Химия - Пенополистирол - Токсичность продуктов горения пенополистирола

01 марта 2011


Оглавление:
1. Пенополистирол
2. Применение пенополистирола
3. Потребление пенополистирола в мире
4. Свойства
5. Пожароопасные свойства
6. Токсичность продуктов горения пенополистирола

Относительная токсичность горения пенополистирола существенным образом зависит от условий пиролиза. Показано, что сгорание пенополистирола толщиной 3 см и площадью 1,7 м создает для человека смертельную концентрацию летучих продуктов.

Поэтому изучение токсичности продуктов горения пенополистирола было начато во всем мире на рубеже 60-хх годов при конструировании объектов военной техники замкнутого объёма — космических кораблей, самолетов, подводных лодок и т. д. Эти исследования носили закрытый характер — до сих пор в открытом доступе присутствуют лишь разрозненные их фрагменты.

Применение пенополистирола вне сферы военных приложений очертило ряд существенных недостатков механистичного переноса в коммунальную гигиену критериев оценки токсичности продуктов горения, принятых в военной медицине. В частности такой широко распространенный интегральный показатель токсичности продуктов горения H_CL50 был изначально рассчитан на боевые действия с наперед запланированным и допустимым летальным исходом реципиентов. Разумеется такой подход был негуманен и совершенно недопустим для гражданского населения при оценке пожарнотехнических рисков. Поэтому коммунальная гигиена вопросы токсикологии и гигиены применения полимерных материалов рассматривает намного шире, глубже и комплексней.

Ежедневно только в Российской Федерации происходит 549 пожаров, на которых гибнет 42 человека, что более чем в 3 раза превышает средний уровень развитых стран и составляет 5-6 % погибших в категории насильственной смерти. По данным судебно-медицинских экспертиз в структуре причин смерти на пожарах до 85 % составляют отравления продуктами горения. Данный факт необъясним с позиций судебно-медицинской диагностики, базирующейся на определяющем влиянии оксиуглеродной интоксикации, выражающейся в повышенном содержании карбоксигемоглобина в крови погибших. Поэтому и зарубежные и отечественные токсикологи давно уже ориентируются на диагностику комбинированных ингаляционных отравлений продуктами горения. Особенно актуален данный подход для полимерных материалов, в случае горения которых выделяется множество высокотоксичных ксенобиотиков, которые и играют определяющую роль в генезисе смерти потерпевших, хотя индивидуальные концентрации этих токсических соединений в крови могут и не достигать общеизвестных летальных уровней.

По результатам испытаний «НИЛ токсичности продуктов горения» отдельные виды пенополистирола относятся к высокоопасным — группа токсичности Т3. Поэтому на Украине находится на утверждении проект закона, категорически запрещающий применять в жилых строениях полимерные и полимерсодержащие строительные материалы с токсичностью продуктов горения Т3 и Т4. Кроме того все ещё остается невыясненным вклад антипиренов в токсичность продуктов горения пенополистирола. И хотя присутствие в достаточно больших количествах в составе продуктов горения самозатухающих марок пенополистирола крайне ядовитого бромводорода подтверждается самими производителями, вопрос до сих пор остается открытым. Серьезную путаницу и неразбериху в вопросах оценки токсичности продуктов горения пенополистирола вносят и сами производители, пытаясь при помощи средств массовой информации собственные хаотичные исследования непонятно чего по непонятно каким методикам опосредованно отождествить со всем многообразием выпускаемых пенополистиролов.

В этой связи представляются весьма непонятными объяснения ГУ «Судебно-экспертное учреждение ФПС „Испытательная пожарная лаборатория“ по Свердловской области», по факту расследования причин гибели людей при пожаре в клубе «Хромая лошадь», что оценка токсичности продуктов горения пенополистирола согласно ГОСТ 12.1.044-83 ими не проводилась «…в связи с отсутствием в лаборатории технической возможности…». Проблема степени допустимости применения пенополистирола в строительстве в свете дефицита мышей уже стала предметом пристального интереса средств массовой информации.

