Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«ГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Специальность
кафедра естественных наук
ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
На тему: Модифицирующее вещество для пропитки древесины,придающее огнестойкость композиции
Студент-дипломник:
Научный руководитель:
2009
Реферат
В дипломной работе 106страниц,26таблиц, 1 графиков, 1иллюстраций, 61 источниковиспользованной литературы, 8 чертежей — А1
ДРЕВЕСИНА, МОДИФИКАЦИЯ,СНИЖЕНИЕ ГОРЮЧЕСТИ, ЗАМЕДЛИТЕЛИ ГОРЕНИЯ, ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫЕ ПЛИТЫ.
Древесина широко используетсяне только как строительный, но и как декоративно — отделочный материал. Однимиз наиболее существенных недостатков древесных материалов является повышенныевоспламеняемость и горючесть. На сегодняшний день ко всем строительнымматериалам, в том числе и к древесине, предъявляются высокие требования попожарной безопасности. Поэтому проблемы повышения долговечности и снижениягорючести древесных изделий являются актуальными и требуют незамедлительногорешения.
В результате проведеннойработы выбрано модифицирующее вещество для пропитки древесины, придающееогнестойкость композиции, разработаны параметры модификации, изучено влияниетолщины образцов на сорбцию ЗГ, определено влияние ЗГ на процесс пиролизадревесины.
Разработана технологияполучения модифицированной древесины. Разработаны мероприятия по безопасномуведению технологического процесса и решены вопросы сохранения окружающей среды.
Содержание
Реферат
Список сокращений
Введение
1. Технологический раздел
1.1 Информационный анализ
1.2 Горение древесины
1.3 Деструкция целлюлозы
1.4 Снижение горючести древесины и изделий на её основе
1.5 Патентные исследования
1.6 Эксперементальная часть
1.6.1 Объекты исследования
1.6.2 Термогравиметрический анализ
1.6.3 Определение потери массы образца при поджигании навоздухе (метод огневой трубы)
1.3.4 Результаты эксперимента и их обсуждение.Обоснование выбора замедлителя горения для снижения горючести древесины
1.7 Технологическая часть
1.7.1 Характеристика сырья, материалов
1.4.2 Описание технологического процесса
1.7.3 Основные параметры технологического процесса
1.7.4 Материальный расчет
2. Безопасность проекта
2.1 Опасные производственные факторы и мероприятия потехнической безопасности
2.2 Вредные производственные факторы и мероприятия погигиене труда и производственной санитарии
2.3 Взрывопожаробезопасность
3. Экологическая экспертиза проекта
4. Автоматика
Введение
4.1 Задачи автоматизации
4.2 Техническое оформление
4.3 Монтаж и оборудование термоэллектрическихпреобразователей
4.4 Монтаж и обслуживание приборов для измерения уровня
4.5 Монтаж и обслуживание приборов для измерения расхода иколичества
4.6 Монтаж и обслуживание анализаторов жидкостей
5. Организационно-экономический раздел
Введение
5.1. Расчет эффективного фонда времени работы оборудования
5.2. Расчет производственной мощности
5.3. Расчет стоимости оборудования
5.4. Расчет энергетических затрат
5.5. Расчет стоимости материалов
5.6. Расчет заработной платы
5.7 Общепроизводственные расходы
5.8 Общехозяйственные расходы
5.9 Расчет производственной себестоимости 1 кгмодифицированной древесины или опилок
5.10 Расчет оптовой и отпускной цены продукта
5.11 Расчет ожидаемой прибыли
5.12 Расчет рентабелъности
5.13 Техно-экономические показатели получениямодифицированного материала
Вывод
Заключение
Список использованной литературы
Список сокращений
ЗГ — замедлитель горения
ДБФ — дибутилфтолат
Др — древесина
Др. оп — древесные опилки
ПВХ — поливинилхлорид
ПЭ — полиэтилен
ПП — полипропилен
ПС — полистирол
ТГ — термогравиметрия
ПДК — предельно допустимаяконцентрация
КИП — контрольно — измерительныеприборы
АСР — автоматические системырегулирования
КО — карбонизованный остаток
Введение
В настоящее время, как впромышленности, так и в быту используются изделия из дерева. Древесинаиспользуется не только как строительный, но и как декоративно — отделочныйматериал. Достоинствами древесных материалов и натуральной древесины являютсясравнительно высокая прочность при небольшом объемном весе, малая тепло — извукопроводность, хорошая обрабатываемость и способность соединяться при помощиврубок, шпонок, гвоздей и клеев. Кроме этого древесина — восполняемый природныйэкологически чистый материал. Однако она обладает и рядом недостатков таких какформоизменяемость при изменении влажности, сгораемость, подверженность приопределенных условиях загниванию, анизотропность — как следствие неоднородностистроения и др. Одним из наиболее существенных недостатков древесных материаловявляется повышенные воспламеняемостъ и горючесть [1,2].
В современном строительствешироко применяются новые виды древесных материалов, и, в частности, издревесины, пропитанной и склеенной различными синтетическими смолами,огнезащитными соединениями и т.д.
В настоящее время ко всемстроительным материалам, в том числе и к древесине, предъявляются высокиетребования по пожарной безопасности. Поэтому проблемы повышения долговечности иснижения горючести древесных изделий являются актуальными и требуютнезамедлительного решения.
В связи с этим целью даннойдипломного проекта являлись, анализ существующих на сегодняшний деньисследований в области снижения горючести древесных материалов и разработкаогнезащищённой древесины с использованием модифицирующих добавок.
1. Технологический раздел1.1 Информационный анализ
Форма и величина клеток, изкоторых слагается древесина в зависимости от выполняемых ими функций, весьмаразлична; древесина подразделяется на трахеиды, сосуды (являющиеся элементамипроводящей системы), древесную и лучевую паренхиму (служащую местом отложениязапасных веществ), волокна либриформа (выполняющие механическую функцию) инекоторые другие переходные формы между основными элементами.
В древесине ствола древесныхи кустарниковых растений умеренного климата на поперечном срезе можно различитьгодичные слои каждый из которых образуется камбием в течение одноговегетационного периода.
Неблагоприятные условияпроизрастания — избыточное увлажнение или недостаток воды в почве, сильноезатенение или объедание листьев насекомыми и т.п. — приводят к образованиюузких годичных слоев и сравнительно мелкоклеточных тканей. У ряда древесных икустарниковых пород с возрастом в стволе образуется ядро или спелая древесина. Уэтих пород движение воды вдоль ствола совершается лишь по заболони, расположеннойпо периферии ствола. Древесина корней по своему строению несколько отличаетсяот древесины ствола. В корнях годичные слои узкие, границы их неясно выражены ипоэтому едва различимы. Проводящие элементы в древесине корней хорошо развиты,сосуды и трахеиды многочисленны, широкополостны и тонкостенны; древеснаяпаренхима обильна и крупноклеточна. Волокон либриформа сравнительно немного,оболочки их тонкие и мало одревесневшие. В общем древесина корней имеет болеепростое строение, меньший объёмный вес, меньшую прочность и большуюводопроницаемость сравнительно с древесиной ствола.
Древесина в технике. Древесина широко используется во всех областяхнародного хозяйства. Древесина большинства пород имеет светлую окраску, но унекоторых из них, кроме светлой, прилегающей к коре части (заболонь), имеетсятёмноокрашенная центральная часть (ядро). В соответствии с этим породы делятсяна ядровые (лиственница, сосна, кедр, дуб, ясень, вяз, грецкий орех,тополь, ива и др.) и безъядровые (ель, пихта, берёза, осина, ольха,липа, бук, клён и др.) — Образование ядра заключается в отмирании живых клетокдревесины, закупорке водопроводящпх путей, пропитке дубильными и красящимивеществами, в результате чего увеличивается объёмный вес, механические свойстваи стойкость против гниения. Элементарный химический состав абсолютно сухойдревесины всех пород в среднем 49,5% С, 6,3% Н и 44,2% (О+N). Древесинасодержит 0,2-1,7% минеральных веществ, главным образом солей кальция,остающихся при сгорании древесины в виде золы.
Нормально древесные волокнанаправлены вдоль ствола, но иногда они имеют спиральное, волнистое, а местами ипутанное направление. Косослой встречается у всех пород, волнистость — чаще убука, клёна, ясени, ильма, свилеватость — у берёзы и в наплывах на грецкоморехе, клёне («птичий глаз»), берёзе. Волнистую и свилеватую древесинуиспользуют как отделочный материал.
Древесину и изделия на ееоснове широко применяют как местный строительный материал. Положительныекачества древесины; легко обрабатывается, имеет небольшую среднюю плотность,обладает малой теплопроводностью и теплоусваивающей способностью, хорошей морозостойкостью,относительно высокой плотностью и долговечностью. Вместе с тем, древесинаспособна впитывать и испарять воду, загнивать. Кроме того, она являетсянеогнестойкой и пожароопасной. Эти отрицательные свойства можно устранить присовременном проведении соответствующих мероприятий.
Химический состав древесинызависит от породы и возраста деревьев, от части ствола, а также от типа леса, вкотором росли деревья (табл.1) [3].
Таблица 1. Химический состав абсолютно сухой древесиныразличных древесных пород, %Компонент ель
Сосна-
обыкно-
венная
Пихта си-
бирская
Листвен-
ница си-
бирская
Береза
бородав
чатая осина Целлюлоза 46,10 44,10 41, 20 35,70 35,38 41,77 Лигнин 28,07 24,68 29,87 24,61 19,74 21,81 Гексозаны 12,65 15,24 11,30 15,33 4,92 3,61 Пентозаны 8,95 7,60 7,02 7,13 24,57 18,56
Уроновые
кислоты 4,15 4,00 3,60 3,45 5,71 7,96 Зольность 0,27 0,17 0,53 0,22 0,14 0,26
В России из хвойных породдеревьев, применяемых в строительстве, наиболее распространены сосна, ель,лиственница, пихта и кедр. Из лиственных пород используются береза, дуб, ясень,вяз, бук, граб, осина, липа, ольха, бархатное дерево.
Лиственница — обладает повышенной стойкостью к загниванию. Древесинау нее прочная и твердая (плотность 630-790 кг/м3), хорошо колется иобладает повышенной гнилостойкостыо. Ее применяют преимущественно вгидротехническом строительстве и машиностроении, для изготовления шпал,рудничных стоек, балок. Недостаток древесины — склонность к растрескиванию.
Очень ценной древеснойпородой является дуб (плотность — 720 кг/м3). Древесина имееткрасивый цвет и текстуру, хорошо сохраняется на воздухе и под водой. Применяютдля создания ответственных конструкций (столярных изделий, оконных рам), атакже дверей и отделочных деталей. Для декоративнойотделки наиболее пригоден мореный дуб черного или темно-серого цвета. Недостатокдревесины дуба — склонность к растрескиванию при высыхании вследствие уменьшенияразмеров.
Широко распространена в нашихлесах осина. Ее древесина белого цвета с зеленым оттенком, очень легкая(плотность-420-500 кг/м3). Применяют ее для изготовления древесныхплит, фанеры. Изделия из осины нельзя использовать в водной среде.
