1. Актуалност на свързаните с темата въпроси
2. Пожарна опасност и токсичност на химическите влакна и пластмасите
3. Намаляване пожарната опасност на полимерните материали
4. Начини и средства за защита от продукти на горенето
5. Практическо изпълнение на мерки за защита от продукти на горенето
По време на беседата в първата част на занятието - само в лабораторни условия и осигурена вентилация, може да се демонстрира горене на някои химически влакна и пластмаси. Учениците могат да наблюдават димообразуването при пластмасите, което е по-бързо в сравнение с традиционните материали. Необходимо е да се подчертае, че интензивното образуване и бързото разпространение на продуктите на горене в помещенията и по пътищата за евакуация става още в началото на пожара.
За практическото занятие по защита от продуктите на горене в отделно помещение, палатка и др. може да се създаде задимена обстановка. За тази цел е необходимо да се търси съдействието на специализираните органи за пожарна и аварийна безопасност, на представителите на Гражданска защита.
1. Актуалност на свързаните с темата въпроси
Решаването на суровинните проблеми поради недостига на естествени материали и необходимостта от разнообразни такива с предварително зададени свойства, индустриализацията, водят до все по-широката употреба на изкуствени, до широкото им навлизане в бита. Днес две трети от суровините в строителството и техниката са продукти на химическата промишленост, предимно пластмаси. На пазара се появяват непрекъснато нови и нови материали на полимерна основа. Изследването на токсичните продукти от разлагането им в условията на пожар изостава от разработването, внедряването и потреблението на новите материали.
Наред с положителните си качества полимерните изделия притежават и някои недостатъци /склонност към стареене, ниска топлоустойчивост и др. /, сред които се открояват т. нар. пожароопасни свойства - запалимост, интензивно горене, висока топлина на изгаряне, склонност към димообразуване и термично разлагане с отделянето на широк спектър токсични продукти, което определя границите на тяхната приложимост.
Известно е, че не пламъците, нито високата температура са най-опасните фактори на пожара. Около 70 - 80 на сто от смъртните случаи при пожар са в резултат от въздействието на различните аспекти на проявление на дима и съдържащите се в него токсични газове.
В условията на реален пожар тяхното влияние върху човешкия организъм е по-силно от това на отделния продукт на изгаряне поради възможността за проява на синергизъм.
В условията на пожар не могат да се използуват филтриращите противогази, тъй като те не са универсално предпазно средство. Дежурните смени на специализираните органи за пожарна и аварийна безопасност е необходимо да използуват изправни и достатъчно на брой изолиращи въздушни дихателни апарати. При това те са специално обучени и натренирани. За отдимяване на горящи помещения и снижаване концентрацията на токсичните продукти на горенето, за осигуряване на пътя на евакуацията на застрашените граждани те използуват диморефульори.
2. Пожарна опасност и токсичност на химическите влакна и пластмасите
За първи път понятието "полимер" е използувано през 1833 година от шведския химик Йенс Якоб Берцелиус, който достигнал до извода, че съществуват вещества с един и същи елементарен състав, но образувани от частици с различна величина. Полимерите са вещества, молекулите на които са изградени от многократно повтарящи се елементарни структури - мери.
Реакциите, по които се получават полимерите, се делят на две: полимеризационни и поликондензационни. Наред с тези два по-важни метода от значение е и повторното многократно присъединяване. Полимеризацията е процес на синтезиране на еднакви или сходни молекули от нискомолекулни вещества в една голяма молекула на високомолекулно съединение, при запазване на елементарния състав на изходните мономери.
Поликондензацията е процес на съединяване на мономери от различен вид с отделяне на странични нискомолекулни газообразни продукти. В повечето случаи това е вода. Елементарният състав на новия полимер не съвпада с този на изходните мономери, а масата му е по-малка, отколкото на изходните вещества.