В то же время, согласно исследованию Аналитической группы при кафедрах органического цикла МГУ, под руководством профессора А. Т. Лебедева, «два куска пенопласта с маркировками SE и STD» не содержит и не выделяет при горении фосген и хлор.

Коэффициент дымообразования негорючих марок пенополистирола составляет 1219 м²/кг, что в 53, 35, 4.5, 1.4 раза больше, чем у древесины, картона, линолеума ПВХ, резины, соответственно. Горючие марки пенополистирола выделяют дыма примерно на 14 % меньше. Пожарно-технические наставления предостерегают, что при коэффициенте дымообразования выше 500 м²/кг задымленность так высока, что человек полностью утрачивает способность самостоятельно ориентироваться в помещениях.

Дымообразующая способность некоторых горящих материалов

Название материала	Коэффициент дымообразования,
Пенополистирол самозатухающий	1219
Пенополистирол горючий	1048
Резина	850
Пенополиуретан	757
Линолеум ПВХ	270
Фанера	140
ДВП	130
Ткань мебельная п/ш	116
ДСП	90
Картон марки «Г»	35
Древесина	23

Задымления помещений при пожаре в первую очередь опасна как психологический фактор, воздействующий на человека через органы зрения. Средняя скорость распространения дыма на пожаре по вертикали составляет 2 — 3 м/с, а по горизонтали — 0,5 — 0,7 м/с. Если видимость в задымленном помещении составляет менее 10 м, то у человека на подсознательном уровне формируется необратимое паническое состояние, при котором он склонен к иррациональным действиям и не всегда способен самостоятельно покинуть помещение, хотя суммарная токсичность продуктов горения может еще и не достичь опасных концентраций.

Состав продуктов горения пенополистирола

по данным Ленинградского филиана Научно Исследовательского Института Пожарной Обороны

Наименование токсичных летучих веществ, выделяющихся при горении пенополистирола	м²/г
СО	70,5
СО2	2142,7
HCN	11,8
C6H5OH	0,01
N2O	1,18
CH3-C-CH3	0,53
C6H6	4,9
C8H8	0,31

Более 90 % людей погибает еще до прибытия пожарных подразделений так как подавляющее большинство пожаров развивается по хрестоматийной схеме: — обнаружение → задержка с оповещением и выводом людей → гибель людей в дыму от отравления.

Высокую токсичность продуктов горения незащищенного пенополистирола, использованного вопреки всем строительным нормам, наглядно продемонстрировал пожар к клубе «Хромая лошадь». Огонь полыхал всего 3 минуты, сам клуб практически не пострадал, на как будто только что сервированных столиках остались нетронутыми салфетки, приборы, еда. Деревянная мебель не сгорела, только покрылась копотью. Огонь сам погас ещё до приезда пожарных, которые долго не могли понять, как за 3 минуты пожара могло погибнуть столько людей.

Антипирены, используемые в составе пенополистирола

В данный момент строительный пенополистирол типа ПСБ-С пропитывают гексабромциклододеканом. Доля противопожарных добавок обычно не превышает 0,5 %. ГБЦД не образует токсичных диоксинов и фуранов при горении. Этот факт был подтвержден Министерством природы Германии в 1990 для полимеров, в котором содержание ГБЦД было, по крайней мере, в пять раз выше обычного. Было установлено, что ГБЦД не является источником формирования полибромодибензофуранов и диоксинов при различных видах горения в диапазоне температур от 400 до 800°C2. Аналогичный результат был ранее подтвержден Министерством природы Нидерландов в 1989 г. при изучении пиролиза полистирола, содержащего 10 процентов ГБЦД. Исследование, проведенное в 1992 г. известным институтом Фрезениуса в Германии, показало, что в самом ГБЦД нет бромированных диоксинов или фуранов, которые можно было бы выявить. Последние испытания в инсинераторе 'Tamara' в Карлсруэ показали, что сгорание полистиролов в современной мусоросжигательной печи является экологически благоприятным методом утилизации с точки зрения выбросов в атмосферу.

