Способ оперативной оценки опасности плит теплоизоляционных пенополистирольных

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ ОПАСНОСТИ ПЛИТ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПЕНОПОЛИСТИРОЛЬНЫХ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Лейнова Светлана Леонидовна Соколик Галина Андреевна Свирщевский Сергей Францевич Рубинчик Сергей Яковлевич Клевченя Дмитрий Иванович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(56) ГОСТ 12.1.044-89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. - С. 11, 81-86. ЛЕЙНОВА С.Л. и др. Материалы международной научно-технической конференции Наука и технология строительных материалов состояние и перспективы их развития. - Минск, 2009. - С. 123-127. СОКОЛИК Г.А. и др. Чрезвычайные ситуации предупреждение и ликвидация Сборник докладовМеждународной научно-практической конференции. - Минск, 2007. - С. 309-317.82628 2, 2008.23780 4, 2011.(57) Способ оперативной оценки опасности плит теплоизоляционных пенополистирольных, при котором измеряют концентрацию оксида углерода в газовой смеси, образующейся при термическом разложении образца плиты, при этом температура термического разложения составляет 550 С, масса образца - 4,0 г, а объем образующейся газовой смеси 0,170 м 3, и по максимально зафиксированной концентрации оксида углерода определяют класс опасности следующим образом при концентрации менее 0,075 об.плиты относят к малоопасным, при концентрации 0,076-0,226 об.- к умеренноопасным, при концентрации 0,227-0,678 об.- к высокоопасным, а при концентрации более 0,679 об.- к чрезвычайно опасным. Изобретение относится к физико-химическим методам измерений и может быть использовано при оценке класса опасности плит теплоизоляционных пенополистирольных по содержанию оксида углерода в газовой смеси, образующейся при их термическом разложении. Известно 3 способа определения класса опасности материалов расчетно-экспериментальным методом по показателю токсичности продуктов горения, заключающихся в том,что суммарный токсический эффект продуктов горения определяется по составу газовой смеси, образующейся при термическом разложении материалов 1-3. Сущность способа, описанного в 1, заключается в расчетном определении ожидаемого токсического эффекта по экспериментальным данным о составе газовой смеси, обра 18421 1 2014.08.30 зующейся при термическом разложении материалов. Расчет показателя токсичности продуктов горения проводится по формуле,50 где- масса образца, г- внутренний объем установки, м 3- фракционная эффективная доза, отражающая взаимосвязь между смертностью животных и содержанием в газовой смеси основных токсичных и биологически активных компонентов (, 2, 2, , 2, 2, , , , , акролеин, формальдегид). На основании полученного результата делается заключение об опасности по токсичности продуктов горения испытываемого материала. К недостаткам известного способа следует отнести необходимость использования разного рода измерительного оборудования, выполнение большого количества измерений и математических расчетов при оценке показателя токсичности продуктов горения и при необходимости проведение проверки результатов биологическим методом. Сущность способа, описанного в 2, заключается в расчетном определении ожидаемого токсического эффекта по экспериментальным данным о составе газовой смеси, образующейся при термическом разложении материалов, с обязательной последующей проверкой в контрольном эксперименте с экспозицией подопытных животных. Расчет показателя токсичности продуктов горения проводится по формуле 50,где- масса образца, г- внутренний объем установки, м 3- суммарный индекс токсичности, отражающий взаимосвязь между смертностью животных и содержанием в газовой смеси основных токсичных и биологически активных компонентов (, 2, 2, , 2, 2, , , , , акролеин, формальдегид). На основании полученного результата делается заключение о том, к какому классу опасности по токсичности продуктов горения относится испытываемый материал. К недостаткам известного способа следует отнести необходимость использования разного рода измерительного оборудования, выполнение большого количества измерений и математических расчетов при