Химическите влакна се подразделят на изкуствени и синтетични. Изкуствените се получават чрез химична преработка на природни полимери /например целулоза/, а синтетичните - от синтетични полимери.
От изкуствените в най-големи количества се произвеждат вискозните и ацетатните влакна, получени чрез преработка на целулоза /С Н /, и намират широко приложение в текстилната промишленост. Имат по-ниска топлина на изгаряне в сравнение с тази на синтетичните, по-ниските им температури на възпламеняване и лесното им запалване ги правят пожароопасни.
Ацетатно влакно: Според химичния си състав то е ацетилцелулоза. Плътността му е 1300 - 1350 кг/куб. м. При нагряване 240 - 245 оС започва да се разлага. Лесно се запалва от пламъка на кибритена клечка. Температурата му на възпламеняване е 320 оС, на самовъзпламеняване - 445 оС, на тлеене - 290 оС. Топлината на изгарянето му е 18, 765 MJ/кг. При горенето му се отделят токсичните продукти въглероден окис, въглероден двуокис, ацетон, метилов алкохол, оцетна и мравчена киселина, и др.
Вискозно влакно: Произвежда се в Свищов. Според химичния си състав то е хидроцелулоза. Топлината на изгарянето му е 45, 6 MJ/кг. При нагряване до 170 - 200 оС започва да се разлага. Лесно се запалва от пламъка на кибритена клечка.
Температурата му на възпламеняване е 235 оС, на самовъзпламеняване - 460 оС, на тлеене - 240 оС. При горенето му се отделят въглероден окис, въглероден двуокис, ацетон, метилов алкохол, оцетна и мравчена киселина, и др.
От синтетичните влакна най-широко използувани в практиката са полиамидните, полиестерните и полиакрилните . Популярни са под наименованията им "видлон", "ямболен", "булана", както и руските "капрон", "нитрон" и " лавсан".
Влакно "булана"/ПАН/: Произвежда се в гр. Бургас. По химичния си състав е полиакрилонитрил. Лесно се запалва от пламъка на кибритена клечка. При термично разлагане на влакното се отделя мономерът акрилонитрил. При изгарянето му се образуват въглероден окис, въглероден двуокис, циановодород, азотни окиси, дициан, амоняк, дивинил. Топлината на изгарянето на влакното е 31, 49 MJ/кг., температурата на възпламеняване е 200 оС, на самовъзпламеняване - 505 оС. ПАН-влакната са извънредно пожароопасни поради високия им калоричен ефект, ниската температура на възпламеняване и голямата скорост на разпространение на пламъка.
Влакно "видлон": Произвежда се в гр. Видин. Според химичния си състав е поликапролактан. При нагряване до 214 оС започва да се топи. Температурата му на възпламеняване е 383 оС, на самовъзпламеняване - 400 оС. Не е склонно към топлинно самовъзпламеняване. При горенето му се отделят 31, 39 MJ/кг топлина. Поради високата си температура на възпламеняване видлонът се запалва по-трудно от полиакрилнитрилното влакно. След запалване обаче поддържа устойчиво горене на стопилката. Голямото количество топлина, което се отделя при пожар от горенето на влакната, както и от полиамидната стопилка с висока температура, чиято маса не се задържа в огнището на пожара, а се разпространява наоколо, представляват опасност за намиращите се в съседство материали и сгради. Този вид влакно при горене отделя въглероден двуокис, въглероден окис, амоняк, ацетонитрил, капролактан, пиридин, азотни окиси, циановодород, алдехиди, кетони, въглеводороди и др.
Влакно "ямболен" /ПА/: Произвежда се в гр. Ямбол. По химичния си състав е полиетилентерефталат. Топлината на изгарянето му е 21,92 MJ/кг. Разтопеното влакно гори интензивно. Температурата му на възпламеняване е 338 оС, а на самовъзпламеняване - 440 оС. Влакното не е склонно към топлинно самозапалване. При горенето му се отделят въглероден окис, въглероден двуокис, алкохоли, ароматни въглеводороди и др.