Однако в последние годы выяснилось, что ГБЦД обладает куммулятивными свойствами, что вызвало обеспокоенность в связи с его влиянием на окружающую среду. Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях, комитет по рассмотрению стойких органических загрязнителей ООН, Шестое совещание UNEP/POPS/POPRC.6/10 Женева, 11-15 октября 2010 года предписали ограничить, а в дальнейшем запретить его применение. На Украине ГБЦД внесен в список опасных химических веществ с учетом его воздействия на экологию, а ряд стран уже полностью запретили даже ввоз ГБЦД на свою территорию.

К 2014 году было предписано прекратить использование этого вещества, в том числе в качестве антипирена для пенополистирола.

В конце марта 2011 года Great Lakes Solutions объявили об успешном создании безопасной альтернативы. С апреля 2011 года Great Lakes Solutions совместно с The Dow Chemical Company приступили к проработке процесса производства и продажи антипирена нового поколения, соответствующего требованиям по безопасности и экологичности, над которым специалисты двух компаний работали последние несколько лет. Президент компании Great Lakes Solutions Анна Нуунан сообщила, что новая антипожарная добавка не снижает теплотехнических характеристик вспененных и экструдированных полистиролов и одновременно удовлетворяет требованиям по экологичности. В начале апреля компания BASF объявила об удовлетворительных результатах тестирования нового антипирена в составе пенополистирольной продукции. Таким образом, индустрия получит возможность совершенствовать потребительские характеристики полистиролов, адаптировав их к всё более требовательным экологичным стандартам ЕС.

Состояние зданий, утепленных пенополистиролом, после пожара

Пенополистирол имеет низкую теплостойкость и уже при температуре выше 80С начинает размягчаться. Введение в пенополистирол антипиренов уменьшает вероятность случайного возгорания и снижает его горючесть. При требовании к пожарным расчетам прибывать на место бедствия в течение 10 минут, стены, утепленные пенополистиролом, выдерживают воздействие в диапазоне 100—110 °C в течение 2-часов, за которые пенополистирол, переходя в жидкое состояние, подвергается существенной деструкции и уменьшается в объёме в 3-5 раз.

Температура в помещении через 10 минут горения различных материалов в условиях реального пожара

Горящий материал	Температура в помещении, °C
хлопчатобумажная ткань	260
древесина, мебель	280
бумага, картон	380
полимерные материалы	950 — 1200

Все термопластичные пластмассы в течении 3-х минут способны воспламеняться от лучистой энергии интенсивностью 19800 вт/м². Если пенополистирол защищен гипсоволокнистой плитой + древесно-волокнистой плитой то примерно через 22 минуты т. н. „стандартного пожара“ внутри помещения создаются условия для самовоспламенения пенополистирольного утеплителя внутри стеновой конструкции. Если пенополистирол защищен асбоцементным листом то примерно через 7-8 минут под воздействием лучистой энергии пламени он прогревается до температуры самовоспламенения. По результатам исследований и опытов установлено, что под слоем цементно-песчаной штукатурки толщиной 25 — 30 мм т. н. „стандартного пожара“ пенополистирол прогревается до температуры 200 °С и выше только через 16 минут. В трехслойных железобетонных панелях с утеплителем из ПСБ-С и защитным слоем из мелкозернистого тяжелого бетона толщиной 50 мм, оплавления пенополистирола на значительную глубину происходит только через 15 минут „стандартного“ пожара, и только через 45 минут его полное расплавление.

В результате образовавшейся температурной волны пенополистирольный утеплитель на значительной части здания может быть полностью уничтожен, так как процессу термодеструкции пенополистирола предшествует этап его пиролиза, развивающийся на начальной низкотемпературной фазе пожара и сопровождающийся обильным истечением летучих соединений.

