Антипирен — это вещество , которое используется для замедления или остановки распространения огня или снижения его интенсивности. Обычно это достигается за счет химических реакций, которые снижают воспламеняемость топлива или задерживают его горение . [1] [2] Антипирены также могут охлаждать топливо посредством физического воздействия или эндотермических химических реакций. Антипирены выпускаются в виде порошка, который можно смешивать с водой, в виде огнетушащих пен и огнезащитных гелей . Огнезащитные средства также доступны в виде покрытий или спреев для нанесения на объект. [3]
Антипирены обычно используются при тушении пожаров , где их можно наносить с воздуха или с земли.
Принципы работы
Как правило, антипирены снижают воспламеняемость материалов, либо физически блокируя огонь, либо инициируя химическую реакцию , которая останавливает огонь.
Путем охлаждения : некоторые химические реакции фактически охлаждают материал.
Формируя защитный слой, который предотвращает возгорание основного материала.
Путем разбавления: Некоторые замедлители при горении выделяют воду и/или углекислый газ . Это может разбавить радикалы в пламени настолько, что оно погаснет.
Обычно используемые огнезащитные добавки включают смеси хунтита и гидромагнезита , гидроксида алюминия и гидроксида магния . При нагревании гидроксид алюминия дегидратируется с образованием оксида алюминия (глинозема Al 2 O 3 ), выделяя при этом водяной пар. Эта реакция поглощает много тепла , охлаждая материал, в который она включена. Кроме того, остатки глинозема образуют на поверхности материала защитный слой. Аналогично действуют смеси хунтита и гидромагнезита . Они эндотермически разлагаются, выделяя как воду, так и углекислый газ, [4] [5] придавая огнезащитные свойства [6] [7] [8] материалам, в которые они включены.
Химическое действие
Реакции в газовой фазе: химические реакции в пламени (т.е. в газовой фазе) могут быть прерваны антипиренами. Обычно этими антипиренами являются органические галогениды ( галогеналканы ), такие как галоны и PhostrEx . Химические вещества, используемые в этих типах замедлителей, часто токсичны.
Реакция в твердой фазе: некоторые замедлители расщепляют полимеры , поэтому они плавятся и уходят из пламени. Хотя это позволяет некоторым материалам проходить определенные испытания на воспламеняемость [ какие? ] , неизвестно, действительно ли повышается пожарная безопасность за счет производства легковоспламеняющихся пластиковых капель.
Образование угля : для топлива на основе углерода твердофазные антипирены вызывают образование слоя углеродистого угля на поверхности топлива. Этот слой угля гораздо труднее сжечь и предотвращает дальнейшее горение. [9] [10]
Вспучивающиеся материалы : эти типы огнезащитных материалов содержат химические вещества, которые вызывают набухание защитного слоя угля, обеспечивая гораздо лучшую изоляцию . Они доступны в виде пластических добавок и красок для защиты деревянных или стальных конструкций.
Использование
Огнетушители
Пена класса А используется в качестве огнезащитного средства в огнетушителях емкостью 2,5 галлона [APW] и [CAFS] для сдерживания зарождающихся возгораний кустарников и травы путем создания противопожарной преграды. Другие химические замедлители способны сделать материалы класса A и топливо класса B негорючими и тушить пожары классов A, B и некоторых классов D. [ нужна ссылка ] Огнезащитные суспензии, сбрасываемые с самолетов, обычно применяются перед лесным пожаром , чтобы предотвратить возгорание, а средства пожаротушения используются для тушения пожаров.
Покрытие поверхности
Предметы могут быть покрыты антипиренами. Например, рождественские елки опрыскивают антипиренами, так как по мере высыхания дерево становится очень легковоспламеняющимся и пожароопасным.
Стальные конструкции имеют огнезащитное покрытие вокруг колонн и балок, чтобы предотвратить ослабление элементов конструкции во время пожара.
Общежития в США также рассматривают возможность использования этих продуктов. [ нужна цитата ] С 2000 года 109 человек погибли в результате пожаров в общежитиях или студенческих общежитиях за пределами кампуса по всей стране, по данным онлайн-информационного бюллетеня Campus Firewatch. [ когда? ] Издатель Campus Firewatch Эд Комо заявил, что пожар в январе 2000 года в Университете Сетон Холл в Нью-Джерси привлек внимание к опасности пожара на территории кампуса. Помещение общего пользования в общежитии Сетон-Холл загорелось после того, как двое студентов подожгли баннер на доске объявлений. Огонь быстро распространился на мебель, в результате чего трое студентов погибли и еще 58 получили ранения. [11]
Тушение лесных пожаров
Ранние антипирены представляли собой смеси воды и загустителей, а позднее включали бораты [12] и фосфаты аммония. [ нужна цитата ]
Обычно огнезащитные средства сбрасывают с самолетов или наносят наземные бригады по краям лесного пожара , чтобы сдержать его распространение. Это дает наземным бригадам время для работы по тушению пожара. Однако при необходимости антипирен можно также капнуть непосредственно на пламя, чтобы охладить огонь и уменьшить длину пламени. [13]
Воздушное пожаротушение
Воздушное пожаротушение – это метод борьбы с лесными пожарами с использованием самолетов. Типы используемых самолетов включают самолеты и вертолеты. Парашютисты и спусковые крючки также классифицируются как воздушные пожарные, которые доставляются на парашюте с различных самолетов или спускаются по веревке с вертолетов. Химические вещества, используемые для тушения пожара, могут включать воду, усилители воды или специально разработанные антипирены. [14]
Текстиль
Материалы
Антипирены лесного пожара