оценке показателя токсичности продуктов горения и обязательное его подтверждение в контрольном эксперименте с подопытными животными. Сущность способа, описанного в 3, заключается в расчетном определении ожидаемого токсического эффекта по экспериментальным данным о составе газовой смеси, образующейся при термическом разложении материалов. Компоненты газовой смеси оценивают на однонаправленность действия, определяют удельные массы токсичных газови приводят их к значению удельной массы одного из них с наиболее выраженным действием, которое принимают за показатель токсичностиПДК 1 ПДК 112,ПДК 2 ПДКгде 1, 2, ,- удельные массы токсичных газов (, 2, , 2, , ), мг/г ПДК 1, ПДК 2, , ПДК - предельно допустимые концентрации вредных веществ для воздуха рабочей зоны, мг/м 3- показатель токсичности. На основании полученного результата делается заключение о том, к какому классу опасности по токсичности продуктов горения относится испытываемый материал при значениях показателя токсичностидо 40 мг/г материалы относятся к малоопасным,при значениях от 40 до 120 мг/г - к умеренноопасным, при значениях от 120 до 360 мг/г - к высокоопасным, при значениях более 360 мг/г - к чрезвычайно опасным. 2 18421 1 2014.08.30 К недостаткам известного способа следует отнести необходимость использования разного рода измерительного оборудования, выполнение большого количества измерений и математических расчетов, а также то, что данный способ предназначен для определения класса опасности материалов, используемых только в шахтах. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является биологический метод экспериментального определения класса опасности материалов по показателю токсичности продуктов горения, заключающийся в том, что суммарный токсический эффект продуктов горения определяется при непосредственном их воздействии на подопытных животных 4, 5. Сущность способа заключается в определении показателя токсичности экспериментальным (биологическим) методом, основанным на выявлении зависимости летального эффекта газообразных продуктов горения, образующихся при сжигании исследуемого материала при заданной плотности теплового потока при постоянном контроле содержанияи 2, от массы материала, отнесенной к единице внутреннего объема установки. Полученный ряд значений зависимости летальности от относительной массы материала используется для расчета показателя токсичности (50 ), который представляет собой отношение массы анализируемого образца к объему замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении газообразные продукты вызывают гибель 50 подопытных животных (погибших во время экспозиции и в течение последующих 2-х недель)50, где- масса испытываемого образца, г- внутренний объем установки, м 3 На основании полученного результата делается заключение о том, к какому классу опасности по токсичности продуктов горения относится испытываемый материал при 50120 г / м 3 - к малоопасным, при 40 г/м 350120 г/м 3 - к умеренноопасным, при 13 г/м 35040 г/м 3- к высокоопасным, при 5013 г/м 3- к чрезвычайно опасным. К недостаткам известного способа следует отнести длительные сроки экспериментов(около 3-х недель) и массовое расходование подопытных животных в испытаниях (около 80 белых мышей). Наличие недостатков у перечисленных прототипа и аналогов усложняет реализацию указанных способов оценки класса опасности материалов как с технической, так и с экономической стороны, требует длительного времени проведения испытаний, использования подопытных животных, разного рода измерительного оборудования, выполнения большого количества измерений и математических расчетов. Задачей изобретения является разработка способа оперативной оценки опасности плит теплоизоляционных пенополистирольных по содержанию оксида углерода в продуктах горения, позволяющего исключить проведение длительных экспериментов, математических расчетов, использование подопытных животных, существенно уменьшить количество измерительного оборудования и измерений и повысить его экономичность. Отличием предложенного способа является то, что класс опасности устанавливается по максимально зафиксированной концентрации оксида углерода, образующегося при термическом