При этом даже абсолютно не затронутые огнем конструкции стен соседних квартир, поглотив часть продуктов разложения пенополистирола, окажутся безвозвратно загрязненными и непригодными для дальнейшего проживания.

В то же время производители пенополистирола, а также некоторые специалисты утверждают, что современный пенополистирол с добавлением антипиренов практически исключает возгорание, будучи применен в составе специальных систем утепления

Профессор РХТУ, д.х.н., Кербер М. Л.: При соблюдении правил использования, материалы из пенополистирола безопасны для человека и природы, а учитывая их высокие теплоизоляционные свойства, им почти нет аналогов среди существующих утеплителей.

Для исключения воздействия открытого пламени из горящей квартиры на пенополистирол, используемый, для наружной теплоизоляции стен зданий с тонким штукатурным слоем, в этом типе утепления фасадов используются вставки из минеральной ваты по периметру оконных проемов и поэтажно по периметру здания. Системы утепления фасадов зданий проходят натурные пожарные испытания в соответствии с ГОСТ 31251-2003, в соответствии с которым в настоящее время 77 систем с утеплителем из пенополистирола получили наилучший класс пожарной опасности К0, то есть были признаны непожароопасными. Известные случаи пожаров в конструкциях с пенополистиролом эти эксперты объясняют исключительно нарушениями правил его использования, а также халатностью надзорных органов и проектировщиков, допускающими неправильное применение.

Другие эксперты, и в частности „Лаборатория противопожарных исследований, сертификационных испытаний и экспертизы в строительстве“ при „Центральном НИИ строительных конструкций им. В. А. Кучеренко“ выражают серьёзную озабоченность несовершенством самого ГОСТ 31251-2003, обосновав суть своих замечаний в пояснительной записке к новому ГОСТ 31251-2008, редакции 2008 г. Эксперты отмечают, что из-за методологических просчетов ГОСТ 31251-2003, одна и та же конструкция может быть отнесена к разным классам пожарной опасности, что вносит элементы субъективизма при получении соответствующих пожарно-технических сертификатов.

Поэтому вступившая в силу 01.03.2010 новая редакция ГОСТ 31251 существенным образом изменила методологическую основу проведения испытаний стен зданий на пожарную опасность. В частности контроль степени горючести используемых материалов теперь должен осуществляться только по EN ISO 1716:2002, который автоматически уравнивает пожарнотехнические характеристики как горючих, так и т. н. „самозатухающих“ разновидностей пенополистирола. Кроме того новый нормативный документ однозначно требует, чтобы наружные стены здания с обеих сторон были выполнены из негорючих материалов, удельное значение пожарной нагрузки в любом помещении не превышало 700 МДж/м² и условная продолжительность пожара была меньше 35 минут.

Отечественные особенности испытаний пенополистирола на горючесть

По своей химической природе пенополистирол — однозначно горючий материал. Но в силу несовершенства отечественной нормативной документации, допускающей параллельное существование нескольких взаимоисключающих методик, определение класса горючести пенополистирола донельзя запутано и противоречиво.

Согласно методике, изложенной в нормативных документах, степень горючести пенополистирола оценивается по результатам анализа температуры дымовых газов, степени повреждения образцов по длине, потере ими массы или длительность самостоятельного горения. Данная методика изначально не способна объективно классифицировать степень горючести пенополистирола так как уже на первых секундах, происходит сквозное прогорание испытуемых образцов, сопровождающееся плавлением и каплепадением пенополистирола. Вследствие низкой теплостойкости пенополистирола, образующийся расплав покидает зону горения настолько быстро, что не успевает прогреться до температуры самовоспламенения и образования горящих капель расплава. В оставшееся время испытаний пламя испытательной установки непосредственно уже не воздействует на образцы, оставляя их неповрежденными. В итоге формальные признаки не превышают установленных границ, что позволяет отнести практически все виды пенополистиролов к группе горючести Г1. Предостерегая от неправильной оценки горючих свойств пенополистирола, специалисты давно и настойчиво обращают внимание даже на уровне учебников на нелепость и ошибочность данной методики. Поэтому была разработана усовершенствованная методика, оформленная в соответствующем ГОСТ. Но заложенные в этом нормативном документе методологические просчеты и откровенные ошибки арифметического плана только усугубили ситуацию неоднозначности и методологического хаоса в вопросах классификации пенополистирола по группам горючести. Кроме того данный ГОСТ не распространяется на испытания строительных материалов.

