Однако неравновесность концентрации заряженных частиц во фронте пламени приводит к выводу, что существуют и другие пути их образования, помимо столкновения и удара электрически нейтральных частиц. В гомогенной газовой фазе положительные углеводородные ионы типа СnН n + являются зародышами новой фазы. Вокруг ионов группируются нейтральные молекулы. Во время начальной стадии роста подобных кластеров последние сохраняют положительный заряд. Их агломерация предотвращается за счет сил электростатического отталкивания до тех пор, пока не будет достигнут критический размер частиц. Этот размер зависит от кинетической энергии частиц (температуры) и соответствует размеру сажевых кристаллитов в 20—30 Е. Далее происходит агломерация кристаллитов и рост поверхности за счет гетерогенной реакции. При этом образуются сферические частицы углерода. Вероятно, по такой модели образуются частицы дыма пенополистирола
У одних материалов коэффициент дымообразования возрастает при тлении (целлюлозные материалы, огнезащищенные полиуретаны), у других—при пламенном горении (поливинилхлорид, полиэфиры, полистирол). При тлеющем горении поливинилхлорида в основном образуется плотный туман, содержащий капельки соляной кислоты. При пламенном горении образуется дым, состоящий, главным образом, из твердых частичек сажи и с примесью конденсированных капель хлористого водорода. Наиболее существенное значение в дымообразовании при термодеструкции строительных отделочных полимерных материалов имеют процессы образования в пламени конденсированных частиц углерода (сажи). Светящееся желтое пламя, возникающее вблизи поверхности горящих полимеров, свидетельствует о том, что процесс образования углерода начинается уже в низкотемпературной зоне пламени. Свечение пламени обусловлено рассеянным излучением твердых частичек углерода. Если сажевые частицы не успевают выгорать в реакционной высокотемпературной зоне пламени, происходит выделение дыма из вершины пламени. При диффузионном горении полимеров наблюдаются примерно такие же закономерности в отношении сажеобразования и выделения дыма, как и при горении низкомолекулярных органических соединений. Это естественно, так как в образовании углерода в пламени полимеров участвуют низкомолекулярные продукты пиролиза. Известно, что способность к образованию сажи при горении органических углеродных соединений зависит от соотношения окислитель - топливо. В случае предварительно перемешанных пламен образование сажи наблюдается лишь тогда, когда соотношение содержания кислорода и топлива меньше критического значения, определяемого природой горючего. Кислородсодержащие соединения характеризуются более низким критическим значением состава окислитель - горючее, чем насыщенные и ненасыщенные углеводороды.
На основании изложенного можно выделить следующие наиболее важные процессы, которые приводят к образованию дыма в процессе термодеструкции строительных отделочных материалов:
- пиролиз с образованием в газовой фазе насыщенных и ненасыщенный углеводородов;
- дегидрополиконденсация ароматических углеводородов с частичным разложением ароматических ядер до ацетилена и его производных;
- рост углеродных гексагональных слоев в результате ионно-молекулярных радикальных или ионно-радикальных реакций с образованием частиц дыма, обогащенных углеводородом.
По-видимому, в пламени углеводородов существуют два типа ароматических циклических углеводородов — реакционные и нереакционные в отношении сажеобразования. Последние не принимают участия в образовании сажи. В постпламенной зоне при охлаждении они конденсируются на углеродных частицах, и, как показали исследования, их легко обнаружить масс-спектрометрически при нагревании сажи в вакууме при высоких температурах. Реакционные полициклические ароматические углеводороды являются углеродными предшественниками. В образовании сажевых зародышей могут участвовать как ионизированные, так и незаряженные ароматические углеводороды. При горении полимерных материалов в газовую фазу переходят различные соединения — продукты пиролиза полимеров. Все они претерпевают ряд сложных превращений в предпламенной и различных зонах пламени, прежде чем превратиться в конечные продукты сгорания.
Состав газовой фазы при дымообразовании
Наряду с потерей видимости в результате образования дыма при пожаре наблюдается также выделение ряда газов, которые характеризуются высокой токсичностью. Кроме того, в состав частиц дыма, представляющего собой аэрозоль, входит ряд химических соединений, влияние которых на организм человека ограничено санитарными нормами.
Учитывая то, что одной из основных причин гибели людей на пожаре является отравление токсичными продуктами горения и то, что токсичность продуктов горения является одним из основных параметров пожарной опасности веществ и материалов, было проведено изучение сопровождающей процесс дымообразования газовой фазы.
Проведенные исследования показали, что в газовой фазе дыма при горении ряда строительных отделочных материалов, присутствуют такие токсичные соединения, как хлористый водород и оксид серы (IV), причем процентное содержание этих газов в древесине в два-три раза меньше чем в других исследованных материалах: изоплене, линолеумах, поливинилхлоридных профилях.
Из полученных экспериментальных данных следует, что кроме СО, СО 2 , оксидов азота, хлороводорода и паров воды, состав газовой фазы продуктов термической деструкции различных материалов характеризуется для поливинилхлоридных материалов, отделочных панелей, профилей для окон и дверей, поливинилхлоридных линолеумов и покрытий для пола присутствием таких токсичных газов, как: бензол, относящийся ко второму классу опасности;
1,3-циклопентадиен,
2-метил-1,
3-бутадиен, пентан, относящиеся к 4 классу опасности.
Состав газовой фазы продуктов термической деструкции пенополистирола представляет собой смесь газов: стирола, относящегося к 3 классу опасности; пентана, относящегося к 4 классу опасности.
В состав газовой фазы продуктов термической деструкции модифицированной древесины входит:
-фуран, бензол, 2-метилфуран, относящиеся к 2 классу опасности;
-толуол, относящийся к 3 классу опасности;
-ацетон и пентан, относящиеся к 4 классу опасности.
В состав газовой фазы продуктов термической деструкции древесины сосны, обработанной огнезащитными составами, входят:
толуол,
ксилол,
трет- бутанол,
2-этокси-2-метилпропан,
2,4-диметилгептан, относящийся к 3 классу опасности.
Таким образом, в результате исследований состава газовой фазы дыма различных строительных отделочных материалов установлено, что при термодеструкции изученных строительных материалов, наряду с выделением из них дыма, в газовую фазу переходят токсичные органические вещества, относящиеся ко 2-4 классам опасности.
Таким образом, результаты исследований показывает, что в документах противопожарного нормирования и стандартизации не только целесообразно, но и необходимо учитывать как опасность образования значительного количества дыма, так и токсичность сопровождающей его газовой фазы.
Скачать реферат