Липа — мягкая и легкая порода (плотность — 500 кг/м3).Предназначается для изготовления фанеры, тары и хозяйственно-бытовых изделий.
Береза — самая распространенная лиственная порода. У неетвердая и относительно тяжелая древесина (плотность — 650 кг/м3). В сырыхи плохо вентилируемых помещениях береза не стойка к гниению, что ограничиваетобласти ее применения. Из березы изготавливают столярные изделия и отделочныематериалы.
Основные свойства древесины [3]:.
Истинная плотность древесины для всех пород в среднем равна 1540 кг/м3.Она изменяется незначительно, поскольку в составе оболочек клеток у всехдеревьев находится в основном одно и то же вещество — целлюлоза.
Плотность древесины колеблется в широких пределах и зависит отусловий роста и влажности. Свежесрубленная древесина в 1,25 раза тяжелеевоздушно-сухой.
Влажность выражают в процентах по отношению к массе сухойдревесины. При длительном нахождении влажной древесины на воздухе с постояннойотносительной влажностью и постоянной температурой она постепенно высыхает идостигает влажности примерно 35%. Равновесная влажность комнатной сухойдревесины составляет не более 8-13%. Древесина именно такой влажностиприменяется для производства столярных работ. После продолжительной сушки наоткрытом воздухе влажность воздушно-сухой древесины составляет 15-18%.
Усушка, разбухание,коробление. При уменьшении влажностидревесины наблюдается ее усушка, при увеличении влажности — разбухание. Первыйпроцесс сопровождается уменьшением объема, второй — увеличением его. В связи сэтим, происходит коробление изделия, которое может привести к его разрушению. Длятого чтобы предотвратить коробление и растрескивание деревянных изделий,необходимо использовать древесину с той равновесной влажностью, которая будетпри их эксплуатации. Так, для наружных конструкций влажность древесины недолжна превышать 15-18%. Покрытие древесины масляными красками или химическаяобработка позволяет уменьшить гигроскопичность и защитить ее от дополнительногоувлажнения.
Теплопроводность древесины всех пород невелика. Она зависит от породы,влажности и направления теплового потока. Например, теплопроводность сосныпоперек волокон — 0,17 Вт/ (м К), вдоль волокон — в 2 раза выше; дубасоответственно 0,22 и 0,39 Вт/ (м К).
Электропроводность древесины в основном зависит от ее влажности. Так,удельное электрическое сопротивление сухой древесины — порядка 7,5*108Ом* см, а сырой древесины — в десятки раз меньше.
Звукопроводность древесины характеризуется скоростью распространениязвука. С увеличением влажности звукосопротивление возрастает. Звукопроводностьдревесины зависит также от направления звуковых волн. Так, вдоль волокон онавыше в 10-16 раз звукопроводности воздуха, а поперек волокон — только в 4 раза.
Морозостойкость древесины почти всех пород деревьев хорошая. Настепень морозостойкости влияют несколько факторов, в основном, порода,древесины, ее истинная плотность, плотность, водопоглощение.
Возгораемость иогнеупорность. Все породы древесиныспособны возгораться или тлеть при воздействии высоких температур. Для защитыот действия огня применяют пропитку или защитные покрытия.
Прочность древесины довольно высока: по удельной прочности прирастяжении вдоль волокон ее можно сравнить со сталью, табл.1. Она хорошоработает на изгиб, растяжение, несколько хуже на сжатие и кручение.
Таблица 1.1 Удельная прочность при растяжениинекоторых строительных материаловМатериал Предел прочности при растяжении, МПа Относительная плотность, Удельная прочность, Высокопрочная сталь 2000 7,85 255 Стеклопластик 400 2 200 Древесина сосны с 12% -ной влажностью 115 0,53 213
Примечание: Удельная прочность — отношение прочности котносительной плотности.
В таблице 2 приводитсясопоставление показателей плотности и прочности древесины хвойных и лиственныхпород, произрастающих в нашей стране [1,2].
По своей удельной прочностидревесина может конкурировать с другими конструкционными материалами, однакоиспользовать ее высокую прочность весьма затруднительно. Это объясняетсяналичием отклонений или дефектов (пороков) древесины, возникающих в процессероста дерева, обработки и хранения лестных материалов, а также при эксплуатациистроительных конструкций. Дефекты ухудшают механические свойства древесины и еедекоративные качества. При определении сортности и назначения древесины учитываютпороки, которые подразделяются на следующие группы: трещины, сучки, пороки формыствола, пороки строения древесины, химические окраски, грибные повреждениянасекомыми, инородные включения, деформации. Отдельные пороки на ограниченнойдлине ствола можно удалить, что позволит повысить сортность древесины. Внекоторых случаях древесину из-за пороков нельзя использовать для получениядосок, но ее можно применять как строительные бревна.
Таблица 2. Средние показатели механических свойств (вМПа) древесины хвойных и лиственных пород при 15%-ной влажности. дерево
Плотность,
кг/м3
При
сжатии
вдоль
волокон
При
статическом
изгибе
При
растяжении
вдоль
волокон При скалывании
В
радиаль-
ном
направ-
лении
В
танген-
сальном
направ-
лении Сосна 530 44 79 115 7 7,5 Кедр 440 35 64,5 78 5,5 6 Береза 640 45 100 120 8,5 11 Дуб 720 52 94 129 8,5 10,5 Липа 510 39 68 116 7 8 Осина 500 37,5 77 131 6 8
Листвен-
ница 680 51,5 97 129 11,5 12,5
1.2 Горение древесины
Химический состав твердыхвеществ очень разнообразен, так органические вещества состоят в основном изуглерода, кислорода и азота, но в них могут входить также С1, Р, 81 и другиехимические элементы [4].
В условиях большинствапожаров горят в основном твердые вещества, которые широко используются в быту ив различных отраслях промышленности. К ним в первую очередь относятся изделия иматериалы,
состоящие из целлюлозы илиизготавливаемые на ее основе: х/б ткани, бумага, хлопок, древесина.
По структуре древесинапредставляет собой пористый материал с множеством ячеек, заполненных воздухом,табл.З. Стенки ячеек состоят из целлюлозы и лигнина [5].
Таблица 3. Объем твердого вещества и пустой породыПоказатели Береза Дуб Ель Сосна
Масса 1 м3 плотной древесины, кг/м3 560 650 420 460 Объем твердого вещества, % 37,4 43,4 28,0 30,7 Объем пустот, % 62,6 56,6 72,0 69,3
Целлюлозные материалы, каквидно из табл.4, содержат кислород, который участвует в процессе горения, также как и кислород воздуха. Кроме того, поры и полости волокнистых материаловзаполнены воздухом, табл.2 [5].
Таблица 4. Состав целлюлозныхматериалов
Вид целлюлозного
материала Элементарный состав, %
Содержание,
%
Содержание,
% С Н О N Древесина:
Дуб
Сосна
46,08
46,00
5,50
5,50
38,18
39,2
1,14
0,90
7,0
7.0
2,1
1,4 Солома 39,06 4,70 42,2 1,04 8,0 5,0 Хлопок 42,40 5,92 46,6 0,58 4,0 0,5
Поэтому объем воздуханеобходимого для их горения значительно меньше, чем для горения веществ, всостав которых кислород не входит. Этим же объясняется и низкая теплотасгорания целлюлозных материалов и способность их к тлению. Горение происходитбез образования сажи.
Характерным свойствомцеллюлозных материалов является их способность при нагревании разлагаться собразованием паров, газов и КО количество которых зависит от температуры ирежима нагревания. Медленное разложение древесины начинается при 160 — 170° С,а заметный выход газообразных продуктов происходит при 280-300° С. Состав этихпродуктов представлен в табл.5 [6].
Таблица 5. Составнеконденсирующихся газов, образующихся при деструкции древесиныСостав газов Выход газов %, при температурах, ° С 200 300 400 500 600 700
Выход газов на
1 00 кг древесины,
м3 0,4 5,6 9,5 12,8 143 16,0 Состав, % объем
СО2
СО
СН4
С2Н4
Н2
75,0
25,0
56,07
40,17
3,76
49,36
34,0
14,3
0,86
1,47
43, 20
29,01
21,12
3,68
2,34
40,98
27, 20
23,42
5,74
2,66
38,56
25, 19
24,94
8,50
2,81
При разложении 1 кг древесинывыделяется 800г газообразных продуктов. При низкой температуре преобладают СО2,СО, при боле
Процесс разложения сопровождаетсявыделением тепла и теплота сгорания березовой древесины равна 18343,3 КДж/моль,табл.6 [7].
Таблица 6. Теплота сгорания продуктов сухой перегонкиберезовой древесиныВид продукта Выход на 100 кг абсолютно сухой древесины, кг (В) Теплота сгорания, КДж 1 кг В*2/100кг
Кокс
Смола
СНзСООН
Метиловый спирт
Ацетон
С02
СО
СН4
С2Н4
Другие
органические в-ва
Вода
ИТОГО:
31,8
15,8
7,08
1,6
0, 19
9,96
3,32.
0,54
0, 19
10,03
19,49
100,00
32154,6
29642,5
14276,9
22231,9
32489,5
10173,9
16202,9
10225,0
4683,5
1010,8
355,7
61,7
337,7
1668,9
18343,3
При 150°С уголь, образующийсяпри разложении древесины, содержит 54,7% С; 5,9% Н2 и 49,9%связанного кислорода, а при 450° С — 84,9% С и 3,1% Н2 и 12%О2[9].
Разложение целлюлозныхматериалов сопровождается выделением тепла, поэтому при малой скороститеплопроводности возможно самонагревание и горение. Самый высокий тепловойэффект разложения (1088 Дж/кг) у древесины, поэтому необходимо следить за тем,чтобы она не нагревалась при плотной упаковке в больших массах выше 100° С.
Массовая скорость выгораниясоставляет для: древесины (конструкции зданий, мебель) — 0,48 кг/м2*мин., пиломатериалы в штабеле — 7-8,0 кг/м *мин., бумаги — 0,48 кг/м.
Перемещение фронта пламени поповерхности твердых веществ называется распространением горения ихарактеризуется скоростью распространения горения (м/мин)
g = I/t, (1), [1]
где
I — расстояние, пройденное фронтом пламени, м;
t — время, мин.