Несовершенство методик, перемноженное на практически полную изношенность испытательного оборудования пожарнотехнических лабораторий, при низкой степени ответственности и квалификации их персонала привело к ситуации, когда степень горючести пенополистирола, записанная в пожарном сертификате, уже больше практически не зависит от истинных физических характеристик материала — достаточно выбрать „правильную“ лабораторию, которых в России около 100.

Несовершенство отечественного нормативного и правового законодательства позволяет производителям пенополистирола, для получения соответствующего пожарно-технического заключения, уже больше не обращаться в официальные специализированные исследовательские институции — достаточно получить нужное заключение от любой из множества частных сертификационных контор, которые имеют в своём уставе пункт „Проведение испытаний“. А наличие заключения от такой конторы позволяет проводить массированную и агрессивную пропаганду в СМИ, Интернете и специализированных изданиях, утверждая, что пенополистирол является негорючим и нетоксичным материалом. Об этой проблеме недавно заявили высокопоставленные сотрудники Ростеста и Общества по защите прав потребителей

А. А. Медников, директор ЗАО „Ростест“:

— Сейчас в сертификации существует огромное количество фиктивных сертификационных контор, которые работают с испытательными лабораториями, которых не существует.

Н. С. Головкова, член СП РФ, вице-президент Всероссийской лиги защитников прав потребителей, председатель Московского общества защиты прав потребителей: — Очень часто вся эта контора представляет собой пятерых человек с письменным столом и компьютером.

Все это позволяет высокопоставленным чиновникам, ответственным за состояние вопроса заявлять следующее:

Смирнов Н. В., д.т. н., профессор, начальник отдела ФГУ ВНИИПО МЧС России — Наиболее пожароопасными являются утеплители на основе пенополистирола. Они при тепловом воздействии плавятся, текут и поджигают все, что находится на их пути. Все материалы на основе пенополистирола по горючести относятся к классу Г3, Г4. Таким образом, если в сертификате вы видите группу горючести Г1, Г2 — это ошибка. Эти материалы относятся к легко воспламеняемым, высоко опасным по токсичности продуктов горения и с высокой дымообразующей способностью. Несколько крупных пожаров, произошедших на промышленных предприятиях, показали высокую пожарную опасность материалов на основе пенополистирола.

Чистяков А. М., профессор, зам. генерального директора ФГУП „ЦНИИПРОЕКТЛЕГКОНСТРУКЦИЯ“: — Выход на российский рынок новых строительных материалов, в том числе утеплителей, сопровождается отсутствием адаптированной нормативной базы, что приводит к дезориентации потребителя в том, что касается сферы применения тех или иных материалов. Например, на упаковках почти всех производителей экструзионного пенополистирола, имеющего сертификат группы горючести Г1, сам производитель указывает „Reaction to fire class E“. То есть производитель согласен, что в Европе его утеплитель можно применять не выше цокольного этажа или в инверсионных кровлях на бетонной основе, а в России, размахивая приобретенным сертификатом на Г1, он рекламирует свою продукцию для широкого применения в фасадах и кровлях на металлическом основании. Следуя известному высказыванию „Зри в корень“, в данной ситуации многое на российском рынке утеплителей можно объяснить экономическими причинами. Относительная дешевизна пенополистиролов как мощный поплавок выбросила их на поверхность нашего ещё во многом дикого строительного рынка.