разложении плит теплоизоляционных пенополистирольных, при минимальном количестве измерений и математических расчетов без использования подопытных животных в испытаниях. Поставленная задача достигается тем, что в способе оперативной оценки опасности плит теплоизоляционных пенополистирольных, при котором измеряют концентрацию оксида углерода в газовой смеси, образующейся при термическом разложении образца плиты,при этом температура термического разложения составляет 550 С, масса образца - 4,0 г, а объем образующейся газовой смеси - 0,170 м 3, и по максимально зафиксированной кон 3 18421 1 2014.08.30 центрации оксида углерода определяют класс опасности следующим образом при концентрации менее 0,075 об.плиты относят к малоопасным, при концентрации 0,0760,226 об.- к умеренноопасным, при концентрации 0,227-0,678 об.- к высокоопасным,а при концентрации более 0,679 об.- к чрезвычайно опасным. Возможность оценки класса опасности плит пенополистирольных теплоизоляционных по содержанию оксида углерода обусловлена тем, что оксид углерода играет ведущую роль при токсическом действии продуктов горения пенополистирола 6, 7. Количественное содержание оксида углерода в продуктах горения определяется природой материалов и режимом горения, который предопределяет соотношение концентраций 2/ при термическом разложении материалов. При установлении класса опасности плит пенополистирольных теплоизоляционных условия проведения испытаний подбирают таким образом, чтобы образовывалось максимальное количество оксида углерода, а температура испытаний в соответствии с 8 находилась в пределах 400-800 С. Температура 550 С обеспечивает максимальное содержание оксида углерода в газовой смеси, образующейся при термическом разложении плит теплоизоляционных пенополистирольных, установлена в соответствии с 4 и отвечает требованиям, предъявляемым к проведению испытаний по определению класса опасности. Дальнейшее увеличение температуры приводит к снижению содержания оксида углерода в газовой смеси и увеличению соотношения концентраций 2/ 8, 9. Значения исходной массы образца и объема газовой смеси, соответствующего внутреннему объему установки (4,0 г и 0,170 м 3), подобраны таким образом, что в условиях испытаний при температуре 550 С обеспечивается соотношение концентраций 2/ в диапазоне 23, и максимальные концентрации оксида углерода в газовой смеси, образующейся при термическом разложении плит теплоизоляционных пенополистирольных,находятся в диапазоне измерений газоанализаторов оксида углерода, используемых для определения токсичности продуктов горения 4. В прототипе 4 и аналогах 1-3 отсутствуют сведения о температурном режиме, о конкретных значениях массы образца и объеме газовой смеси, при которых обеспечиваются необходимые условия проведения испытаний горения плит пенополистирольных теплоизоляционных по установлению их класса опасности. Выявленные условия проведения испытания плит теплоизоляционных пенополистирольных позволяют проводить оперативную оценку опасности плит теплоизоляционных пенополистирольных по содержанию оксида углерода в продуктах горения по измерению концентрации оксида углерода в газовой смеси, образующейся при термическом разложении материала, и оценку класса опасности по содержанию оксида углерода в продуктах горения. Установленные значения концентраций оксида углерода менее 0,075 об.- для малоопасных плит пенополистирольных теплоизоляционных, 0,076-0,226 об.- для умеренноопасных, 0,227-0,678 об.- для высокоопасных, более 0,679 об.- для чрезвычайно опасных обеспечивают уровни выделения оксида углерода (, мг/г), полученные при сгорании условно эталонных материалов различных классов опасности и представленные в прототипе 4. Уровень выделения оксида углеродаможно оценить по формуле, обр где С - концентрация оксида углерода в установке, мг обр. - масса образца, г.- уровень выделения оксида углерода при сгорании условно эталонных материалов, составляющий для малоопасных веществ менее 40 мг/г, для умеренноопасных - 40120 мг/г, для высокоопасных - 120-360 мг/г, для чрезвычайно опасных - более 360 мг/г. 18421 1 2014.08.30 Концентрация оксида углерода в газовой смеси в мг рассчитывается по формуле,100 где С(в об. ) - концентрация оксида углерода в установке, об.