Температура воспламенениядревесины 230-250°С. При соприкосновении древесины с источником огня происходитбыстрое нагревание тонкого поверхностного слоя, испарение влаги и деструкция. Продуктыразложения древесины, полученные при температуре
После воспламенениятемпература верхнего слоя древесины повышается за счет тепла, излучаемогопламенем, и достигает 290-300°С. При этой температуре выход газообразныхпродуктов максимальный и высота факела наибольшая. В результате разложенияверхний слой древесины превращается в уголь, который в данных условиях горетьне может, так как кислород, поступающий из воздуха, весь вступает в реакцию взоне горения пламени. Температура угля на поверхности к этому времени достигает500-700 °С. По мере выгорания верхнего слоя древесины и превращения его в угольнижележащий слой древесины прогревается до 300°С и разлагается. Таким образом,пламенное горение при образовании на её поверхности небольшого слоя угля ещё непрекращается. Однако скорость выхода продуктов разложения начинает уменьшаться.В дальнейшем рост слоя кокса и уменьшение выхода продуктов разложения приводитк тому, что пламя остается только у трещин угля и кислород может достигатьповерхности кокса и с этого момента начинается горение кокса и одновременно продолжаетсягорение продуктов разложения. Толщина слоя кокса достигшая к этому моменту2-2,5 см остается постоянной, так как наступает равновесие.1.3 Деструкция целлюлозы
Так как основным компонентомдревесины является целлюлоза (50 — 58%), то при рассмотрении деструкциидревесных материалов прежде всего изучается термодеструкция целлюлозы.
Термическая итермоокислительная деструкция целлюлозы изучены довольно подробно. В данномразделе будут кратко рассмотрены причины легкой воспламеняемости целлюлозныхматериалов.
Процессом горения ПМпредшествуют процессы деструкция, в результате которых образуютсяразнообразные, в том числе, летучие горючие продукты, являющиеся «топливом»для процесса горения. К основным факторам, влияющим на деструкцию полимеров,относятся структура и строение макромолекул, структурные дефекты, примеси и т.п.Особенностью ее строения является наличие реакционноспособных гидроксильныхгрупп, обусловливающих сильное межмолекулярное взаимодействие за счетводородных связей, а также высокая энергия межатомных и химических связей вмакромолекулах, связанная со строением глюкопиронозного кольца целлюлозы. Пиролизцеллюлозы протекает по радикально-ценному механизму.
В общем виде термическаядеструкция целлюлозы сопровождается двумя группами реакций: деструкциейполимера и промежуточных продуктов, синтезом (конденсационные процессы),приводящих к образованию новых типов связей углерод-углерод.
При термораспаде целлюлозы врезультате разрыва кислород углеродных связей происходит три основных процесса:дегидратация, деполимеризация и затем глубокая деструкция с разрушением циклови
на основании представлений омеханизме разложения целлюлозы для огнезащиты ЦМ необходимо создать условия,способствующие изменению направления распада целлюлозы и приводящих к снижениюобразования левоглюкозана, повышению дегидратации целлюлозы, полимеризациипродуктов термораспада (образование КО) и ингибированию процесса тления, чтоможет быть достигнуто введением замедлителей горения (ЗГ).1.4 Снижение горючести древесины и изделий на еёоснове
В соответствии с требованиямипожарной безопасности деревянные конструкции зданий и сооружений должны бытьподвергнуты огнезащитной обработке. Наиболее часто используемыми для этих целейи не лишёнными определенных недостатков являются водные растворы буры, поташа,фосфатов аммония, ацетата натрия и др.
В настоящее время огнезащитадревесных материалов осуществляется, в основном, пропиткой древесиныогнезащитными составами. На сегодняшний день учёными продолжается поискотносительно дешёвых и экологически чистых огнезащитных материалов (антипиренов)для пропитки и обработки древесины.
В Санкт-Петербургскойгосударственной лесотехнической академии был разработан [16] способизготовления огнезащитных древесно-стружечных плит. При их изготовлении вкачестве антипирена использовали амидофосфат путём нанесения его водногораствора на древесные частицы в количестве 10-30% по сухому веществу. Высушенныедревесные частицы смешивали с карбамидоформальдегидной смолой, в которую длясвязывания выделяющегося аммиака предварительно добавляли формальдегид в видеформалина в количестве 15% от абсолютно сухого амидофосфата. Для ускоренияотверждения в смолу среднего слоя дополнительно вводили муравьиную кислоту вколичестве 0,1-0,5% по сухой смоле. Изготовленные плиты соответствуюттребованиям ГОСТ 10632-89, имеют класс эмиссии по формальдегиду Е-1 и являютсятрудногорючим материалом с малой дымообразующей способностью.
Известен [17] также способизготовления огнезащитных древесностружечных плит (ОДС+П), по которому впроцессе производства на поверхности плиты создавали защитный слой. В качествеогнезащитного средства для создания покрытия использовали вермикулит, которыйсмешивали с карбамидоформальдегидной смолой (КФС) и послойно формировали ковёрс таким расчётом, чтобы толщины покрытия составляла 2-6 мм. Отрицательнымисторонами способа являются укрывистость древесной поверхности вертикулитом,невозможность калибровки и исследования плит
С целью проверкиогнезащитного действия образцы древесины были обработаны водными растворами изацетатного отхода [15]. Было установлено, что обработка древесины 15-25%-нымиводными растворами ацетатного отхода позволяет перевести по горючести её вкласс трудновоспламеняемых. Этому способствовало, по мнению исследователей,высокая теплота плавления кристаллогидрата (около 214 кДж/кг) и высокоесодержание кристаллогидратной воды. Таким образом, указанным методом повышаетсяогнезащитность природного полимера — древесины, решается задача утилизацииотхода (экологический аспект) и дополнительного привлечения ресурсов (экономическийаспект).
По другому способу [18] ОДС+Пполучали, смешивая древесные частицы с порошкообразным антипиреном. В качествеантипирена использовали модифицированный фосфогипс, который вводили в количестве5-20% от абс. сухой древесины. Недостатком является неравномерное распределениеантипирена по объёму плиты, а также потери сыпучей массы при транспортировке стружечно-клеевойсмеси.
Известен [19] также способизготовления ОДС+П, основанный на совместном введении водного раствораантипирена с карбамидоформальдегидным связующим. В качестве антипиренаиспользовали водный раствор гидроортофосфата аммония в количестве 10% от массы древесных частиц по сухому веществу. Недостаткамиспособа являются снижение физико-механических свойств и повышение влажностиструктурно клеевой смеси, что может привести к расслоению плиты.
Предложен способ получениятрудногорючих ДСП и ДВП на основе амино- или фенолоформальдегидных смол, где вкачестве антипирена использовались полифосфаты аммония и фосфат магния [20]. Применениеданного полифосфата аммония снижает прочность и водостойкость плит, чтообусловлено выделением аммиака в процессе горячего прессования. С цельюулучшения условий отверждения и повышения прочности плит по данному патентупредусматривалась частичная замена полифосфата аммония на фосфат магния, чтообеспечивает сокращение негативного действия выделяющегося аммиака. Однако фосфатмагния практически нерастворим и по этой причине обладает низким огнестойкимдействием, поскольку не является кислотообразователем в условиях возгораниядревесины. Кроме того, использование суспензии фосфата магния в раствореполифосфата аммония связано с технологическими сложностями из-за неустойчивостикомпозиции. Предлагаемая пресс-композиция требует операции сушки частиц посленанесения всех композитов, в том числе и связующего. Последнее ухудшает адгезионноевзаимодействие связующего с древесными частицами и требует прессованиявысокоплотного материала.
В другом способе изготовленияОДС+П, по которому водный раствор антипирена носили на сырые древесные частицыперед операцией сушки древесных частиц (прототип). В качестве антипиренаиспользовали состав ФМД, который представляет собой водный раствор фосфорнойкислоты, нейтрализованный карбамидом и дициандиамидом до рН 4,0-4,5. Водныйраствор антипирен 25%-ной концентрации наносили на измельченные древесныечастицы в количестве 15% от абс. сухого вещества. Модифицированные древесныечастицы направляли в сушку и термообработку, которую проводили в однойустановке. На сухие древесные частицы наносили карбамидоформальдегидноесвязующее. Дальнейшая технология изготовления
ОДС+П не имеет каких-либо отличийот общепринятой технологии изготовления древесностружечных плит плоскогопрессования.
Основные испытания,выполненные по ГОСТ 12.1 044-89, показали, что плиты относятся к материалам смалой дымообразующей способностью и умеренно опасными по токсичности продуктовгорения.
Известна [21] пресс-композициядля производства трудногорючих плитных материалов, включающая наполнитель ввиде древесного волокна, стружки или измельчённых частиц отходом однолетнихрастений, синтетическую смолу, полифосфаты аммонии и парафин, причём в качествесинтетической смолы использованы карбамидоформальдегидную или фенолоформальдегиднуюсмолы.
Недостатком этой композицииявляется низкая водостойкость, большой расход дефицитных компонентов, низкаястепень огнезащиты плит.
В работе Кондрашенко В.И., ФейлоБ.Д. [21] была получена пресс-композиция для производства трудногорючих плитныхматериалов, содержащая наполнитель в виде измельчённых древесных частиц, синтетическуюсмолу, полифосфаты аммония и парафин, в качестве синтетической смолу содержитдиановую СДЖ-Н 5,0-13,0 масс. %, полифосфаты аммония 5,0-12,0%, парафин 0,1-0,4,наполнитель.
Изобретение Фейло Б.Д., КондрашенкоВ. И и других научных работников позволило повысить водостойкость иогнестойкость плитных материалов, а также сократить расход дефицитныхсоставляющих компонентов в 2,5-3 раза.
Известен [22] способполучения огнезащитного состава для отделки целлюлозных материалов, по которомупроцесс проводят в две стадии. На первой стадии получают продукт взаимодействияфосфорной кислоты и мочевины, взятых в соотношении 1: 4, нагревая указаннуюсмесь и воду при температуре 130°С в течение 20 минут.
На второй стадии полученныйпродукт смешивают с дополнительными количеством мочевины и водой в соотношении(масс):
продукт взаимодействияфосфорной кислоты и мочевины, взятых в соотношении 1: 4-15-30-мочевина 10-40,остальное — вода. Полученный огнезащитный состав обладает недостаточнойогнестойкостью, а способ его получения экологически небезопасен из-за выделенияфосфорной кислоты в атмосферу. Отмеченная проблема решена исследователями [22],которыми получен огнезащитный состав, полученный в результате следующих операций:
смешения фосфорсодержащегокомпонента и мочевины, нагревания смеси до расплавления, выдержки расплава иохлаждения продукта;
смешения моноаммоний фосфатаили диаммоний фосфата, взятых в качестве фосфорсодержащего компонента, имочевины в сухом состоянии;
ввода 3-5% воды от массысухих компонентов;
сплавления смеси принагревании до 120°С, выдержки в течение 30 минут и охлаждения продукта припродолжающемся перемешивании до его измельчения.
Этот способ прост,одностадиен, экологически чист, без сточных вод и вредных выбросов, получаемыйпродукт очень прост в обращении, так как порошок непылящий, сыпучий, легкорастворимый в воде.
Наряду с огнезащитнойпропиткой снижающей горючесть древесных материалов, возможно осуществлятьприменение огнезащитных покрытий [23]. Так известен огнезащитный вспучивающийсясостав для покрытий, содержащий водорастворимую меламиноформальдегидную смолу,п-трет-бутил фенолоформальдегидную смолу, фосфат аммония, уротропин, орбит илиманит, дициандиамид, буру, каолин, стекловолокно и воду. Описанный состав притолщине сырого покрытия 2,5 мм обеспечивает огнестойкость металлическойконструкции, на которую нанесён,45-51 минут. Однако, указанный состав содержитв своем составе дицианамид, который является очень дефицитным компонентом и внастоящее время в России практически не производится из-за сложной технологииего изготовления.