Лежнев С. Т., начальник сектора ФГУ ВНИИПО МЧС России: — Использование плит из ПСБ-С привело в ряде случаев к катастрофическим последствиям. С начала 1970-х гг. и в последующем произошли очень крупные пожары — на Чернобыльской АЭС, в Надыме, Челябинске… Везде наблюдалось очень быстрое распространение пламени и обрушение конструкций уже на 12-14 мин от начала пожара. При этом очень осложняло работу пожарных образование горящих капель, быстрое распространение огня по утеплителю, а также выделение большого количества токсичных продуктов горения. Между специалистами ВНИИПО и строителями давно существуют разногласия по вопросу применения в строительстве утеплителей из полимерных материалов. Однако по СНИПам пенополистирольный пенопласт был квалифицирован как трудносгораемый материал и разрешен для массового строительства.

Ситуацию неразберихи и неоднозначности в вопросе оценки истинных характеристик пенополистирола усугубляет ещё и тот факт, что в зависимости от свойств исходного сырья, пенополистирол одного и того же производителя, изготовленный в сходных условиях и единым ТУ по своим отдельным пожарнотехническим показателям может различаться в 4-5 раз.

Испытания пенополистирола в соответствии с новым Российским противопожарным законодательством

В попытке директивным образом нормализовать ситуацию с пожарнотехническими испытаниями полимерных материалов в России, в соответствии с Законом о Техническом Регулировании, с 01.05.2009 вступил в силу Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ Технический регламент о требованиях пожарной безопасности который кардинальным образом изменил методологию оценки результатов испытаний на горючесть для полимерных материалов. Если раньше, в соответствии с п.5.3, для материалов групп горючести Г1, Г2 и Г3 не допускалось образование горящих капель расплава, то в соответствии с Статьей 13, п.6 нового Федерального закона не допускается образования даже негорящих капель расплава для материалов групп горючести Г1 и Г2. Это казалось бы незначительное уточнение на деле, в директивный способ, фактически запрещает сам факт возможности существования пенополистирольных материалов с группой горючести ниже Г3 так как все термопластичные материалы, в том числе и пенополистирол, при горении плавятся с образованием капель расплава.

В течение 2010 г. в России также планируется ввести в действие национальный стандарт «Материалы строительные. Метод испытания на пожарную опасность при тепловом воздействии с помощью единичной горелки», гармонизированный с аналогичным европейским стандартом, который уже действует несколько лет в Беларуси.

Однако как показала практика, даже по прошествии почти года с момента вступления в силу закона федерального уровня, его не спешат выполнять, продолжая выдавать на местах пожарные сертификаты, противоречащие современному Федеральному законодательству России.

Европейские методики испытания пожарнотехнических свойств пенополистирола

Новая европейская система классификации пожарнотехнических характеристик строительных материалов заменила национальные испытательные стандарты стран Евросоюза и в случае испытаний пенополистирола предполагает использование следующих стандартов:

• EN ISO 1182:2002 Reaction to fire tests for building products — Non-combustibility tests.
• EN ISO 1716:2002 Reaction to fire tests for building products. Determination of the heat of combustion.
• EN ISO 11925-2-2002 Reaction to fire tests for building products — Part 2: Ignitability when subjected to direct impingement of flame.
• EN 13823:2002 Reaction to fire tests for building products — Building products excluding floorings exposed to the thermal attack by a single burning item.

Европейские стандарты в первую очередь отталкиваются от оценки низшей теплоты сгорания испытуемого материала, которая в случае пенополистирола чрезвычайно высока. Поэтому в Европе пенополистирол относится к горючему классу строительных материалов — «Class E».

В соответствии с обязательными требованиями раздела «Marking and labelling» класс горючести пенополистирола должен в обязательном порядке указываться на сопроводительной упаковочной этикетке, форма которой стандартизирована.

Просмотров: 31844

<<< Пенополивинилхлорид

Поролон >>>