Химия - Пенополистирол - Пожароопасные свойства

01 марта 2011


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

Пенополистирол различных марок относится к группам горючести Г3 — Г4. В Европе пенополистирол также относится к горючему классу строительных материалов — «Class E» . Относится к синтетическим полимерам. Синтетические полимеры характеризуются горючестью. Учитывая это свойство, нормативные документы обязывают использовать пенополистирол только «в качестве среднего слоя строительной ограждающей конструкции». При таком подходе, возможность воспламенения материала исключается.

Воспламенение открытого материала, вне конструкции, может произойти от пламени спичек, паяльной лампы, от искр автогенной сварки. Пенополистирол не воспламеняется от прокаленного железного провода, горящей сигареты и от искр, возникающих при точке стали.

Горит в расплавленном состоянии с выделением большого количества теплоты. Удельная теплота сгорания пенополистирола 39,4 — 41,6 МДж/кг, что в 4,3 раза выше чем у сосновой древесины естественной влажности, однако, плотности этих материалов — 300—550 кг/м.куб. у сухого дерева и от 15 до 30 кг/м.куб у пенополистирола, что при соотнесении дает несравнимо большую горючесть и способность выделять тепло дерева.

Линейная скорость распространения огня по поверхности пенополистирола 1 см/сек, в 1,5 — 2 раза превышающая скорость распространения огня по сухой древесине,.

Удельная массовая скорость выгорания пенополистирола марки ПСБ — 2.19 кг/мин м².

Горение пенополистирола сопровождается обильным выделением густого чёрного дыма. Продукты горения токсичны. Средства тушения: Распыленная вода со смачивателями. Горение пенополистирола близко к горению напалма.

При некорректном проведении экспериментов возможно неправильное определение группы горючести пенополистирола. Одной из ошибок является испытание материала без сочетания с негорючей основой, что является нарушением методики проведения испытания. В результате этого при воздействии пламени на образец он прогорает насквозь, оставшаяся его часть сжимается под влиянием температуры, и пламя горелки непосредственно не воздействует на вертикально расположенный образец. При таком способе проведения испытания сильно снижается вероятность распространения пламени по поверхности образца и образования горящих капель расплава.

Мнение Ассоциации европейских производителей пенополистирола

По мнению Ассоциации европейских производителей пенополистирола, несмотря на то, что при горении ППС выделяется чёрный дым, его токсичность ниже по сравнению с токсичностью дыма от сгорания обычных строительных материалов. Этот вывод был сделан уже в 1980 г. Центром пожарной безопасности TNO для ППС стандартных классов и для ППС классов SE.

«…Дым от ППС в худшем случае имеет ту же токсичность, а в большинстве случаев — меньшую токсичность по сравнению с токсичностью дыма от сгорания природных материалов по всему температурному диапазону…» — утверждает Ассоциация европейских производителей пенополистирола.

Пожарная опасность пенополистирола в квалификации нормативно-правовых документов

На горючесть пенополистирола прямо и однозначно указывают профильные производственно-технические нормативные документы, характеризуя его как сгораемый материал, который даже в составе бетонной композиции не утрачивает горючих свойств. На пожароопасность пенополистирола акцентируется внимание работников пожарных служб и подразделений.

OCT 301-05-202-92E Полистирол вспенивающийся. Технические условия. Отраслевой стандарт.

По своим физико-химическим свойствам ППС относится к числу легкогорючих материалов. В силу специфики своего химического строения, развитой поверхности и большому содержанию воздуха, ППС горит с большой интенсивностью. Скорость сгорания в среднем составляет 2,19 кг/ мин. м². Скорость распространения пламени 36,7 см/мин. При сравнении соответствующих показателей видно, что скорость сгорания ППС в 4 раза выше скорости сгорания дерева. Теплотворная способность по Малеру и Крокеру равна 11000 ккал/кг. Вследствие большой скорости горения, это количество тепла высвобождается при пиковой температуре 1500 °С в относительно малое время. По опытным данным уже через 2 мин. горения ППС достигается температура 1200 °С.

Воспламенение может произойти от пламени спичек, паяльной лампы, от искр автогенной сварки. Не воспламеняется ППС от прокаленного железного провода, горящей сигареты и от искр, возникающих при точке стали. При хранении ППС с соблюдением правил пожарной безопасности со стороны самого материала опасности не ожидается.

При горении ППС очень быстро переходит в жидкое состояние. ППС сгорает без образования твердого остатка с выделением на 1 м³ материала при плотности 25 кг/м³ , около 267 м³ дыма с высоким содержанием токсичных продуктов сгорания.

При горении ППС переходит в жидкое состояние и деполимеризуется, далее продолжают гореть продукты деполимеризации. Теоретический расход воздуха для сгорания ППС составляет 256 м³/м³ . В 1 м³ ППС содержится максимум 980 л воздуха, что недостаточно для поддержания горения. Поэтому в замкнутом пространстве материал сам по себе не горит.

Технологический регламент по изготовлению теплоизоляционных плит из полистирольного пенопласта.

