Современные требования к различным материалам: дерево, сталь, полимер, ткань, искусственное волокно постоянно повышаются, сосредотачивая внимание общества на качестве продукции для потребителя и его безопасность для здоровья и жизни. Поэтому решение вопросов пожарной безопасности на сегодняшний день является актуальной. Широкое развитие науки и техники способствует возникновению различных методов и методик получения безопасных продуктов и материалов: безопасная одежда, персонал аварийных служб и специальных подразделений, пожарные и военные, строительные и отделочные материалы, применяемые в быту и на производстве, авиационные и космические материалы.
Большинство современных материалов включает в свой состав антипирены — активные вещества для снижения его горючести. Применение различных материалов подвергающихся воздействию открытого пламени, высокотемпературного теплового потока способны привести к воспламенению пиролизу, деструкции. Поэтому для решения вопросов снижения горючести применяют антипирены (рис. 1, 2).
Основная задача антипирена заключается в создании эффекта препятствия воспламенения, возгорания органических веществ, замедление распространения горения вплоть до его исчезновения на поверхности материалов, обработанных огнезащитными составами.
На схеме представлена последовательность возникновения процессов в результате воздействия на материал тепла и окислителя, которые вызывает воспламенение легковоспламеняющихся газов, пиролиз материала, его горение и свечение (рис. 3).
В результате применения антипиренов эту последовательность можно немного изменить, например как представлено на рис. 4, снижая горючесть материала.
Синергетический эффект сурьмы обусловлен летучестью тригалогенидов сурьмы и эффективностью соединений сурьмы при продувке свободными радикалами в широком диапазоне температур (например, 245-565 °C), приведенном на рис. 5.
В вопросе огнезащиты целлюлозы, приведем некоторое обоснование:
- Неорганические соли обеспечивают огнестойкость целлюлозного материала, который не подвергается воздействию воды, дождя или пота;
- Французский химик Гей-Люссак предложил обработку бурой и сульфатом аммония в качестве огнезащитного средства для хлопка в 1820 году;
- Сегодня смесь борной кислоты и буры по-прежнему является эффективным огнезащитным средством для хлопка с добавкой твердых веществ ~ 10%;
- Аммониевые соли сильных кислот, особенно фосфорной кислоты (P/N синергизм), особенно полезны в качестве не разрушаемых антипиренов для целлюлозы, основной механизм приведен на рис. 6.
Самые успешные прочные антипирены для целлюлозы основаны на фосфор — и азотсодержащих химических системах, которые могут прореагировать с волокном и формированием прошивной структуры на волокне. Ключевой ингредиент одной из этих отделок является тетракис (гидроксиметил)фосфоний хлорид (THPC), получаемый из фосфина, формальдегида и соляной кислоты, рис. 7.
Помимо перечисленных антипиренов и попытке объяснения их действующего механизма, в мировом сообществе применяются другие добавки (рис. 8): Аl(ОН)3, соединения бора (2ВаО·3В2О3·nН2О; 2ZnO·3В2О3·nН2О), фосфора (фосфаты аммония, три(2,3-дибромпропил)фосфат), сурьмы (Sb2O3), высокохлорированные парафины С20-С25, бромпроизводные ароматических углеводородов (гексабромбензол), смеси солей неорганических кислот с меламино- или мочевино-формальдными смолами, амины никеля, цинка, кобальта, карбонаты и сульфаты аммония, соли молибдена, ванадия, церия. На практике применяют обычно смеси различных антипиренов.
Благодаря такому широкому распространению антипиренов, хочется надеяться, что в реальности они не только снижают риск пожарной опасности, но и безопасны для человека и животных.