливочный состав обладает светопрозрачностью и хорошей адгезией к силикатному стеклу. Варьируя составы исследуемых продуктов и соотношение в них компонентов, разработчики получили УФ-инициируемый полимеризацией состав, полимеризуемый в плоских сборных пакетах. По содержанию гель-фракции были определены мощность облучения - 40 Вт/м2 и время облучения 45-60 мин. Прозрачность конструкции оценивалась по коэффициенту светопропускания и составила 85-90%, что соответствует уровню, установленному нормативными требованиями к данному показателю. Адгезионная прочность соединения с силикатным стеклом определялась по устойчивости к сдвигу, составляющей от 0,32 до 0,67 МПа. Термогравиметрическим анализом установлено, что полученный полимер относится к классу коксующихся, то есть при воздействии пламени деструкция полимера не сопровождается расплавлением, каплеобразованием и возгоранием, а происходит его обугливание и образование твердой, достаточно объемной углеродной пленки. Образование данной пленки не сопровождается выделением газа и дыма, поддерживающих горение, что позволяет отнести полимер к классу трудносгораемых.

Стекло многослойное, огнестойкое, безопасное в эксплуатации представляет собой конструкцию из пяти слоев силикатного стекла, четыре из которых попарно соединены между собой полимерной композицией, то есть фактически являются триплексами, которые затем собираются в стеклопакет. Толщина огнестойкого стекла - 24 мм (рис. 1). В процессе выполнения работ по созданию огнестойкого стекла была также разработана огнестойкая рама (рис. 2), на конструкцию которой получен патент. В перспективе планируется создание огнестойкого стекла для "Противопожарных перегородок" и "Противопожарных дверей" с остеклением 80-90%.

Заключение

Все работы по созданию полимерных материалов пониженной горючести в России на сегодняшний день координирует Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН во главе с директором - академиком А.А. Берлиным. При том, что с научной точки зрения создание полимерных материалов пониженной горючести проходит достаточно успешно, реализация уже имеющихся разработок не соответствует задачам по обеспечению пожарной безопасности России. Благодаря своим свойствам, реакционно-способные антипирены с алкил-фосфор связью имеют устойчивый спрос как в нашей стране, так и за рубежом. Однако имеющиеся запасы сырья для изготовления всего спектра фосфорорганических антипиренов в России недостаточны. Это связано с прекращением производства у нас в стране метилфосфонилдихлорида. Для решения вопросов с сырьем Правительству РФ необходимо принять решение о производстве этого вещества на базовых предприятиях. Помимо этого считаем необходимым разработать:


Программу развития производства полимерных материалов пониженной горючести и конструкционных материалов на их основе.

Программу реализации концепции пожарной безопасности применительно к промышленному и гражданскому строительству, наземному и воздушному транспорту и другим направлениям.