Пластмасите са голяма група материали, които се получават на основата на полимерите - главно от синтетични при преработката на нефт и природен газ. Положителните им страни са много: висока антикорозионност, адхезия, топлоизолационни, звукоизолационни, хидроизолационни, електроизолационни свойства; висока технологичност; висока химическа устойчивост; архитектурно-декоративни свойства.
Освен все още високата им цена и дефицитност, към недостатъците трябва да се посочат горимостта, токсичността на продуктите на термично разлагане и горене, високата димообразуваща способност, ниската топлоустойчивост, способността им да натрупват статично електричество с високи потенциали, което може да стане източник на запалване.
За подобряване на желаните свойства на пластмасите към тях се прибавят и други компоненти - напълнители, пластификатори, модификатори, порообразуватели, втвърдители, инхибитори, оцветители.
Пластмасите в зависимост от поведението им при нагряване се разделят на две групи: термопластични - към тях се отнасят почти всички, получени чрез полимеризация, и термореактивни към които спадат почти всички продукти от поликондензацията.
Термопластите при нагряване омекват /стават пластични/, а при охлаждане се втвърдяват, като този процес многократно може да се повтаря.
При производствените процеси термореактивните пластмаси под действието на топлината преминават в нетопимо и неразтворимо състояние.
Към пожароопасните свойства на пластмасите се отнасят: характерът на горенето, температурата на възпламеняване, на самовъзпламеняване, топлината на изгаряне, способността към димообразуване и термично разлагане с отделяне на токсични продукти, както и скоростта на горенето.
Съгласно разработения в Научноизследователския институт за пожарна безопасност при МВР БДС 10 457 "Пластмаси.
Методи за определяне на групата за горимост" те се делят на лесногорими, горими, самозагасващи и трудногорими.
Полиетилен: Като изходен продукт за производството му се използува газ етилен /СН =СН /. Полимерът на етилена - полиетиленът, представлява високомолекулен парафин с линеен строеж и обща формула /-СН -СН -СН - n/. В зависимост от начина на получаване той бива с високо, средно и ниско налягане.
Получава се в "Нефтохим" АД - гр. Бургас. Полиетиленът се отнася към групата на горимите материали. Обикновено горенето му започва с топене /полиетиленът се топи в температурния интервал 100 - 125 оС/. Плътността му е 910 - 965 кг/куб. м.
Топлоустойчивостта му по стандартния метод на Мартенс е 50 - 100 оС, топлината на изгаряне - 46,62 MJ/кг, температурата на възпламеняване - 306 оС, температурата на самовъзпламеняване 417 оС. Прахът му, разпръснат във въздуха, е взривоопасен. При деструкция на полиетилена се отделят въглероден окис, въглероден двуокис, вода, формалдехид и киселини /С - С /. Гаси се с разпръсната вода, мокрители и пяна.
Полипропилен: Като изходна суровина се използува пропилен /СН -СН- СН /, който се получава при крекинг на нефтопродукти.
Произвежда се в "Нефтохим" АД - гр. Бургас.
Полипропиленът се отнася към групата на горимите материали. Плътността му е 900 - 915 кг/куб. м. и топлоустойчивостта по метода на Мартенс е 120 - 130 оС.
Прахът му, разпръснат във въздуха, е взривоопасен. Температурата на самовъзпламеняване е 890 оС. Гаси се с разпръсната вода и пяна. Използуват се въздушни дихателни апарати.
