Механізми вогнезахисту дерев’яних конструкцій та деревини

Дерев’яні конструкції мають багато переваг, таких як оброблюваність, відмінні механічні властивості по відношенню до навантажень, стійкість до корозії та необмежені можливості архітектурного дизайну. Основним недоліком деревини є той факт, що вона горить, а відповідно й вимагає особливих заходів щодо протипожежної безпеки.

Під час горіння деревина утворює захисний зовнішній шар, який може захистити основний субстрат. Такий вуглецевий шар зменшує надходження кисню і, з причини своєї надзвичайно низької провідності, перешкоджає підвищенню температури всередині конструкції або виробу, уповільнюючи процес горіння дерев’яних елементів. Завдяки цій властивості дерев’яна колона може більш тривалий час протистояти вогню, аніж колона зі сталі або навіть бетону тих самих розмірів.

Використання засобів вогнезахисту, наприклад вогнезахисної фарби для дерева, може суттєво зменшувати ризики, пов’язані зі спалахом і розповсюдженням пожежі, а також обмежувати поширення вогню на інші елементи. Сучасні системи протипожежного захисту можуть істотно знизити параметри пожежі наступними способами:

• зменшити пожежонебезпечність;
• подовжити час займання;
• зменшити швидкість поширення полум’я та швидкість горіння матеріалу;
• зменшити об’ємний розмір та швидкість виділення тепла під час пожежі.

За способом застосування вогнезахисні речовини і системи для вогнезахисту деревини поділяються на дві категорії: просочувальні речовини (просочення, розчини антипіренів), що проникають у деревину, як правило, у формі водних розчинів або у вигляді розчинів у інших розчинниках; поверхневі покриття, що утворюють захисний шар на поверхні деревини, у вигляді лаків, фарб (реактивні покриття, що терморозширюються), фольги, матів, штукатурок або тонких протипожежних бар’єрних матеріалів.

Якщо просочення в деревину наносяться фарбуванням або розпиленням, ефективність вогнезахисту зазвичай нижча, ніж та, яку забезпечують поверхневі покриття –  реактивні чи теплоізоляційні.

Механізми вогнезахисту для деревини спрямовані на затримку займання деревини та зменшення тепла, що виділяється під час горіння. Ці цілі можна досягти наступними способами.

Зміна шляху піролізу.

За цим простим та відносно недорогим методом деревину обробляють речовиною, яка посилює реакцію піролізу целюлози через утворення обвуглення. На практиці антипірени зменшують кількість горючих продуктів піролізу і таким чином зменшують тепло, що виділяється.

Наприклад такі речовини, як солі аміаку, щоі розкладаються при нагріванні та утворюють фосфорну або борну кислоту.

Вогнезахисний засіб також може уповільнювати реакції піролізу та стабілізувати хімічні структури деревини від розкладання. Так, сульфат алюмінію створює зв’язки між молекулами целюлози при підвищених температурах, таким чином запобігаючи термічному розкладанню.

Захист поверхні ізоляційними шарами.

Такий ефект може бути досягнутийза допомогою інтумесцентних покриттів, тобто композицій, які сильно розширюються при підвищенні температури. На поверхні деревини утворюється пористий, насичений вуглецем шар, який виступає хорошим теплоізолятором. Такі покриття, як правило, дуже ефективні для пригнічення горіння, але мають недоліки у вигляді високої вартості та здатності закривати зовнішній вигляд деревини.

Уповільнення займання і горіння за рахунок зміни теплових властивостей продукту.

Технічні рішення щодо такого вогнезахисту деревини базуються на додаванні до виробу компонентів, що володіють високою тепловою інерцією та теплопровідністю. Таким чином, розігрів продукту сповільнюється: швидкість підвищення температури повільніша, і тепло відводиться від поверхні. Найбільш часто використовуваними компонентами є металеві шари. Їх головний недолік – велика кількість металу, необхідного для достатнього ефекту.

Зменшення горіння за рахунок розрідження піролізних газів.

Гази згоряння, що виділяються під час піролізу, можуть бути розбавлені газами, що виділяються з антипіренів. Одним із прикладів є антипірен гідроксид алюмінію, який виділяє водяну пару при температурах трохи нижчих за температуру термічної деградації деревини.

Пригнічення ланцюгових реакцій горіння.

Цей шлях полягає у застосування антипіренів що інгібують реакції в газовій фазі за рахунок поглинання радикалів. Галогени є найвідомішим прикладом таких хімічних речовин і досить часто використовуються в промисловості пластмас. Вони також можуть уповільнювати горіння деревних виробів у газовій фазі, але не діють у твердій фазі та не перешкоджають подальшому горінню. Однак використання галогенів слід уникати для дерев’яних виробів, головним чином через екологічні аспекти.