Кроме того, этот составпредназначен только для защиты металлических конструкций и не приемлем длязащиты деревянных конструкций.
Также известен огнезащитныйвспучивающийся состав, содержащий водорастворимые мочевиноформальдегидную и мочевиномеламиноформальдегиднуюсмолу, натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, поливинилацетатную эмульсию,фосфаты аммония, асбестовое волокно или каолин, стекловолокно, мочевину,пентрол и воду [23]. Этот состав не содержит дициандиамида. Покрытие,выполненное составом имеет значительное водопоглощение, что приводит кпостепенному снижению адгезионных свойств в процессе эксплуатации. Так втечение 6 месяцев эксплуатации адгезия при отрыве покрытия снижается в среднемна 12%, а через 12 месяцев на 20% и составляет 3,0-4,2 кгс/см. Это сужаеттехнологические возможности состава, ограничивая сферу его применения вметаллических конструкциях, на которые действуют только статические нагрузки (колонны,фермы). Кроме того, покрытие из-за постепенного значительного сниженияадгезионных свойств начинает со временем отслаиваться от металлической подложки.Как показали проведённые заявителем испытания, частичное отслаивание (2-4% поверхности)от вентиляционных коробов происходит уже через 7-8 месяцев, а через 12 месяцевпроисходит отслаивание покрытия на 30-35% поверхности коробов.
Ростовскими исследователями [23]получен огнезащитный вспучивающийся состав для покрытий деревянныхповерхностей, содержащий в качестве аминоформальдегидной смолы водорастворимые мочевиноформальдегиднуюсмолу или мочевиномеламиноформальдегидную смолу, поливинилацетатную смолу,фосфаты аммония, пентрол, мочевину и воду. Недостатками описанного составаявляются значительный расход (480 — 740 г/м2) и недостаточно высокиеогнезащитные свойства. Средняя потеря массы образца по ГОСТ 16363-76 составляет2,6-4,3%.
Огнезащитный вспучивающийсясостав включает в себя:
аминоформальдегидную смолу
фосфат аммония
пентрол (пентоэритрит)
каолин
п-трет-бутилфенолформальдегиднуюсмолу или воду
водорастворимые мочевиноформальдегиднуюили мочевиномеламиноформальдегидную смолу, или карбамидоформальдегиднуюсмолу вкачестве аминоформальдегидной смолы
аммофос или полифосфатаммония
цианурат меламина илидицианамид и фторид аммония, или смесь фторида аммония с бифторидом аммония.
Эти ингредиенты в сочетании сдругими позволили повысить огнестойкость покрытия и снизить расход состава. Болеетого, они дополнительно придали предлагаемому составу антисептические свойства.
В работе исследователейЭнгельсского Технологического института пропитку осуществляли водным растворомтриэтаноламинной соли сульфированного совтола-10 (АСС-1). [13]
АСС-1 представляет собойпастообразное вещество коричневого цвета, 4 класса опасности по ГОСТ 12.1 007-76.В исследованиях определена кинетика сорбции АСС-1 в зависимости от концентрациипродукта в пропиточной ваннё, толщины образцов. Максимальное содержание АСС-1 вобразце достигается в первые 60 минут пропитки и практически не зависит от ихтолщины.
В исследованиях показано, чтопри введении АСС-1 в состав древесины в состав древесины инициируетсякоксообразование, снижаются более чем в три раза, потери массы в интервалеосновной стадии термоокислительной деструкции.
Изменяется также, по даннымступенчатой пиролитической газовой хроматографии, состав газов — существенносокращается выделение токсичного СО.
Существенным преимуществомпредложенных модификаторов является их способность, кроме снижения горючести,обеспечивать древесным конструкциям антисептические свойства.
Таким образом, анализлитературы показал, что на сегодняшний день древесина очень ценныйстроительный, декоративно отделочный материал. Однако наряду со своимипреимуществами (высокой прочностью, малой тепло — и звукопроводностью, хорошейобрабатываемостью) она имеет ряд серьёзных недостатков, одним из которыхявляется повышенная воспламеняемость и горючесть. В связи с высокимитребованиями пожарной безопасности, предъявляемыми ко всем строительнымматериалам, проблема снижения горючести древесных изделий является актуальной.1.5 Патентные исследования
Задачей патентныхисследований является исследование тенденций разработки модифицированнойдревесины с целью придания её негорючести.
Глубина поиска по источникампатентной документации принята 10 лет, исходя из потребности в информации длярешения поставленной задачи. Патентная и научно-техническая документация,отобранная для последующего анализа.
Таблица 1. Поиск документации
Предмет
поиска
Страны
поиска Классификационные индексы
Наименование источников
информации
Научно-
техническая
документация
Патентная
документация
Огнезащитная
древесина Россия
МКИ5
МКИ6
МПК7
В27 N3/02
В27 N3/00
В27КЗ/08
В27КЗ/36
В27КЗ/52
С08 Ь 97/02
Реферативный
журнал
«Химия.
Технология
полимерных
материалов».
№1, 1995-
№24, 1995
№1, 1996-
№18, 1996
№1, 1998-
№24, 1998
№1, 1999-
«Изобретения»
№1, 1993 –
№36, 1999
«Изобретения.
Полезные
модели»
№1, 2000-
№27, 2004
Интернет-база
данных
Шр: /Ду\у\у. йр 5. ги
№14, 1999
№1, 2000-
№24, 2000
№1, 2001-
№24, 2001
№1, 2002-
№24, 2002
№1, 2003-
№24, 2003
по МПК’ СОЗС;
СОЗВ.
/> /> /> /> /> /> />
А. С.1341039 СССР МКИ 5В 27 N 3/02. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОГНЕЗАЩИЩЕННЫХ ДРЕВЕСНОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ. /Н.Н. Фирсов,Ю.Н. Фирсов, Г.Н. Морозов. — Заявл.31.05.89; Опубл.30.04.91
Цель изобретения — снижениеостаточного разбухания и ликвидация брака по кромкам плит. Древесные частицысушат до влажности 3 — 5% и обрабатывают связующим и гидрофобизатором. Изполученной пресс-массы формируют ковер и осуществляют его горячее прессование. Готовыеплиты помещают в автоклав, где создают разряжение 0,06 — 0,08 МПа. При поддержаниивакуума закачивают раствор антипирена, например состав № 13, 10 — 16% -нойконцентрации при 40 — 50°С. Затем создают давление 1-1,4 МПа и выдерживаютплиты в течение 1 — 2 ч. После плавного снижения давления производят сливантипирена и осушающее вакуумирование при 0,06 — 0,08 МПа в течение 30 — 50 мин.Пропитанные плиты помещают в сушильную камеру, где сначала создают температуру40 — 45°С при интенсивной вентиляции, влажности воздуха 65 — 75% в течение 18 — 24 ч. Далее температуру сушки повышают до 70 — 80°С и сушат плиты при влажностивоздуха 25 — 30% в течение 24 — 36 ч до достижения влажности плит 8 — 10%.
А. С.4474672/15 СССР №1165697, кл. С 08 Ь 97/02, 1983. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ. /Н.Е. Николаев, Н.Н. Фирсов, Г.В. Савицкая, В.Т. Лебедев, Л.П. Салтыкова и Л.А. Бабурина.- Всесоюзный научно-исследовательский институт деревообрабатывающейпромышленности. — Заявл.15.08.88, Опубл.15.03.91. Бюл. № 10, Экспресс-информация.М.: ВНШТИЭИлеспром, вып. II, 1982, с.1 — 12
Изобретение относится кпроизводству плитных материалов типа древесностружечных и может бытьиспользовано в деревообрабатывающей промышленности. В работе достигалосьповышение водо- и огнестойкости плит. Для чего изготовлен 40-50% растворкарбамида в воде, после чего его вводят в алюмохромфосфатное связующее приперемешивании, и контролируют рН (1,37-1,70) модифицированного связующего иконцентрацию. В качестве отходов производства полиизоцианатов используюткубовые остатки производства полиизоцианатов. В модифицированное фосфатноесвязующее вводят отходы производства полиизоцианатов при перемешивании втечение 20-25 мин. Предварительно отходы производства полиизоцианатоврастворяют в этаноле или в ацетоне до вязкости 12-32 с. Полученное связующее — антипиренвводят в высушенную древесную стружку. Стружечно-клеевую массу перемешивают 10- 15 мин, после чего производят формование древесностружечных ковров. Коврыпрессуют при 170±5°С и продолжительности прессования 0,3 мин/мм. Количествофосфатного связующего составляет 12-16 масс. %.
А. С.4634076/15 № 35МО, кл. С08 Ь 97/02, 1984. Способ изготовления огнезащищенных древесно-стружечных плит. /Г.М. Шутов, Л.Б. Нхьяев и К.Л. Бучнева; Белорусский технологический институт им.С.М.Кирова. — Заявл.09.01.89, Опубл.07.01.91. Бюл. № I
Изобретение относится кспособам производства древесно-стружечных плит и может быть применено вдревеснообрабатывающей промышленности при изготовлении плит для строительства,мебели и телефутляров. Цель изобретения — улучшение огнезащитных свойств плит.Для приготовления минеральной огнезащитной добавки берут мочевину и фосфатаммония по массе при соотношении 1-1,5: 2-3. Смешивание ведут в течение 10-15мин, затем приготовленную смесь вводят в фосфогипс влажностью 15-18%. При этомсоотношение смеси и фосфогипса составляет 1-1,4: 1,5-2. Перемешивание ведут втечение 10-15 мин. Минеральную огнезащитную добавку вводят при перемешивании наосмоленную стружку наружных слоев плит в количестве 20-40% от абсолютно сухойстружки. Расход смолы 14 и 11% по сухому веществу к абсолютно сухой стружкесоответственно наружных и внутреннего слоев плит. Формируют трехслойный пакет. Причемнаружные слои составляют 40% от массы всего пакета. Прессование плит толщиной10 мм осуществляют при 165-170°С, времени 0,33 мин/мм толщины плиты и давлении2 МПа.
А. С.5049064/05 СССР N844375, С 08Ь 97/02. ДРЕВЕСНОШЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ. / Дракин К.В. — Акционерноеобщество «Элорг» — Заявл. 22.07.92, Опублик. 10.12.1995.
А.С. СССР № 1562145, кл. С 08Ь97/02. ДРЕВЕСНОПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ. / Акционерное общество «Элорг»,- опублик. 1990. Заявка Франции № 2520292, кл. В 291 5/04. опублик. 1983.
Авторами предложена древеснополимернаякомпозиция, используемая в строительной индустрии в качестве конструкционных (элементыконструкций кровли, стеновых панелей, подоконников) и отделочных материалов (элементымебели, в том числе встроенной в жилое помещение, стеллажи и т.д.). Сущностьизобретения:
состав, мас %:
полиолефин — частицы неболее 0.63 мм 10 — 18; д
иоксид кремния с уд. поверхностью 180 м /г 0.1 — 0,24
древесные частицы с размеромчастиц 0.16 — 5 мм
остальное до100%.