- объем газовой смеси, м 3- молекулярная масса оксида углерода, равная 28000, мг/моль- мольный объем газа, равный 0,0224 м 3/моль (н.у.). Оценкапо предложенной формуле показывает при содержании оксида углерода в газовой смеси, образующейся при термическом разложении плит теплоизоляционных пенополистирольных, менее 0,075 об.составляет менее 40 мг/г, что соответствует уровню выделения оксида углерода малоопасных эталонных материалов, при содержании оксида углерода 0,076-0,226 об.составляет 40-120 мг/г, что соответствует уровню выделения оксида углерода умеренноопасных эталонных материалов, при содержании оксида углерода 0,227-0,678 об.составляет 120-360 мг/г, что соответствует уровню выделения оксида углерода высокоопасных эталонных материалов, при содержании оксида углерода более 0,679 об.составляет более 360 мг/г, что соответствует уровню выделения оксида углерода чрезвычайно опасных эталонных материалов. Предложен способ оценки опасности материалов, включающий измерение концентрации оксида углерода в газовой смеси, выделяющейся при термическом разложении плит теплоизоляционных пенополистирольных, и установление класса опасности по содержанию оксида углерода в продуктах горения. Заявляемый способ реализуется следующим образом. Для оценки опасности плиты теплоизоляционной пенополистирольной ППТ-25-А изготавливают образец с площадью основания 1,610-3 м 2 и массой 4,0 г. Образец кондиционируют в лабораторных условиях в течение 48 ч и затем взвешивают с погрешностью не более 0,1 г. Для исследования токсичности продуктов горения материалов применяется установка для определения показателя токсичности полимерных материалов, соответствующая требованиям ГОСТ 12.1.044-89. Объем газовой смеси составлял 0,170 м 3. Испытания образца проводились при температуре 550 С. Для непрерывного контроля состава газовоздушной среды в газовой смеси используют газоанализаторы оксида углеродаи диоксида углерода (2). Максимальная концентрация оксида углерода в газовой смеси составила 0,409 об.соотношение концентраций 2/ - 2,1. Таким образом, согласно представленной классификации, исследуемый материал(плита теплоизоляционная пенополистирольная ППТ-25-А) по содержанию оксида углерода в газовой смеси, образующейся при термическом разложении, относится к высокоопасным материалам. Предложенный способ может быть использован для оценки токсичности плит теплоизоляционных пенополистирольных и позволяет исключить проведение длительных экспериментов, математических расчетов, использование подопытных животных, существенно уменьшить количество измерительного оборудования и измерений и повысить его экономичность. 1.133442004.. -, 2004. - С. 8. 2. Иличкин В.С. Методические основы экспериментально-расчетного определения показателя токсичности продуктов горения материалов // Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. - 2004. -4. - С. 28-32. 3.2300098, МПК 01 25/22, 2007. 4. ГОСТ 12.1.044-89. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. - М. Изд-во стандартов, 1990. - С. 81-86. 5. ГОСТ 12.1.044-89. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. - М. Изд-во стандартов, 1990. - С. 11. 6. Иличкин В.С. Токсичность продуктов горения полимерных материалов. Принципы и методы определения. - СПб Химия, 1993. - С. 8. 7. Шафран Л.М., Басалаева Л.В., Копа М.Р. Сравнительные санитарно-гигиенические исследования газообразных продуктов термоокислительной деструкции и пиролиза полимерных материалов // Актуальные проблемы транспортной медицины. - 2009. -4 (18). С. 124-131. 8. Иличкин В.С. Токсичность продуктов горения полимерных материалов. Принципы и методы определения. - СПб Химия, 1993. - С. 52-54. 9. Свирщевский С.Ф., Лейнова С.Л., Соколик Г.А., Рубинчик С.Я., Гулевич А.Л. Исследование состава и токсичности продуктов горения промышленных отходов при оценке их экологической безопасности // Актуальные проблемы естественных наук. Материалы международной заочной научно-практической конференции , 15 марта 2010 г. - Тамбов Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2010. - С. 161-166. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.