Введение к работе
Актуальность темы. Широкое использование жестких пенополиуретанов (ППУ) в качестве теплоизоляционного материала строительных конструкций, трубопроводов, промышленных рефрижераторов, транспортных средств в быту обуславливает высокие темпы роста его мирового производства, которое в 2002 г. составляло 2,52 млн. тонн и продолжает расти. При этом процесс производства ППУ и изделий из него является пожароопасным.
Во-первых, высокие теплоизоляционные свойства ППУ затрудняют отвод тепла реакции при его синтезе, что может привести к самовозгоранию материала. Во-вторых, необходимость отказа от галоидсодер-жащих вспенивающих агентов - фреонов - из-за их негативного влияния на озоновый слой Земли вынудила использовать при производстве ППУ пожароопасные углеводороды: циклогексан, изопентан и т.п. В-третьих, представляет опасность высокая горючесть готовой продукции из ППУ, объемы которой при складировании, вследствие низкой плотности материала (от 8 кг/м3), могут достигать нескольких тысяч кубических метров. Кроме вышесказанного, ППУ широко используется для теплоизоляции материальных и тепловых трубопроводов в химической и других отраслях производства.
Материальный ущерб от пожаров только за первое полугодие 2003 года составил 2,2 млрд. рублей. В этой связи проблема снижения горючести ППУ остается актуальной, как в химической'промышленности, так и в строительстве и других областях его потребления.
Введение антипирирующих добавок в полимер в настоящее время является основным средством снижения воспламеняемости и горючести полимеров. Для прогнозирования и оценки действия антипиренов в ре-
(
ЮС НАЦИОНАЛЬНА* \ jFszM-
2- ...J
альном процессе горения требуется разработка и расчет модели этого процесса, при этом известно, что основной стадией при горении твердого вещества является его газификация, так как именно она поставляет продукты горения в пламя. Кинетика и состав продуктов разложения, а также степень коксования определяют уровень пожароопасности полимерного материала.
При анализе результатов исследования по деструкции полимеров с антипиренами и без них отмечено отсутствие влияния антипиренов на реакцию разложения. Это следует объяснять некорректностью переноса результатов кинетических экспериментов по термораспаду, полученных с использованием стандартных методов термического анализа (ТГА, ДТА, сканирующая калориметрия) на кинетику распада конденсированной фазы при горении. Эти процессы проходят при различных температурах и темпах нагрева отличающихся на два порядка.
Вышесказанное делает актуальным исследование термораспада ППУ в условиях горения с точки зрения оценки действия антипиренов и прогнозирования пожароопасности полимера, и разработку на этой основе рекомендаций по снижению пожарной опасности производства и эксплуатации ППУ.
Цель диссертационной работы заключается в снижении пожароопасности производства и эксплуатации жестких пенополиуретанов на основе прогнозирования их горючести и выдачи рекомендаций по рецептурам синтеза огнезащищенных ППУ с использованием результатов исследования кинетики термораспада и уровня коксования чистого ППУ и ППУ с антипиренами в условиях, реализующихся при горении. Указанная цель достигается решением следующих задач: > Экспериментальное определение температурного поля при горении ППУ. Нахождедйе4?наненйі]темпов нагрева полимера при горении;
* Т ' і'іч-іі
Изготовление измерительно-вычислительного комплекса (ИВК) и разработка методики исследования кинетики терморазложения полимеров с темпами нагрева, реализующимися при горении;
Изучение кинетики терморазложения незащищенного ППУ и ППУ с антипиренами при полученных темпах нагрева. Проведение анализа влияния исследуемых антипиренов на коксообразование в процессе терморазложения ППУ;
> Оценка действия антипиренов и прогнозирование пожароопасное
( ППУ на основе анализа полученных результатов по терморазложе-
нию;
> Выдача рекомендаций по рецептуре синтеза огнезащищенного ППУ
и внесению изменений в технологию производства ППУ с целью
обеспечения его пожарной безопасности.
Научная новизна работы. Получены профили температур и темпы нагрева конденсированной фазы при распространении пламени по ППУ. На основании полученных результатов исследована термическая деструкция ППУ и ППУ с рядом антипиренов при различных темпах нагрева, и темпах, реализующихся в условиях горения. Выявлено влияние темпа нагрева и антипиренов на кинетику термораспада и коксообразование. Кинетические закономерности терморазложения приведены в виде кинетических поверхностей, что позволяет находить скорость разложения при любых необходимых параметрах. Проведенные исследования позволяют усовершенствовать технологию производства теплоизоляционных ППУ, повысив её пожарную безопасность.
Практическая ценность работы заключается в выдаче рекомендаций для изменения технологического регламента получения ППУ теплоизоляционного назначения на ООО «Корунд» (г. Зеленодольск) с
целью повышения пожарной безопасности производства и эксплуатации. Полученные кинетические закономерности параметров реакции терморазложения при высоких темпах нагрева, имитирующих условия горения полимера, показали, что действие антипиренов на термораспад проявляется только в условиях, приближенных к реальным. Это дало возможность использовать предложенную методику для прогнозирования пожароопасности материала и выдачи рекомендаций по технологии его синтеза.
Апробация работы. Результаты работы докладывались: на Всероссийской научно-технической конференции «Наука - производство -технология - экология», г. Киров, 2002 г. и 2004 г.; Юбилейной научно-методической конференции «Ш Кирпичниковские чтения», г. Казань, 2003 г., на научных сессиях Вятской ГСХА, 2001 - 2004 гг.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 3 статьях и 5 материалах научно-технических конференций.
Объем работы. Диссертация изложена на 126 страницах и состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы (140 источников) и приложений. Работа иллюстрирована 56 рисунками и содержит 7 таблиц.