Патент 2061589 МПКВ27КЗ/36 С09К21/12СОСТАВ ДЛЯ ОГНЕ — И БИОЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ (ВАРИАНТЫ). / Землицкий В Е, Михайлов В.И.,Киселев Е.А. — 93021531/04. Опубл. 10.06.1996. Заявл. 23.04.1993
В деревообрабатывающейпромышленности и промышленности стройматериалов при защите изделий из древесиныот огня и биоповреждений используются составы для огне- и биозащиты древесины. Вработе рассматриваются три состава, отличающиеся природой замедлителя горения. Впервом составе предложено использование в качестве антипирена смеси продуктовреакции при 34-78°С эквимолярных количеств диалкилфосфита с амином ф-лы RNНR,общее содержание фосфора в антипирене 7,6-22,3 масс. % и азота 3,4-10,1 масс. %.Согласно второму варианту состав содержит смесь продуктов взаимодействия при128-150°С эквимолярных количеств указанного диалкилфосфита с дикарбоновойкислотой ф-лы НООСRСООН, где R-алкил С1С7или алкенил С2-С4 с общим содержанием фосфора вантипирене 9,0-15,47 мас. %. Согласно третьему — смесь продуктов взаимодействияэквимолярных количеств указанного диалкилфосфита с карбамадом при 34-78°С илипри 50-170°С с амидом карбоновой кислоты ф-лы RСОНКRR”,где R-Н, алкил С1С4 или алкенил С2-С4,а R’-Н или алкил С1С4, с общимсодержанием в антипирене фосфора 8,2-20,2 мае. %, азота 3,6-16,4 мае. %. Огнезащитныесвойства составов по ГОСТ 12.1 044-89 с керамической трубой: потеря массы1,3-6,3 мас. %. Биозащитные свойства по ГОСТ 16712-71 со штаммом гриба Соniphога:потеря масс О масс. %. Устойчивость состава при хранении более 500 сут.
Патент 2119516 МПКС09Э5/18 С09В161/24С09В161/28 С09К21/Ю С09К21/12 В27КЗ/52. ОГНЕЗАЩИТНЫЙ ВСПУЧИВАЮЩИЙСЯ СОСТАВ ДЛЯПОКРЫТИЯ ДЕРЕВЯННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ. / Амбарцумян Р.Г. Акционерное обществоИнститут «Ростовский Промстройниипроект». — 97111992/04. Заявл. 16.07.1997.Опубл. 27.09.1998
Для теплоизоляции деревянныхконструкций при пожаре авторами предложен огнезащитный вспучивающийся составдля покрытия деревянных поверхностей, включающий, мас. %: водорастворимые мочевиноформальдегидную,или мочевиномеламиноформальдегидную, или карбамидоформальдегидную смолу (впересчете на сухой остаток) 3,4 — 7,9, аммофос или полифосфат аммония 10,5 — 26,0,пентаэритрит или пентрол 4,8 — 12,0, каолин 1,7 — 4,0,п-трет-бутилфенолформальдегидную смолу 1,7 — 4,0, цианурат меламина илидициандиамид 1,8-6,1, фторид аммония или тетрафторборат аммония, или смесьфторида аммония с бифторидом аммония (в соотношении от 1: 1 до 1: 2,5) 5,0 — 10,0и вода — остальное. Состав дополнительно может содержать асбестовое волокно 2,0- 4,0 мас. %. Свойства состава: потеря массы образца по ГОСТ 16363-76 0,9 — 1,6%,адгезия по ГОСТ 15140-78 1 балл., жизнеспособность состава без фосфатов аммония6 мес, покрытие не отслаивается. Достигается улучшение огнезащитных свойств с одновременнымуменьшением расхода состава при покрытии деревянных поверхностей.
Анализ научно — техническойдокументации и патентной литературы показал, что на данный момент ведутсяактивные разработки огнезащищенной древесины. С целью снижения горючестииспользуются различные методы, такие как введение анитипиренов различнойприроды, нанесение огнестойких составов на поверхность, пропитка смолами.
1.6 Эксперементальнаячасть1.6.1 Объекты исследования
1. Целлюлоза
[-C6H10O5-] n
Состав древесины хвойной, %
Целлюлоза 50-58
Пентозаны 11
Пектиновые в-ва 1
Белковые в-ва 0,5-0,8
Жиры и воска 1-2
Лигнин 26-28
Зольность 0,25-0,5
2. АСС-ЦПХДС-Т) -продуктхимической переработки совтола-10 и представляет собой триэтаноламиновую сольсульфированного совтола-10 (ТУ
2382-111-00210045-98). Продукткоричневого цвета с различными оттенками, 4 класс опасности поГОСТ-12.1 007-76.
Плотность, г/см3 1,477
Динамическая вязкость при60°С, МПа* с 799600
Трудно горючая жидкость:
Температура вспышки, °С>205
Температура воспламенения, °С>205
Температурасамовоспламенения, °С>675
Температура плавления, °С45-50
рН водного р-ра (1%) 7-8
Содержание совтола,% 2,5
3. ПВХ — [-СН2СНСЬ-] П
Бесцветный термопластичныйполимер:
молекулярная масса (10-150)*103
плотность 1,35-1,43г/см2
насыпная плотность порошка 0,4-0,7г/см3
температура стеклования 75-80°С
температура текучести 150-220°С
трудногорюч, при Т=120°С начинаетсяотщепление НСl
Реакционная камера,представляющая собой термостойкую прозрачную трубку, установлена вертикально. Надно камеры монтируют приспособление для равномерного распределения газовойсмеси, состоящей из стеклянных или металлический шариков различного диаметра.
Держатель образца необходимдля закрепления его в вертикальном положении в трубе. Металлическое проволочноесито размерами ячейки 1,0 — 1,6 мм помещено над шариками для улавливанияпадающих частиц.
Баллоны содержат газообразныйкислород и азот (чистота которых должна быть не менее 98 %) или очищенныйвоздух с концентрацией кислорода 20,9 % объемных.
Источник зажигания (например,горелка с диаметром наконечника 2±1 мм) обеспечивает на пропане высоту пламени(16±4 мм) и свободно входит в камеру через верхний открытый конец.
Учет времени проведенияиспытания ведут посредством секундомера с погрешностью измерений не более однойсекунды.
Перед испытанием образцыкондиционируют не менее 88 часов в стандартной атмосфере 23/50 по ГОСТ 12.42.3
Время между изготовлениемисследуемого материала и началом испытания должно быть не менее 72 часов. Испытанияпроводят при температуре (23 ±2) °С. Образец закрепляют в вертикальном положениив держателе в центре колонки так, чтобы верхний край образца находился нарасстоянии не менее 100 мм от верхнего края колонки. Систему продувают газовойсмесью не менее 30 секунд перед испытанием и поддерживают концентрацию кислородапостоянной до конца испытания.
Далее осуществляют зажиганиеобразцов. Для этого подводят самую нижнюю часть пламени горелки к верхнейгоризонтальной поверхности образца, медленно перемещая так, чтобы пламяпокрывало ее полностью и не касалось вертикальных поверхностей или гранейобразца. Длительность воздействия пламени на образец составляет 30 секунд скороткими перерывами через каждые пять секунд. Образец считаетсявоспламененным, если после отвода горелки через пять секунд вся его поверхностьгорит.
После воспламенения образцавключают секундомер и наблюдают за распространением пламени. Если горениепрекращается и не возобновляется в течении одной секунды, то, выключивсекундомер, определяют время горения и измеряют длину сгоревшей части образца. Походу испытаний отмечают процессы сопровождающие горение: падение частиц,обугливание, неравномерное горение, тление.
Гасят и вынимают образец изреакционной камеры. Кислородный индекс (КИ) в процентах вычисляют по формуле:
КИ= [O2] / [O2] + [N2] *100%
где [O2] — минимальная концентрация кислорода вкислородно-азотной смеси, необходимой для горения образца.1.6.2 Термогравиметрический анализ
Испытания проводят всоответствии с ГОСТ 21.553 — 76.
Термогравиметрия (ТГ) — этодинамический метод непрерывного взвешивания образца в зависимости оттемпературы при постоянной скорости нагрева.
Деривативная термогравиметрия- это динамический метод, в котором получают первую производную изменения весапо времени, как функцию температуры при постоянной скорости нагрева.
Изменение массы, скоростьизменения массы и величин тепловых эффектов при нагреве образцов изучалосьметодом термогравиметрического анализа с использованием дериватографа системы«Паулик — Паулик — Эрдей».
Образцы массой 0,2 грамманагревали в среде воздуха до 1000°С с постоянной скоростью нагрева — 10°С/мин. Чувствительностьпо каналам ДТГ — 1 мВ, ТГ — 500 мВ, ДТА — 500 мВ. Точность измерения не более1%.
Энергия активациитермодеструкции материалов определяли методом Пилаяна по кривой ДТГ по формуле:
(1)
где Е — энергия активацииДж/моль;
М — уменьшение веса веществав результате удаления летучих продуктов реакции, мг;
Ут — скорость потери массыисходной пробы вещества, мг/мин;
К — универсальная газоваяпостоянная, Дж/ (град*моль);
Т — температура, К;
В — константа.
Уравнение (1) можнопредставить в виде:
где — предэкспоненциальныймножитель.
Графическая интерпретацияэкспериментальных данных в соответствии с уравнением (2) в виде координат
дает прямую, тангенс угланаклона которой к оси абсцисс позволяет вычислить энергию активации процессов, аотрезок, отсекаемы на оси ординат предэкспонинту.
Отсюда
Е = 2,3 RТ*tgа.
Скорость термолиза определяемпо кривой ТГ по формуле;
где — максимальная потерямассы, %;
минимальная потеря массы, %;
m — масса навески, г;
время нагрева на 100°С прискорости нагрева 10°С/мин.1.6.3 Определение потери массы образца приподжигании на воздухе (метод огневой трубы)
Метод «Огневая труба»является экспресс — методом для определения группы твердых горючих материалов. Егопроводят в соответствии с ГОСТ 17.088-71
Установка состоит из камерыгорения, держателя образца, газовой горелки диаметром 7 мм, смотрового зеркаладиаметром 50мм, подвижно укрепленного на штативе. Камера горения представляетсобой стальную трубу диаметром (50±3) мм; длиной (165 ±5) мм, толщиной стенки (0,5±0,1) мм, которая вертикально закрепляется на штативе.
Для испытания изготовляютшесть образцов шириной (35±1) мм, длиной (150±3) мм и фактической толщиной, непревышающей (10±1) мм. Предварительно взвешенные образцы подвешиваютвертикально в центре трубы таким образом, чтобы его конец выступал на 5 мм инаходился на 10 мм выше горелки. Под образец по его центру устанавливаютгорелку с высотой пламени (40 ± 5) мм, одновременно включают секундомер и определяютвремя зажигания, обеспечивающее устойчивое горение образца.