Поливинилхлорид /ПВХ/: Представлява термопластичен материал, получен при полимеризацията на винилхлорид /СН - СHCl/. Произвежда се във вид на бял аморфен прах в гр. Девня. 2
ПВХ без пластификатори, т. нар. "твърд" поливинилхлорид, се отнася към трудногоримите пластмаси. ПВХ в съчетание с пластификатори представлява горим материал. Плътността му е 1400 кг/куб. м, топлоустойчивостта по метода на Мартенс - 65 оС, а температурата на самовъзпламеняване - над 500 оС. Отделянето на голямо количество хлороводород при горенето води до корозия на други материали. При горенето му, освен хлороводород, се отделят въглероден окис и въглероден двуокис. Тези вещества дразнят лигавицата на носа и очите. Плътният дим, саждите и отровните газове силно затрудняват гасенето на пожара.
Полистирол. Той е продукт, получен при полимеризация на стирол /С Н СН=СН /. При обикновена температура полистиролът представлява твърдо еластично тяло с плътност 1040 кг/куб. м. Той е горим материал. При първия стадий на горене се топи /температурата на топене е 100 - 120 оС/, температурата на възпламеняване се колебае в интервала 210 - 343 оС, температурата на самовъзпламеняване е от 400 до 500 оС.
Прахът от полистирол, разпръснат във въздуха, е взривоопасен. При горенето му се отделят капки и обилно количество дим. Продуктите при деструкция на полистирола съдържат киселини, стирол, алдехид, вода и въглероден двуокис. Тяхното комбинирано действие предизвиква дразнене на лигавицата на очите и носа.
Полиакрилати, полиметакрилати: Полиметакрилатът /ПММА/ се отнася към горимите материали, лесно се възпламенява, гори с ярък пламък и с отделяне на въглероден окис, въглероден двуокис и мономер. При пиролиза на ПММА при 800 оС се отделя мономер, който обуславя горенето на полимера. Гаси се с вода и пяна.
Фенолформалдехидни полимери: Като изходни суровини за получаването им се използва фенол /С Н ОН/ и формалин /СН О/.
По своя характер /структура/ фенолформалдехидните полимери се делят на новолачни /термопластични/ и резолни /термореактивни/.
Във втвърдено състояние фенолформалдехидните полимери се отнасят към веществата с намалена горимост. Температурата на началото на окисляване е 250 оС. При 350 оС той губи 68 на сто от масата си, като образува фенол, киселини, въглероден окис и др.
Основните продукти при горенето са въглероден окис, въглероден двуокис и фенол. Температурата на възпламеняване е над 500 оС, а топлината на изгаряне - 20,95 MJ/кг.
Епоксидни смоли: Те представляват нов вид полимери, получени при взаимодействие на епихлоридин с вещества, които имат подвижен водороден атом /феноли, алкохоли, амини/.
Епоксидните смоли се произвеждат в с. Световрачане - Софийско, под наименованието "Епокса АП - 1" и "Епокса АП - 2". Те представляват горими течности с различен вискозитет.
Материалите на основа епоксидни смоли при запалване се възпламеняват и горят. Температурата на началото на окисляването на тези материали се колебае в интервала 150 - 200 оС.
Температурата на възпламеняване е под 400 оС. Основните продукти на горенето са въглероден окис и въглероден двуокис.
Полиуретани: Това са синтетични полимери, продукти на взаимодействие между диизоцианати с многовалентни, най-често двувалентни алкохоли. Под действието на пламъка полиуретаните се възпламеняват и горят. Температурата на началото на разлагане е 180 оС; топлината на изгаряне - 24,4 MJ/кг. При горенето се отделят въглероден окис, въглероден двуокис, изоцианати, циановодород и някои други съединения.
От полиуретаните се изработва полиуретан или т. нар. дунапрен. При горенето му се образуват сажди и смолообразна течност с тъмен цвят. Един куб. м. пенополиуретан изгаря за около 30 - 540 сек. Ето защо гасенето на пенополиуретана при пожар е много трудно. Концентрацията на циановодорода близо до зоната на горене превишава 10 пъти гранично допустимата.
3. Намаляване пожарната опасност на полимерните материали
Намаляването на пожарната опасност на полимерните материали става, като се отчитат техните специфични особености в резултат на активното въздействие на химични и физични фактори /средства/.
