Cтраница 1
Горение целлюлозы является окислительным процессом и может сопровождаться образованием пламени пли тлением; большинство органических волокон продолжает тлеть даже после того, как источник горения удален. Тление приводит к значительному повреждению материала и способствует образованию пламени, в результате чего может сгореть все изделие. Процессы горения и тления протекают при различных температурах и имеют довольно четкие отличия ( см. разд. [1]
Горение целлюлозы происходит в результате воспламенения или тления. При термическом разложении целлюлозы при горении образуются газы, смолы, жидкие и твердые вещества. Часть некоторых летучих фракций, образовавшейся жидкости и смолы во время горения улетучивается, в то время как другая часть продуктов горения превращается в карбонизованный остаток, горение которого происходит значительно труднее. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не останется только карбонизованный остаток, после чего начинается вторая стадия процесса - тление. Температура горения целлюлозы 400 - 450 С, а температура тления около 600 С. Существует мнение, что левоглюкозан дегидратируется и полимеризуется с образованием угля. Летучие органические соединения, газы и пары воды образуются в результате деструктивной перегонки некоторого количества левоглюкозана. [2]
Нерастворимые соединения, ограничивающие способность горения целлюлозы, чаще применяют не для дерева, а в текстиль-лом производстве. Однако действие этих веществ в целом одинаково. Сущность способа заключается в том, что в начале обработки материал пропитывают раствором сульфата натрия и на волокнах осаждается гидроокись олова. По этому способу, например, действуют прежде всего водным раствором оксихлорида титана и хлоридом сурьмы в среде соляной кислоты и после этого 15 % - ным раствором углекислого натрия. [3]
Предложено два механизма для объяснения замедления горения целлюлозы в присутствии антипиренов. Согласно одному из этих предложений, тепло, поступающее от источника пламени, рассеивается вследствие эндотермического изменения антипирена, например плавления и сублимации. Такое поглощение тепла препятствует распространению пламени. Согласно другому предположению, тепло, поступающее от источника пламени, отводится от волокна так быстро, что ткань не достигает температуры воспламенения. Однако ни одна из этих гипотез неприменима для объяснения огнезащитного действия большинства известных типов антипиренов. [4]
По мнению Эстеве [15], невоспламеняемость целлюлозного материала, содержащего антнпирен, обусловлена значительным снижением содержания левоглюкозана - основного продукта горения немодифицированной целлюлозы - и увеличением количества образующегося угля. Паксу, Швенкер, Клейн [16-18] показали, что при мезилировании и тозилировании целлюлозы и последующем иодировании или бромировании получается невоспламеняемая га-логендезоксицеллюлоза. Хотя этот продукт не поддерживает пламени, он обладает нежелательным тлением, от которого можно избавиться обработкой ткани фосфорсодержащими соединениями, например диэтилхлорфосфатом. Предполагается, что галогендез-оксицеллюлоза, особенно содержащая галоген у шестого углеродного атома элементарного звена макромолекулы, не способна образовывать левоглюкозан в процессе пиролиза. [5]
По мнению авторов этого раздела, эта теория наиболее приемлема. Как ингибитор процесса горения кислота Льюиса может присутствовать в исходном продукте или выделяться из исходных антипире-нов, вводимых в материал при температуре, близкой к температуре горения целлюлозы. [6]
Было высказано предположение, что большинство антипиренов относится к соединениям, способным образовывать прочные водородные связи. Поэтому, когда вода, связанная водородными связями с гидроксильными группами целлюлозы, испарится при высокой температуре, водородные связи сохраняются вследствие высокой способности антипирена к образованию таких связей, и тем самым стабилизируются фрагменты целлюлозы, снижается их летучесть и способность к возгоранию. Хотя такое действие антипирена и может быть одним из факторов замедления горения целлюлозы, но значение его невелико. Прочность водородных связей зависит от электроотрицательности атомов, образующих эти связи, однако даже такие прочные связи, как F - Н - F, имеют энергию только порядка 9 - 10 ккал / моль. Существование таких связей при температуре 400 - 500 С маловероятно. [7]
На складе и в отделении подготовки целлюлозы может находиться большое количество горючего материала в кипах, в виде разрыхленных листов или волокнистой массы. Температура самовоспламенения древесной целлюлозы 360 С, теплота сгорания превышает 4000 ккал / кг, весовая скорость горения целлюлозы в листах составляет 1 22 кг / м2 - мин. Горение целлюлозы в условиях недостаточного притока воздуха приводит к сильному задымлению производственных помещений. [8]
При рассмотрении этой теории будут одновременно проанализированы процессы горения и тления. Таким образом, снижение горючести обусловлено снижением количества горючих продуктов разложения. Смолообразные продукты разложения невоспламеняющейся целлюлозы почти не содержат левоглюкозана, в то время как смола, образовавшаяся при горении немодифицированной целлюлозы, состоит в основном из левоглюкозана. Существует также корреляция между невоспламеняемостью ткани и соотношением количеств угля и смолы, а также соотношением СО и СО2, выделяющихся при горении целлюлозы. [9]
Для подбора наиболее эффективных антипиренов необходимо рассмотреть, какие химические реакции протекают в процессе горения целлюлозных материалов и каков механизм действия антипиренов в этих реакциях. Характер горения целлюлозного материала зависит от химических и термических свойств элементарных звеньев макромолекулы целлюлозы, механизма действия кислорода и наличия в материале некоторых нецеллюлозных примесей. Такие свойства волокон, как температура возгорания, скорость горения, количество тепла, выделяющееся при горении, влажность, в значительной степени влияют на характер горения целлюлозы. В процессе горения выделяются газы, пары воды и остается обугленный остаток. При горении целлюлозного материала, не содержащего антипирена, количество смолы н твердого остатка невелико; основными продуктами разложения являются двуокись углерода и вода. При наличии в волокне антипиренов состав продуктов разложения сильно меняется. [10]
На складе и в отделении подготовки целлюлозы может находиться большое количество горючего материала в кипах, в виде разрыхленных листов или волокнистой массы. Температура самовоспламенения древесной целлюлозы 360 С, теплота сгорания превышает 4000 ккал / кг, весовая скорость горения целлюлозы в листах составляет 1 22 кг / м2 - мин. Горение целлюлозы в условиях недостаточного притока воздуха приводит к сильному задымлению производственных помещений. [11]
При рассмотрении этой теории будут одновременно проанализированы процессы горения и тления. Таким образом, снижение горючести обусловлено снижением количества горючих продуктов разложения. Смолообразные продукты разложения невоспламеняющейся целлюлозы почти не содержат левоглюкозана, в то время как смола, образовавшаяся при горении немодифицированной целлюлозы, состоит в основном из левоглюкозана. Существует также корреляция между невоспламеняемостью ткани и соотношением количеств угля и смолы, а также соотношением СО и СО2, выделяющихся при горении целлюлозы. [12]
Горение целлюлозы происходит в результате воспламенения или тления. При термическом разложении целлюлозы при горении образуются газы, смолы, жидкие и твердые вещества. Часть некоторых летучих фракций, образовавшейся жидкости и смолы во время горения улетучивается, в то время как другая часть продуктов горения превращается в карбонизованный остаток, горение которого происходит значительно труднее. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не останется только карбонизованный остаток, после чего начинается вторая стадия процесса - тление. Температура горения целлюлозы 400 - 450 С, а температура тления около 600 С. Существует мнение, что левоглюкозан дегидратируется и полимеризуется с образованием угля. Летучие органические соединения, газы и пары воды образуются в результате деструктивной перегонки некоторого количества левоглюкозана. [13]