Через 2 минуты действия пламениисточник зажигания удаляют и фиксируют время самостоятельного горения и тления образца.После остывания до комнатной температуры образец взвешивают и определяют потеримассы в процентах от исходной:
m = (mн — mк) /тн, где mн и mк — массаобразцов до и после испытания, г.1.3.4 Результаты эксперимента и их обсуждение Обоснованиевыбора замедлителя горения для снижения горючести древесины
Основным компонентомдревесины является целлюлоза — это горючий, легко воспламеняемый материал.
Термолиз целлюлозы протекаетпо двум стадиям: дегидратации и деполимеризации Это конкурирующие процессы. Врезультате дегидратации образуются сопряженные ненасыщенные структуры,формирующие при пиролизе карбонизованный остаток (КО); повышается термостойкостьволокна. Деполимеризация протекает с высоким выходом смолы, левоглюкозана и егопроизводных, являющихся горючими летучими продуктами [2].
Проблема снижения горючестицеллюлозных материалов связана с направленным изменением химического процессапри пиролизе полимера, обеспечивающим его протекание в направлении внутримолекулярнойдегидратации. При этом подавляются реакция разрыва основной цепи, приводящие квыделению горючих продуктов и наблюдается резкое снижение горючести материала.
Древесина относится к коксующимсяпригорении материалам, поэтому для снижения их горючести наиболееэффективными замедлителями горения являются фосфорсодержащие соединения,действие которых проявляется в основном в конденсированной фазе [1].
ПХДС (триэтаноламинная сольсульфированного совтола) представляет собой пастообразное вещество коричневогоцвета, 4 класса опасности по ГОСТ 12.1 007-76. В молекуле ПХДС содержаться атомыхлора и фосфора, представляющие собой ингибиторы горения. Используемая для модификациипаста ПХДС является достаточно термостойким продуктом. В интервале температур40-210°С паста теряет 15% массы. Общиепотеря массы при6000С составляют 26%. Таким образом пастаПХДС разлагается в температурном интервале, совпадающем с термоокислительнойдеструкцией самой древесины, табл.3.1., что позволяет применять её для снижениягорючести древесных материалов.
Таблица 1. Данные пиролиза древесины и ЗГНаименование
Основные стадии
деструкции Потери массы, %, при температурах, °С
Тн-Тк
Ттах
MК-MН
MMAX 100 200 300 400 500 600 Древесина
30-210
125
210-430
350
0-8,5
4,5
8,5-73,5
42,5 1,5 8 15 70 81,5 91,5 ПХДС
40-210
110
0-15
6,2 4 14,5 19,2 24 25 26
Исследование сорбции замедлителягорения ПХДС древесиной. В работеизучалась кинетика сорбции пасты ПХДС древесиной и оценивалось влияние размеровобразца древесины на ее способность к сорбции. Отмечено, что сорбция ПХДС притемпературе 20±5°С особенно интенсивно протекает в течение первых 10-20 мин. Суменьшением толщины образца с 16 до 8 мм количество сорбированного ЗГувеличивается. Термообработанные образцы сорбируют ПХДС в большем количестве, чемнетермообработанные.
Анализ данныхтермогравиметрического анализа модифицированных образцов показал, табл.2., что ихразложение проходит в 2 стадии.
Таблица 2. Влияниетермообработки на показатели пиролиза древесинысостав
Основные стадии
деструкции
Потерн массы,%, при
температурах, °С
Тн-Тк
Тмах,°С
Мн-Мк
Ммах,% 100 200 300 400 500 600 Древесина
30-210
125
210-430
350
0-8,5
4,5
8,5-73,5
42,5 1,5 8 15 70 81,5 91,5
Др. (термообр)
+60 ПХДС
30-140
108
190-209
250
1-6
4,5
8-39
33 2,5 9 45,5 61,5 75 87,5
Др-
(нетермообр)
+60ПХДС
30-210
125
210-430
350
0-55
3
8-42
29,5 3 8 47 60 74 87
Первая стадия, вероятновсего, связана с выделением сорбированной воды, хотя нельзя исключитьразложение пасты ПХДС в этом температурном интервале. Вторая стадиясоответствует деструкции древесины. Отмечено инициирующее влияние ПХДС наразложение древесины, так как начальная температура разложения снижается на20-30°С, по сравнению с немодифицированной древесиной и существенно сужаетсятемпературный интервал деструкции, несколько возрастает выход карбонизованного остатка.Кокс имеет более равномерную структуру с видимыми включениями замедлителягорения.
Кислородный индекс увеличиваетсяс 18% об. для исходной древесины до 37% об. для древесины пропитанной 25% -нымраствором ПХДС и до 42% об. древесины пропитанной 50%-ным раствором ПХДС, приэтом потери массы, определённые методом «огневой трубы», составляют8,8% и 6,7%, соответственно.
Изучение возможностиприменения для огнезащиты метилакрилатных соединений. При обработке дистиллированной водой модифицированнойдревесины (в течении 14 дней) отмечено удаление ПХДС, и потери массы составляют31%. В связи с этим подбирались составы, способствующие сохранениюогнезащитного эффекта после мокрых обработок. Для этого использовались: порофор,ФОМ, ЛИМ, пропитка с фотоинициатором, а также пропитка древесинынепосредственно концентрированной пастой ПХДС. Состав и характеристики образцовприведены в таблице 3.
Таблица 3. Состави характеристики образцов, содержащих метилакрилатные соединения
Параметры
пропитки
Время
пропитки,
мин.
Привес, %,
после
пропитки
Время
поджигания
Время
самостоя- тельного
горения., с
Потери
массы % на
огневой
трубе
(ПХДС+Др.) +
ФОМ 60 25
Не
загорается 4,9
(ФОМ+Др.) +
пхдс 60 24,3
Не
загорается 8,24
(ПХДС+
порофор+Др.) 20 16,1
Загорелся
через
75с. 45 7,78
(Др. +ФОМ+
фотоинициатор) 60 21, 19
Не
загорается 6,6
(ПХДС+Др.) +
(ФОМ+фотоиници
атор) + 1 час УФ 140 16,5
Загорелся
через 15с. 3 9,92 (ФОМ+Др. +фотои нициатор) +1час УФ 180 32,18
2 мин не горит, при
повторном
Поджигании загорелсячерез 100с 10 8,08
ФОМ+ДР. +порофор+ ПХДС (конц)
Тпропитки=80-850С 120 21,8 Загорелся через 45 с. 60 11,68
ПХДС (конц) +Др.
Тпропигос= 80-85 С
+ (ФОМ) 120 21,8
Загорелся
через 45с. 120 8,38
ПХДС+Др.
+20%ЛИМ
+2%Н3Ю4 60 37,4 8 /> /> /> /> /> /> /> />
Из таблицы 3 видно, чтонаибольшие потери массы образцов при испытаниях на огневую трубу, имеет состав(ФОМ + ДР.) +ПХДС. Все композиции, содержащие в своём составе ФОМ неподдерживают самостоятельного горения и имеют низкие потери массы, придавая темсамым огнезащитный эффект древесине, табл. 3. Однако при введении ФОМа наобразцах древесины после пропитки образуется жёлто-коричневая маслянистаяжидкость, что безусловно ограничивает области применения таких огнезащищённыхсоставов.
Исследование возможностиполучения древесно-стружечных плит пониженной горючести. В работе исследовалась возможность получения ДСПпониженной горючести. Для этого использовались отходы древесной промышленности- древесная стружка, опилки при введении в них модификатора и связующего споследующим прессованием в изделия. Прессование осуществлялось при температурах150-160°С и давлении 10-20 МПа при различном соотношении пропитанного ПХДСнаполнителя и связующего.
Таблица 4. Составы композицийСостав
Содержание модифицированных
опилок в композиции, % ПЭ (гр),% 30 50 60 ПС (гр),% 30 50 60 ПП (гр),% 30 50 60 ЭД-20,% 50
При использовании в качествесвязующего гранулированных ПС, ПЭ, ПП, а в качестве наполнителя — древесныхопилок, не достигнуто их равномерного распределения в композиции. В связи сэтим в дальнейших исследованиях пропитку осуществляли с применением в качественаполнителя — древесной муки, а в качестве связующего — ПВХ. Изучались составыс процентным содержанием связующего (70, 50, 40). Пропитка древесной муки осуществлялась50% водным раствором пасты ПХДС, после сушки и добавления ПВХ осуществлялосьпрямое прессование композиции. Оптимальное содержание древесной муки и ПВХ 50%/ 50%, а параметры прессования: Т=160-170°С; Р=25МПа
Для увеличения эластичности вДСП вводились дибутилфталат (ДБФ) и ПЭС в количестве 5% масс. ч. от массыкомпозиции. По внешнему виду образцов можно сделать вывод, что лучшимпластификатором для данного состава является ДБФ.
Испытания образцов нафизико-механические свойства и на огневую трубу приведены в табл.5.
Таблица 5. Влияние ЗГ и ДБФ на свойства образцов
Состав
Прессование:
Р=25МПа
Т=160°С
Потери
массы %,
На огневой
трубе
Время
самостоятельного
горения, с
sр,
Мпа
e,% Рр, Н
50%Др. оп. (немод)
+50% ПВХ 78 110 41,6
5 104
50% Др. оп. (мод) +
50%ПВХ 7,6 41
6 123
50% Др. оп. (мод) +
50%ПВХ +
5% ДБФ 11 39,7
7 138
Отмечено, что введение ПХДС вдревесные опилки, используемые при производстве древесно-стружечных материалов,незначительно уменьшает физико-механические свойства (табл.4), однако,увеличивает стойкость горению. Образцы не поддерживают самостоятельногогорения, а потери массы образцов незначительны, что относит разработанныйматериал к трудногорючим.
Вывод: В результатепроведённой работы разработана технология получения модифицированной древесиныпониженной горючести с применением в качестве замедлителя горения пасты ПХДС. Разработаныпараметры модификации, обеспечивающие получение древесных материалов с пониженнойгорючестью. Изучена возможность применения для огнезащиты метилакрилатныхсоединений, а также исследована возможность получения древесно-стружечных плитпониженной горючести. 1.7 Технологическая часть1.7.1 Характеристика сырья, материалов
1. Целлюлоза
[-С6Н10О5-]n
Состав древесины хвойной, %
Целлюлоза 50-58
Пентозаны 11
Пектиновые в-ва 1
Белковые в-ва 0,5-0,8
Жиры и воска 1-2
Лигнин 26-28
Зольность 0,25-0,5
2. АСС-КПХДС-Т] — продукт химической переработки совтола-10 и представляетсобой триэтаноламиновую соль сульфированного совтола-10 (ТУ — 2382-111-00210045-98).
Продукт коричневого цвета сразличными оттенками, 4 класс опасности поГОСТ-12.1 007-76.