4.25. Плиты теплоизоляционные из полистирольного пенопласта по классу горючести относятся к горючим материалам.

В связи с горючестью пенополистирола, надзорные органы строго регламентируют его применение в жилищном строительстве в составе систем утепления целым набором условий и ограничений, суть которых - необходимость применения пенополистирола внутри конструкции для исключения его контакта с воздухом, что гарантирует безопасность.

По результатам пожарно-технических испытаний разработчики систем утепления, использующие пенополистирол, получают соответствующие разрешительные документы на право эксклюзивного использования своих систем утепления. Использование в строительстве систем наружного утепления, не прошедших натурных огневых испытаний, не допускается.

Самозатухающий пенополистирол

Чрезвычайно высокая горючесть серьёзным образом осложняет его использование в народном хозяйстве. Поэтому для уменьшения вероятности его возгорания от случайных источников на этапе транспортирования, хранения и монтажа была разработана специальная разновидность — пенополистирол с добавками антипиренов, который получил название «самозатухающий» и обозначается дополнительной буквой «С» в конце.

Самозатухающий пенополистирол в пожарном плане абсолютно ничем не отличается от обычного и в условиях реального пожара горит ничуть не хуже обычного. И хотя даже термин «самозатухание» отсутствует в номенклатуре показателей, характеризующих пожаровзрывоопасность веществ и материалов миф об якобы особых негорючих свойствах самозатухающего пенополистирола прочно укоренился в сознании людей и активно используется в рекламных целях. Между тем, к примеру, спички тоже самозатухающие, что не преуменьшает их пожарную опасность.

Пожарная классификация материалов и изделий предполагает несколько десятков понятий, параметров и характеристик, используемых исключительно в контексте проводимых испытаний или исследований. Попытка использования специального терминологического аппарата пожарнотехнических исследований для пояснений на обывательском уровне, а также в рекламных целях способна, порой, дезориентировать и дезинформировать. Так, например, при «переводе» пожарнотехнической терминологии на язык, понятный непрофессионалам, понятие «негорючий» следует понимать исключительно только как «не принимающий участия в возгорании» и не более того. Понятия «самозатухающий», «нераспространяющий огонь», «время самостоятельного горения» также не следует трактовать буквально, а только лишь как частную характеристику в отношении конкретных исследований.

Согласно определениям Европейского комитета стандартизации под горючестью веществ и материалов подразумевается исключительно их способность к воспламенению и горению от источника зажигания, а вовсе не длительность самостоятельного горения, после устранения первичного источника огня. По поводу «негорючести» т.н. самозатухающего пенополистирола специалисты высказываются однозначно:

Заведующая лабораторией полимерных, теплоизоляционных и кровельных материалов украинского научно-исследовательского проектно-конструкторского института строительных материалов и изделий Нина Пятигорская:

— Никакие добавки не сделают пенополистирол негорючим! По пожарной классификации он относится к веществам средней воспламеняемости. В крайнем случае он будет тлеть. Я видела пожар в Бухаре на заводе, когда «самозатухающий» материал горел весьма ярко и быстро. Кроме того, его можно применять при температуре не выше 80 °C. О том, что продукты горения его токсичны, и говорить не приходится. Думаю, любой человек это и так знает.

Борис Баталин, д.т. н., профессор, Лев Евсеев, д.т. н., председатель комиссии по энергосбережению РОИС, Владимир Савин, д.т. н., профессор НИИСФ :

— В рекламно-информационных публикациях, посвященных пенополистиролу, их авторы, описывая пожарно-технические свойства этих материалов, в определённой мере лукавят, утверждая, что пенополистиролы определённых видов не горят или самостоятельно затухают. Однако такое поведение этих материалов ещё не свидетельствует об их пожарной безопасности. Дело в том, что, согласно стандартной методике, главное при квалифицировании строительных материалов на пожарную опасность заключается в учёте убыли массы при нагревании на воздухе. Поэтому в соответствии с официальной классификацией стройматериалов по пожарной опасности все без исключения пенополистиролы относятся к классу горючих материалов.

В зарубежных нормативных документах термин «самозатухающий» встречается исключительно в контексте конкретики проводимых лабораторных тестов.

Чтобы полностью исключить неправильную трактовку, способную исказить вывод о категории горючести пенополистирола, зарубежное нормативное законодательство, для случаев прикладных пожарно-технических характеристик, вообще избегает даже упоминать термин «самозатухающий», всячески акцентирую внимание, что пенополистиролы любых классов, типов и плотностей являются однозначно горючими материалами.

Нивелирование самозатухающего эффекта во времени

Опыты, проведённые в Испытательном Центре „НИИ ПБ и ЧС МЧС Беларуси“ показали, что со временем самозатухающий пенополистирол утрачивает „самозатухающий“ эффект и пенополистирол, обладавший на момент монтажа конструкции группой горючести Г2 через время, уже будучи в составе стеновой конструкции, вполне может оказаться Г4.

Перспективы самозатухающего пенополистирола в ЕС.

