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.[ ...]
Горение целлюлозы происходит в результате воспламенения или тления. Источниками обоих процессов являются открытое пламя или горячая поверхность (выше 300 °С). 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. Карбонизованный остаток тлеет, окисляется и продолжает тлеть до тех пор, пока все органическое вещество не сгорит и не превратится в пепел [6]. Температура горения целлюлозы 400—450 °С, а температура тления около 600 °С. Процесс низкотемпературного разложения целлюлозы начинается с образования левоглюкозана путем разрыва (1 —>- 4) -глюкозидной связи в макромолекуле целлюлозы и последующей внутримолекулярной перегруппировки в элементарных звеньях [7]. 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. Большое число карбонилсодержащих органических соединений обнаружено в смоле и летучих фракциях — продуктах пиролиза целлюлозы при температуре 420 °С [8].[ ...]
Была изучена кинетика образования при термическом разложении целлюлозы левоглюкозана, представляющего собой 1,6-ан-гидроглюкоииранозу [9].[ ...]
Термическая деструкция целлюлозы детально описана в разд. V, В.[ ...]
Предложено пять излагаемых ниже различных теорий для объяснения защитного действия антипиренов на целлюлозные материалы.[ ...]
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.[ ...]
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 Р—Н—Р, имеют энергию только порядка 9—10 ккал/моль. Большинство же антипиренов образует менее прочные водородные связи (около 4—8 ккал/моль). Существование таких связей при температуре 400—500 °С маловероятно.[ ...]
Холмс [20] показал, что количество смолы и левоглюкозана, выделяющихся при пиролизе огнезащищенной целлюлозы при 420 °С, уменьшается с увеличением содержания в материале буры и борной кислоты. При содержании этого антипирена в целлюлозе 8% и более левоглюкозана вообще не образуется. Наличие такого количества антипирена в целлюлозе позволяет получить полностью невоспламеняющееся волокно.[ ...]
Вернуться к оглавлению