Плотность, г/см3 1,477
Динамическая вязкость при60°С, МПа* с 799600
Трудно горючая жидкость:
Температура вспышки, °С>205
Температура воспламенения, °С>205
Температурасамовоспламенения, °С>675
Температура плавления, °С45-50
рН водного р-ра (1%) 7-8
Содержание совтола, % 2,51.4.2 Описание технологического процесса
Из хранилищ 1 и 2, в которыххранятся вода и паста ПХДС соответственно, насосами 3 закачиваются в дозирующиеёмкости 4,5. В дозирующих ёмкостях происходит накапливание веществ. С помощьювентелей 6 паста ПХДС и вода поступают в реактор 7, в котором происходитсмешивание до однородной массы. После перемешивания, открывается кран 8 ижидкость попадает в пропиточную ванну 9 в которой происходит процесс пропиткидревесины. Древесина поступает в пропиточную ванну из термопечи 11, где онапроходит термообработку для выделения остаточной влаги. После термообработки спомощью ленточного конвейера 10, на котором крепится используемая древесина,она подаётся в пропиточную ванну. По истечении 30-40 минут образцы подаютсялибо на стеллажи для сушки при комнатной температуре, либо в термопечь 12 длясушки при {=90°С. После этого модифицированная древесина на транспортныхсредствах отправляется на склад.1.7.3 Основные параметры технологического процесса
1. Время термообработкиисходной древесины. 1 ч.
2. Время смешения компонентовв смесителе. 30 мин.
3. Время пропитки. 20мин.
4. Состав ванны. 25 % м. ч. ПХДС,модуль ванны 4.
б. Температура пропитки. 20+5°С б. Температура термообработки исходной древесины. 90°С Т. Температурасмешения 20+5°С З. Температура сушки:
на стеллажах 20+5°С
в термопечи 90°С 1.7.4 Материальный расчет
На одну тоннумодифицированного продукта с учётом 50%раств
Таблица 1Материал Количество, кг Древесина 500 Вода 250 ПХДС 250
Потери раствора пасты ПХДСпри модифицировании 1%.
500кг………………….100%
250кг…………………… .1%
Отсюда потеря равна 5килограмм
Таблица 2Приход кг Расход кг Древесина 500 Модифицированная древесина 1000 ПХДС 250 Потери раствора ПХДС 5 Вода 250 1000 1005
Невязка = (1005-1000) /1005*100%=0,5%
2. Безопасность проекта
При современном уровнеразвития науки и техники безопасность производственных процессов играетзначительную роль в дальнейшем совершенствовании технологических процессов. Выявившиесяв ходе научно-технической революции негативные для здоровья и жизни людейпоследствия выдвинули в число острейших социально-экономических проблем обеспечениебезопасности жизнедеятельности человека в различных сферах его деятельности,сокращение числа несчастных случаев, катастроф, аварий, сохранение устойчивостии сопротивляемости биосферы в условиях всё возрастающей на неё нагрузки.
В свою очередь химическаяпромышленность относится к отраслям промышленности, представляющей опасностьпрофессиональных заболеваний и отравлений работающих. Это связано с тем, чтосовременная химия немыслима без широкого использования разнообразных агрессивныхсред и токсичных соединений, большинство из которых относится к взрывопожароопаснымвеществам. Внедрение новой технологии, интенсификация химических процессов иоборудования неразрывно связаны с созданием безопасной техники, дальнейшимулучшением и оздоровлением условий труда, повышением его производительности,уменьшением и ликвидацией производственного травматизма и профессиональныхзаболеваний [46].
При разработкетехнологического процесса необходимо учесть все основные вредные и опасныефакторы, которые могут воздействовать как на работающих, так и на прилегающиенаселенные пункты, и разработать мероприятия, обеспечивающие создание здоровыхи безопасных условий труда. Для этого необходимо подробнее рассмотретьвозможные негативные последствия по всем стадиям технологического процесса.
При производствемодифицированной древесины возможно воздействие негативных факторов припроведении следующих операций:
1. Выгрузка и подготовкаисходных компонентов, то есть триэтаноламиновой соли сульфированного совтола 10(пасты ПХДС) и древесных брусков или опилок.
2. Смешение пасты ПХДС сводой.
3. Пропитка древесныхобразцов при перемешивании.4. Выгрузка и последующая сушка образцов.
При получениимодифицированной огнезащитной древесины возможно воздействие на работающихследующих опасных и вредных факторов:
поражение электрическим током;
отравление вреднымивеществами;
травмирование движущимичастями машин и механизмов;
термические ожоги.
Использование ПХДС какосновного компонента композиции не связано с рядом негативных моментов в связис его малой токсичностью.2.1 Опасные производственные факторы и мероприятияпо технической безопасности
На данном производствеиспользуются электрокары для перемещения ёмкостей с пастой и транспортировкойготовой продукции. Помимо движущегося внутреннего транспорта будут находиться врабочем состоянии механизмы с движущимися частями — электродвигатель и мешалка.Работа с жидким заливочным составом так же требует осторожного отношения. Такпри попадании заливочного состава на открытые участки кожи нужно снять еготампоном, а затем тщательно промыть водой с мылом. Пролитый на пол составрекомендуется засыпать песком, соблюдая меры индивидуальной защиты, и потом удалитьиз рабочей зоны в специально отведенные места.
В связи с использованием впроизводстве различных электроустановок существует опасность пораженияэлектрическим током и статическим электричеством.По опасности поражения людей электрическим током данное производственноепомещение, согласно ПУЭ относится к классу помещений с повышенной опасностью. [55]
Оборудование, коммуникации иемкости, используемые в производстве огнезащитной древесины, должны бытьзаземлены в соответствии с ГОСТ 12.1 018-86, но заземление не защищает человекаот поражения электрическим током при прямом прикосновении к токоведущим частям.Поэтому возникает необходимость в использовании и других защитных мер, в частности,защитного отключения.
Защитное отключение — быстродействующаязащита, обеспечивающая автоматическое отключение электроустановки при возникновениив ней опасности поражения током. Но основное условие, обеспечивающеебезопасность эксплуатации и надёжность электроснабжения электроустановок — этоиспользование изоляции токоведущих частей. Для изоляции токоведущих частейэлектроустановок применяют несколько видов изоляции: рабочую, дополнительную,двойную и усиленную. В соответствии с ПУЭ производственное помещение относитсяк пожароопасной зоне П-П [46].
Также в данном производствесуществует опасность поражения статическим электричеством. Заряды статическогоэлектричества возникают при деформации, дроблении веществ, относительномперемещении двух находящихся в контакте тел, слоев жидкости или сыпучихматериалов, интенсивном перемешивании, испарении веществ. Средствами защиты отстатического электричества в данном случае является заземление электроустановоки металлических частей электрооборудования. А также необходимо установитьавтоматический контроль за скоростью течения жидкостей по трубопроводам, чтобыона не превышала предельных значений.
2.2 Вредные производственные факторы и мероприятияпо гигиене труда и производственной санитарии
Вредные вещества.
Химическое производствоотносится к областям промышленности, которые представляют собой потенциальную опасностьпрофессиональных отравлений и заболеваний работающих. Это происходит из-затого, что в процессе труда многие из них соприкасаются с химическимивеществами, имеющими те или иные токсические свойства.
ГОСТ 12.1 007-76 ССБТ «Вредныевещества. Классификация и общие требования безопасности» дает следующееопределение вредным веществам: «Вредное вещество — это вещество, котороепри контакте с организмом человека в случае нарушения требований техникибезопасности может вызвать производственные травмы, профессиональные заболеванияили отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами, какв процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующихпоколений».
По степени воздействия наорганизм человека ГОСТ 12.1 007-76 ССБТ подразделяет вредные вещества на четырекласса опасности:
1) вещества чрезвычайноопасные;
2) вещества высокоопасные;
3) вещества умеренно опасные;
4) вещества малоопасные.
В производстве огнезащитнойдревесины используется вредное вещество ПХДС (триэтаноламинная сольсульфированного совтола 10), из которого выделяется трихлорбензол токсическаяхарактеристика которого дана в таблице 2.1[55].
Таблица 2.1. Токсическаяхарактеристика вредных веществ [57] вещество
Характер воздействия на
организм Класс опасности
пдк
в воздухе рабочей зоны, мг/см3 1 2 3 4 трихлорбензол
Обладает нерезким не-
приятным запахом. Раздражающее действие сравнительно слабое. Опасность
острых отравлений незначительна. 4 10
Концентрация трихлорбензолакак основного летучего вещества, должна строго контролироваться и не должнапревышать допустимых значений [57] Этому способствует использование в производственныхпомещениях общеобменной приточно-вытяжной вентиляции.
Для создания благоприятныхусловий работы в производственном помещении используют искусственное общее иестественное боковое освещение. Так как основной технологический процесс нетребует постоянной занятости рабочих, а необходимо только контролироватьфункционирование оборудования, системы КИПиА, то разряды зрительных работ будутследующие: общее освещение цеха — VIIIа (общее постоянное наблюдениеза ходом процесса), КИПиА — IV г. Нормируемая освещённость дляVIIIа200 лк, КЕО=0,6%. Для IVг соответственно 200 лк и 0,9%. Для обоих разрядов коэффициентпульсации-20%, коэффициент ослеплённости — 40 %). В качестве источников общегорабочего освещения предлагается использовать люминесцентные лампы дневногосвета в светильниках типа ВЛВ (общее освещение пыльных и пожароопасныхпомещений). Светильники аварийного освещения присоединены к сети рабочегоосвещения с автоматическим переключением на независимый источник питания приаварийных ситуациях. ‘ Светильники аварийного освещения должны иметьспециальные знаки [50].
Микроклимат.
Метеорологические условияпроизводственной среды — температура, влажность и скорость движения воздуха,определяют теплообмен организма человека и оказывают существенное влияние наотрицательное состояние различных систем организма, самочувствие, работоспособностьи здоровье.
Метеорологические условияпроизводственной среды зависят от физического состояния воздушной среды ихарактеризуются основными метеорологическими элементами: температурой,влажностью и скоростью движения воздуха, а также тепловым излучением нагретыхповерхностей оборудования и обрабатываемых изделий и материалов. Совокупностьэтих факторов, характерных для данного производственного участка, называетсяпроизводственным микроклиматом.
Для создания нормальныхусловий труда в производственных помещениях обеспечивают нормативные значенияпараметров микроклимата (согласно ГОСТ 12.1 005 — 88). Оптимальные показателираспространяются на всю рабочую зону, а допустимые устанавливают раздельно дляпостоянных и непостоянных рабочих мест, в тех случаях, когда по технологическим,техническим или экономическим причинам невозможно обеспечить оптимальные нормы.
При нормированииметеорологических условий в производственных помещениях учитывают время года ифизическую тяжесть выполняемых работ.