Получение полной информации о химии процесса горения полимеров представляет собой сложную и в данный момент практически неразрешимую задачу. Установлено, что горение полимерных материалов идет одновременно в 5 совершенно различных зонах, которые кардинально разнятся друг от друга не только температурой, но и составом выделяемых при этом газов. Из-за малой теплопроводности картина горения ячеистых пластмасс чрезвычайно усложняется так как на расстоянии всего нескольких миллиметров вглубь от зоны горения температура многократно снижается. Поэтому параллельно с собственно горением в пенопластмассах активно протекают окислительная и термоокислительная деструкции материала, привносящих в состав дымовых газов вещества, не свойственные горению. В результате комбинированного совместного влияния продуктов горения и разложения полимерных материалов может наблюдаться потенциирование в результате чего фактическое вредное воздействие нескольких токсикантов усиливается в 10-30 раз больше. Кроме того, для улучшения эксплуатационных характеристик в состав пенополистирола вводят стабилизирующие и пластифицирующие добавки а также антиоксиданты и различные синергенты. Для снижения горючести используют до 5 % бромистых или до 15 % хлористых соединений. Поэтому полимеры, в состав которых помимо атомов водорода и углерода входят ещё и атомы хлора, брома, азота могут образовываться новые химические соединения, с присущими только им специфическими токсическими свойствами — цианистый водород, фосген, бромистый водород и т. д. Так исследованиями показано, что в некоторых случаях при горении пенополистирола выделяется крайне ядовитый бромистый водород. Некоторые материалы на основе полистирола содержат добавки способствующие образованию при горении фосгена и цианистого водорода.

На Западе различают 3 способа оценки токсичности продуктов горения — биологический, химический и комплексный. Биологический способ, основывающийся исключительно только на времени гибели реципиентов, парадоксален в выводах так как интегральный показатель токсичности не отражает истинной картины токсичности дымовых газов при горении пенополистирола. Согласно биологическому способу оценки наиболее токсичными являются продукты горения обыкновенной древесины. Химический способ, оценивающий количественный состав конечных продуктов горения, очень сильно зависит от начальных условий, варьируя которые можно даже боевые отравляющие вещества в конечном итоге преобразовать в безобидный углекислый газ. Биологический и химический способы оценки токсичности практически несопоставимы между собой, не позволяют произвести пересчет из одного критерия в другой и установить между ними взаимосвязь. Они показывают только один частный аспект и не способны объективно характеризовать потенциальную опасность полимеров в условиях пожара. Потому эти способы и не рассматриваются в Европе в качестве репрезентативной характеристики при оценке токсичности горения полимерных материалов, хотя активно используются в рекламных технологиях для манипулирования общественным мненим, в то время как токсикологи всего мира в своих оценках используют различные комплексные индексы опасности, оценивающие не только биологическую и химическую опасность продуктов горения, но и характер протекания пожара, скорость распространения пламени, дымообразующую способность, температуру, темп выгорания кислорода и т. д. И если по биологическому способу оценки наиболее опасно горение древесины, то согласно комплексных оценочных индексов древесина в этом плане в несколько раз менее опасна, чем полимерные материалы.

В Европе также серьёзно обеспокоены ситуацией с гексабромциклододеканом, 90 % которого используется в качестве антипирена при производстве самозатухающих разновидностей пенополистирола. В противовес заявлениям европейской ассоциации производителей пенополистирола утверждающей, что и сам ГБЦД и продукты горения пенополистирола, с его использованием, вполне безопасны, у экспертов ООН это вещество вызывает серьёзную озабоченность так как это стойкое, биологически накапливающееся токсичное вещество негативно влияющее на репродуктивные функции человека и вредящее здоровью ещё не родившихся детей. На Украине ГБЦД внесен в список опасных химических веществ с учетом его воздействия на здоровье, а ряд стран уже полностью запретили даже ввоз ГБЦД на свою территорию. Столь серьёзная обеспокоенность европейских экологов объясняется тем, что помимо всего прочего, даже в условиях контролируемого сжигания в продуктах горения самозатухающих разновидностей пенополистирола были обнаружены супертоксиканты — бромированные диоксины и дибензофураны, для которых предельно допустимые концентрации в воздухе населённых мест в несколько миллионов раз меньше чем даже для боевых отравляющих веществ.

Сравнительная токсичность некоторых продуктов горения пенополистирола

Название токсиканта	Предельная концентрация в воздухе населённых мест
гидробромид	2
гидроцианид	0,01
карбонилдихлорид	0,003
бромированные диоксины и дибензофураны	0,0000000005

По мнению Европейской экономической комиссии при ООН адекватных химических заменителей ГБЦД для производства пенополистирола, которые считались бы экологически безопасными и экономически целесообразными, на сегодняшний день пока ещё не существует. Поэтому в ряде стран Евросоюза уже начались процессы добровольного свертывания производства самозатухающих разновидностей пенополистирола. При этом выполнение очень жёстких норм пожарной безопасности Евросоюза предполагается обеспечивать или за счёт конструктивных мероприятий или путем перехода на другие, не горючие эффективные теплоизоляторы.

Просмотров: 31875

<<< Пенополивинилхлорид

Поролон >>>