Огнезащита древесины. Антипирирование

Одно из отрицательных свойств древесины как материала - способность ее к возгоранию.

Это обусловлено содержанием органических веществ, входящих в состав клеточных стенок древесины. При воздействии источников огня происходит нагревание древесины, сопровождающееся термическим разложением. При 100-120° С из древесины испаряется влага, находящаяся в полостях и клеточных стенках древесины. При дальнейшем повышении температуры наступает начальная стадия пиролиза древесины - из нее выделяются такие газообразные легко горючие соединения, как метан, этан, окись углерода. При нагревании свыше 300° С из нее обильно выделяются основные продукты пиролиза - древесный спирт, уксусная кислота, ацетон, смолистые вещества и древесный уголь. При свободном доступе кислорода воздуха продукты термического разложения сгорают с выделением большого количества тепла и появлением пламени. Опытами установлено, что воспламенение древесины при 175-200° С происходит через 15-40 мин, а при температуре выше 400° С - в течение нескольких секунд. Без доступа кислорода воздуха древесина не воспламеняется и при ее нагревании происходит ее сухая перегонка с выделением ряда ценных продуктов.

Химическая защита древесины от возгорания заключается в нанесении на ее поверхность или введении в нее химических веществ, обладающих огнезащитными свойствами. Химические вещества, применяемые для защиты древесины от огня, получили название антипирены, а сам процесс защиты - антипирирование древесины.

Антипирирование древесины осуществляют двумя способами: поверхностным покрытием огнезащитными составами и пропиткой древесины растворами антипиренов. Поверхностное покрытие огнезащитными составами придает деревянным конструкциям частичную сопротивляемость воздействию огня, так как оно защищает древесину от непосредственного соприкосновения с огнем и препятствует свободному доступу кислорода воздуха, поддерживающего горение. При наличии небольших источников огня (тлеющие окурки, спички, короткое замыкание в электросети и др.) воспламенения древесины и распространения огня в защищенных конструкциях не происходит.

Глубокая пропитка древесины, осуществляемая в пропиточных цилиндрах под давлением и в горяче-холодных ваннах, обеспечивает хорошую защиту от возгорания. В этом случае пропитанная антипиренами древесина, независимо от источника огня, не воспламеняется, а только обугливается и не способна к распространению огня.

Механизм защиты антипиренов от возгорания детально не изучен. Известно, что при воздействии высоких температур в зависимости от вида огнезащитного состава могут происходить следующие физические изменения:

1. антипирен начинает плавиться при температуре ниже точки возгорания древесины с образованием глазури, покрывающей ее и прерывающей связь с кислородом воздуха;
2. огнезащитное вещество разлагается под влиянием высоких температур, выделяя большое количество инертных газов, эти газы уменьшают относительное содержание летучих продуктов пиролиза у поверхности древесины, вследствие этого горячая смесь не воспламеняется;
3. в процессе плавления и испарения антипирена потребляется большое количество тепла, в результате этого температура поверхностных слоев древесины не достигает предельных величин, при которых происходит ее воспламенение;
4. огнезащитное вещество, находящееся на поверхности древесины, препятствует нормальному доступу кислорода воздуха к источнику горения.

Продукты разложения древесины, нарушая защитную пленку, под давлением выбрасываются в окружающую среду и сгорают на некотором расстоянии от нее и вследствие этого возгорание древесины не происходит.

Исходя из этих положений, наилучшими огнезащитными составами будут вещества, которые при действии высоких температур разлагаются с выделением инертных газов и образуют защитную пленку на поверхности древесины. Например, фосфорнокислый аммоний при нагревании выделяет аммиак, не поддерживающий горение древесины, и фосфорные кислоты, покрывающие древесину (или уголь) защитной пленкой.

Огнестойкость строительных конструкций характеризуется временем, в течение которого при пожаре они способны выдерживать необходимые нагрузки не разрушаясь. Незащищенные деревянные конструкции имеют довольно высокий предел огнестойкости- 20-70 мин. Но большой недостаток деревянных конструкций в том, что они способны к дальнейшему распространению огня и могут служить сами источником пожара. В результате защитной обработки древесины антипиренами огнестойкость деревянных конструкций может быть повышена в 3-4 раза. При этом пропитанная огнезащитными составами древесина, подвергаясь действию огня, медленно тлеет, не давая пламени, после удаления источника огня древесина быстро гаснет.