Помещение, в которомпротекает данный технологический процесс, можно отнести к категории работ II а(средней тяжести). В табл.2.2 даны оптимальные и допустимые параметрымикроклимата
Таблица 2.2. Оптимальные и допустимыеметеорологические условия в рабочей зоне производственных помещенийКатегория Температура воздуха, °С Относительная влажность, % Скорость движения воздуха, м/с не более II а оптимальная допустимая оптимальная допустимая оптимальная допус-тимая Холодный период 18-20 17-23 40-60 75 0,2 не >0.4 Теплый период 21-23 18-27 40-60 75 0,3 0,2-0,4
Для обеспечения благоприятныхметеорологических условий предусмотрены следующие мероприятия:
1) теплоизоляцияоборудования, аппаратов, выделяющих тепло. В рассматриваемом технологическомпроцессе — это термокамеры. Теплоизоляция сделана таким образом, чтобытемпература наружных стенок теплоизлучающего оборудования не превышала 45°С;
2) вентиляция помещений.
Шум и вибрация.
В результате длительноговоздействия шума и вибрации нарушается нормальная деятельностьсердечно-сосудистой и ЦНС, органов равновесия, пищеварительных органов,появляются заболевания суставов. Интенсивный шум и вибрация ведёт к снижениюпроизводительности труда и часто является причиной травматизма.
Источниками шума и вибрации вданном технологическом процессе являются насосы, смесители, ленточный конвейер.
Допустимые уровни шума дляпостоянных рабочих мест регламентируются ГОСТ 12.1 83 и СН 3223 — 85. СогласноГОСТу уровни шума и эквивалентные уровни в производстве на постоянном рабочемместе не должны превышать фактические значения уровня шума, приведенные втаблице 2.2.3
Таблица 2.3. Допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звукана рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятия поГОСТ 12.1 003 — 83 с дополнениями (извлечение) Рабочие места Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБ Помещения управления, рабочие комнаты 60 Кабины управления (без речевой связи) 80 Помещения лабораторий для проведения экспериментальных работ; помещения для размещения шумных агрегатов, вычислительных машин 80 Постоянные рабочие места и рабочие зоны в производственных помещениях и на территории предприятия 85
В рассматриваемомтехнологическом процессе шумовые характеристики превышают допустимые уровнизвука. Поэтому для снижения шума рекомендуется использовать специальные кожухи,которые устанавливаются на источники шума.
Для снижения уровня вибрациииспользуют виброизоляцию — это упругие элементы, помещенные между вибрирующеймашиной и ее основанием. В качестве амортизаторов используют стальные пружиныили резиновые прокладки. В том случае, если технологическими мерами не удалосьснизить уровень шума и вибрации до допустимых значений, применяют индивидуальныезащитные средства: противошумные вкладыши, вставляемые в уши; обувь на толстойрезиновой или войлочной подошве; рукавицы или перчатки со специальнымивиброзащитными вкладышами. 2.3 Взрывопожаробезопасность
Вещества применяемые припроизводстве огнезащищенной древесины не являются взрывоопасными.
В соответствии с НПБ 105-95помещения цеха относятся к дожароопасной категории В, т.к на производствеимеются большие запасы древесины, как модифицированной так и обыкновенной,которая и представляет повышенную пожароопасность.
Свойства пропиточнойкомпозиции определяются свойствами пасты ПХДС. ПХДС — это негорючеепастообразное вещество с температурой деструкции равной температуре деструкциидревесины (190-210°С).
Выделяют два основныхпринципа обеспечения пожаро- и взрывобезопасности:
предотвращение образованиягорючей и взрывоопасной среды;
пожаро- и взрывозащитатехнологического оборудования, помещений и зданий.
Предотвращение образованиягорючей и взрывоопасной среды как в оборудовании, так и в производственномпомещении — важнейшее условие обеспечения пожаро- и взрывобезопасности.
Одно из условий обеспеченияпожаро- и взрывобезопасности технологического процесса — ликвидация возможныхисточников воспламенения. Источниками воспламенения могут быть: открытый огоньтехнологических установок, раскаленные нагретые стенки аппаратов и оборудования.При эксплуатации оборудования необходимо строго следить за соблюдением следующихтребований:
наличие и исправность пламе- иискрогасительных устройств у двигателей;
нормативный нагревтеплоизоляции оборудования, искробезопасность смесительного оборудования;
исправность устройств дляснятия заряда статического электричества;
смазка и нагрев подшипниковскольжения, нагруженных и высокооборотных валов машин и механизмов [47].
Особое внимание уделяетсяпорядку хранения веществ и материалов, способных образовывать взрывчатые смеси,порядок хранения которых определяется ГОСТ 12.1 004-85.
3. Экологическая экспертиза проекта
Резкое ухудшениеэкологической ситуации на территории Российской Федерации и в мире, в целом, обусловилосоздание и развитие направлений по разработке «экологически чистыхтехнологий». Они основываются на принципе непрерывного совершенствованияпроизводства, сущность которого заключается в выпуске высококачественнойпродукции с минимальным количеством отходов, экономным использованием природныхсырьевых и энергетических ресурсов посредством внедрения новых или болееэффективных процессов и оборудования.
Химическая промышленностьзанимает третье место по объему выбросов в атмосферу токсичных соединений,второе — по количеству сбросов в водоемы загрязняющих веществ, первое — позагрязнению литосферы твердыми отходами промышленного и бытового назначения [54].
Процесс промышленного выпускамодифицированной древесины в целом можно отнести к разряду малоопасныхпроизводств в виду следующих причин. Во-первых, исходные компоненты принадлежатк четвёртому классу опасности, то есть умеренно опасных веществ; во-вторых,технологический процесс протекает при нормальных условиях, что не создаетопасности от спонтанного изменения температурных и кинетических параметров,приводящих к взрыву и выбросу реакционной смеси; в-третьих, процесс имеет автоматическуюсистему контроля и регулирования технологических параметров, обеспечивающую заданныйрасход исходных компонентов и протекание реакции в оптимальных условиях; в-четвертых,потенциально опасные производственные участки герметизированы, чтопредотвращает выход вредных веществ из трубопроводов и ректора смешения врабочую зону при нормальном функционировании технологической системы. Однакопрактические исследования существующих производств огнестойкой древесинысвидетельствуют о негативном воздействии этих производств на окружающую среду.
/>
Токсикологическаяхарактеристика исходных компонентов.
Исходным компонентом пряполучении огнезащитной древесины является препарат антисептический ААС-1 наоснове продукта ПХДС-Т это продукт химической переработки триэтаноламинной солисульфированного совтола 10. В состав пасты ПХДС входят следующие вещества: изомерыпента-, гексахлорбифинила и трихлорбензол. Гигиеническая экспертиза показала,паста ПХДС не обладает аллергенным и мутагенным эффектами; характеризуется выраженнымфунгицидным действием [60].
Токсикологическаяхарактеристика загрязнителей, возникающих в производственном процессе.
/>Сl
/>
1. Трихлорбензол Cl
1,2,4-Трихлорбензол — жидкостъ,с трудом растворяется в спирте. Токсическое действие — сначала возбуждает,а потом угнетает центральную нервную систему; вызывает изменение крови. Предельнодопустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны 10 мг/м3. Приобследовании рабочих, занятых в производстве возможны жалобы на головную боль,тошноту, боли в подреберье, в сердце. Возможно увеличение печени, раздражениеслизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз.
2. Сточные воды — образуютсяв процессе пропитки древесины водным раствором пасты ПХДС и на стадии промывкипропиточной ванны. Такие воды содержат приблизительно 1,5-2% раствор пасты ПХДСудаляемые с поверхности ванны. Они не представляют собой опасности дляокружающей среды потому после предварительной очистки их можно отводить на городскиеочистные сооружения. В сточных водах деревообрабатывающих заводов содержатся взвешенныевещества, нефтепродукты (масла, эмульсин и т.п.), относящиеся к 4 классуопасности. [6Ш]
3.Характернымивыделениями загрязняющих веществ в атмосферу при обработке древесины являютсяпыль и древесные опилки, относящиеся к 4 классу опасности и контролирующиеся врабочей зоне с периодичностью 1 раз в квартал [61]
Мероприятия по снижениювлияния отходов производства на человека и окружающую природную среду.
Потенциально опасныепроизводственные участки в производстве огнеупорной древесины имеются на стадиипропитки древесных образцов т.к пропиточная ванна находится в негерметичномсостоянии. С целью снижения вероятности выхода вредных веществ на стадияхпропитки и смешения компонентов для удаления неприятного запаха и очисткивоздуха в техпроцессе применяют приточно-вытяжные вентиляционные системы.
В вентиляционных системахобычно используют пылеулавливающие камеры, фильтры из металлических сеток,увлажнение водой или маслом, и на основе бумаги или стеклянного волокна. Конструкциитакого типа обладают недостатками. Пылеулавливающие камеры малоэффективны, таккак с их помощью можно задерживать только крупные диаметром 10 мкм частицы пыли.Влажные сетчатые фильтры требуют частой промывки (ручной или механизированной) исложны в эксплуатации. Фильтры тонкой очистки на основе бумаги и стеклянноговолокна недолговечны, их необходимо часто продувать или заменять.
Специально для очисткивоздуха в помещениях и атмосферных выбросов от пахучих органических веществ всуществующих вентиляционных системах используются нейтрализаторы одорофорныхсоединений.
Эти нейтрализаторы можновстраивать непосредственно в существующие воздуховоды, что снижает затраты нареконструкцию вентиляционной системы, так как не требует сооружения новыхвентиляционных камер.
Нейтрализаторыизготавливаются трех типоразмеров, соответствующих стандартным размерамвоздуховодов и различаются по производительности. Использование данного типаустановок дает возможность полностью отказаться от принудительной приточнойвентиляции или значительно уменьшить ее объемы. При этом сокращается расходэнергии на нагрев приточного воздуха в холодное время года приблизительно в1,75 раза [56].
На стадии подготовке ванны кпропитки и после её осуществления образуются сточные воды, содержащиеприблизительно 1,5-2% -ный раствор пасты ПХДС. Такие воды не представляютособой опасности для окружающей среды, поэтому после предварительной отчистки ихможно отводить на очистные сооружения, где они смешиваясь с водамихозяйственно-бытового использования, сбрасываются в водоемы. Однакоэкономически целесообразнее использовать водооборот, позволяющий на 80%сократить потребление пресной воды из природных источников. Для очистки водыприменяют фильтр с сорбционной нерегенерируемой заменяемой загрузкой, в качествекоторой выступают шунгит, глауконит, активированный уголь, углетканный материал«Бусофит». Наиболее перспективным из перечисленных сорбентов являетсяуглетканный материал «Бусофит». Выпускается в виде ткани, трикотажа,лент различной ширины; обладает сравнительными преимуществами: отсутствиезапаха, нерастворимость в воде, хемостойкость, неплавкость, пожаро-, взрывобезопасность,нетоксичность, нерадиоктивность. Кроме того, не требует дополнительной обработкиперед применением, может подвергаться регенерации и многократно использоваться.Расход «Бусофита» на 1 м2 раствора составляет 0,2-0,4 кг (1-2м2). Стоимость данного сорбента эквивалентна аналогичному показателюдля активированного угля (приблизительно 60 тыс. руб. /тонну), однако онокупает себя в процессе эксплуатации. Степень очистки при использовании углетканногосорбента равна 95% [58].