Намаляване на горимостта им се постига чрез използване на различни методи:
1. Въвеждане в полимерите на минерални пълнители;
2. Въвеждане на антипирени;
3. Химическа модификация на полимерите;
4. Нанасяне на огнезащитни покрития.
Скоростта на горене на напълнените пластмаси се понижава в резултат на това, че пълнителите намаляват съдържанието на горимите компоненти, изменят условията на топло- и масообмена при горене и влияят на характера на пиролизата на полимерите.
Антипирените се делят на химически активни и инертни.
При взаимодействие на химически активните антипирени с полимерите се образува нов полимер, отличаващ се от изходния по състав и химическа структура. Инертните антипирени не встъпват в реакция с полимера, но образуват с него физически еднородна смес. Освен това при тях може да се измени физическата структура на полимерния материал.
Широко се използват и вещества, които не са антипирени, но усилват действията на антипирените - така наречените синергисти.
Универсални огнезащитни добавки не съществуват. Изборът им зависи от широка гама изисквания: съвместимост с полимерите; висока ефективност при минимална концентрация; минимално влияние върху механичните и експлоатационните свойства на полимерите; нетоксичност, достъпност и относителна цена.
Димообразуването на полимерите може да се понижи по следните методи:
1. Добавяне на вещества, намаляващи димоотделянето за сметка на отделянето на твърд /коксообразен/ остатък;
2. Чрез ускоряване изгарянето на полимера до нискомолекулни съединения;
3. Чрез повишаване скоростта на коксообразуване;
4. Използуване на полимери с повишена топлоустойчивост.
Практикува се и намаляване на димоотделянето чрез изолиращи покрития, при които няма димоотделяне или то е слабо.
4. Начини и средства за защита от продуктите на горенето
Към сгради за масово събиране на хора, каквито са училищата, театрално-зрителните зали, туристическите обекти, заведенията и др., специализираните органи на МВР за пожарна и аварийна безопасност предявяват специални изисквания от строително-технически и организационен характер, като упражняват държавен противопожарен контрол. Целта е при реален пожар без паника, по най-бързия начин застрашените хора да могат да напуснат зоната, в която действуват опасните фактори на пожара. Учителят или персоналът в обществените обекти е нужно незабавно да организират евакуация през незадимените стълбища и коридори. Характерът на съвременното строителство позволява безопасна евакуация през първите минути.
При бързото напускане на огнището на пожара и задимената зона, е необходимо на устата и носа да се поставят намокрени марли или кърпи.
Когато не е възможно напускането на мястото на пожара, до пристигането на специализираните органи за пожарна и аварийна безопасност, в най-безопасното помещение /най-отдалеченото от огнището/ с намокрени тъкани трябва да се уплътнят всички пролуки и отвори /отдушници/. Най-безопасното помещение е банята, където може да се пусне душът.
5. Практическо занятие за защита от продукти на горенето
За действие при пожар е необходимо предварителното създаване на стройна организация. Това се постига чрез целенасочени периодични, предимно практически занятия по евакуация.
Обстановката на занятието може да бъде съгласувана с органите на Гражданска защита за имитиране на задимена обстановка. На групи от по 5 човека учениците с противогази могат да престояват в задимената зона по 1 - 2 минути. Осигурява се постоянен контрол на състоянието им.
Трябва да бъде изрично подчертано, че в токсична среда пожарникарите използуват не филтриращи противогази, а въздушни дихателни апарати и противохимическо облекло и са специално натренирани.
В края на часа учителят проиграва с класа /курса/ евакуация от помещението по плана за евакуация на учебното заведение, разработен от директора на училището и съгласуван с районната служба за пожарна и аварийна безопасност.
Задълженията на служителите по плана за евакуация се разпределят по време и място така, че да се осигурява едновременност в действията и по-малка вероятност от взаимно пречене и засечки.