Огнезащитные средства, применяемые при лесных пожарах , обычно представляют собой смесь воды и химикатов, предназначенных для увлажнения территории, а также для химического замедления распространения огня через растительность. Обычно он окрашен [15] так, чтобы область применения была видна с воздуха. В эксплуатации также используются антипирены на основе огнезащитного геля , соответствующие стандарту NFPA 1150. Они окрашены в другие цвета, чтобы отличить их от традиционного красного антипирена. Гели и их красители предназначены для естественного биоразложения. [16]
Любой антипирен, одобренный для использования против лесных пожаров на федеральных землях США, должен быть включен в Список сертифицированной продукции Лесной службы США. [17] Чтобы быть добавленным в этот список, продукт должен быть протестирован Wildland Fire Chemical Systems, подразделением Национальной программы технологий и развития, и этот процесс может занять до двух лет. [18] Фос-Чек — это марка антипирена длительного действия, в настоящее время одобренная для использования при природных пожарах. [19] Phos-Chek также предлагает потребительский огнезащитный спрей под названием Wildfire Home Defense, который эффективен сразу после нанесения и остается эффективным до тех пор, пока не будет смыт тяжелой водой. Он предназначен для нанесения на топливные пласты вокруг домов и хозяйственных построек, чтобы создать противопожарную преграду в топливе, ведущем к каждому строению. [20] Ember Bloc — еще один потребительский огнезащитный гель, который можно наносить на внешнюю поверхность дома и близлежащих построек, чтобы защитить как от тлеющих углей, так и от пламени во время лесного пожара. Он обладает уникальной способностью цепляться за стену дома и выдерживать сильную жару и ветер. [21]
Проблемы окружающей среды
Используемые антипирены лесного пожара обычно считаются нетоксичными , [22] но даже менее токсичные соединения несут некоторый риск, когда организмы подвергаются воздействию больших количеств. [23] Антипирены, используемые при тушении пожаров, могут быть токсичными для рыб и диких животных, а также для пожарных [24] из-за выделения диоксинов и фуранов при сгорании галогенированных антипиренов во время пожаров, [25] и, как правило, капли в пределах 300 футов от водоемов запрещено, за исключением случаев, когда жизням или имуществу угрожает прямая угроза. [26] Лесная служба США – это управляющее агентство, которое проводит исследования и контролирует влияние антипиренов на системы дикой природы в США. [27] [28]
Исследование, опубликованное в июне 2014 года, показало, что морские бактерии обладают способностью производить несинтетический источник химически идентичных полибромдифениловых эфиров (ПБДЭ). Эти химические вещества используются в качестве антипирена, но известны своей токсичностью для окружающей среды. [29]
Потенциальный риск и проблемы со здоровьем
Риски
Большинство химических антипиренов представляют собой органические галогениды (галогеналканы), такие как галоны и PhostrEx , которые, как доказано, токсичны. В 1980-е годы наиболее часто используемым огнезащитным материалом был пентабромдифениловый эфир . Он был запрещен правительством из-за потенциальных проблем со здоровьем и окружающей средой. Затем его заменили хлорированные трис , хлоралкилфосфаты , галогенированные арильные эфиры и диэфир тетрабромфталатдиола, которые позже были доказаны исследованием EPA , что они содержат мутагены , которые могут всасываться в детский организм. [30]
Исследования показали, что у небольшого процента населения может быть аллергия на химическое вещество, используемое в качестве антипирена. [31] Исследования также показали, что падение химиката-замедлителя непосредственно в ручей может привести к повышению концентрации аммиака в воде, что смертельно для рыб и других водных организмов . [32] Если количество достаточно велико, существует риск того, что это может привести к летальным последствиям для человека.
Одним из наиболее распространенных способов распространения антипирена является тушение пожара с воздуха . Это означает, что существует вероятность того, что эти токсичные химикаты загрязнят почву и водную систему , а затем попадут в организм человека. Это приведет к вероятности развития долгосрочных проблем со здоровьем, таких как респираторные заболевания или другие опасные проблемы со здоровьем. [35]
Еще одна серьезная проблема со здоровьем заключается в том, что огнетушащие пены токсичны в стандартной мягкой и жесткой воде , и вполне вероятно, что водные существа будут заражены. Если их будут употреблять в пищу люди, существует большая вероятность того, что эти токсичности перенесут в организм человека. [36]
^ Холлингбери, Луизиана; Халл ТР (2010). «Огнезащитные свойства хунтита и гидромагнезита - обзор». Деградация и стабильность полимеров . 95 (12): 2213–2225. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2010.08.019.
^ Холлингбери, Луизиана; Халл ТР (2012). «Огнезащитное действие хунтита в природных смесях с гидромагнезитом». Деградация и стабильность полимеров . 97 (4): 504–512. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2012.01.024.
^ Халл, TR; Витковский А; Холлингбери, Лос-Анджелес (2011). «Огнезащитное действие минеральных наполнителей». Деградация и стабильность полимеров . 96 (8): 1462–1469. doi :10.1016/j.polymdegradstab.2011.05.006. S2CID 96208830.
^ «Огнезащитные средства ФОС-ЧеК Д75» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 июля 2011 г. Проверено 20 ноября 2008 г.
^ «Как работают антипирены?». Европейский совет химической промышленности (CEFIC) и Европейская ассоциация антипиренов (EFRA) . Проверено 12 февраля 2010 г.
^ Эми Фарнсворт (6 августа 2007 г.). «Новые покрытия снижают риск пожара в общежитии». Бостон Глобус .
^ US 2858895, Коннелл, Джордж А. (изобретатель), «Способы и составы для борьбы с пожарами», опубликовано 4 ноября 1958 г.
^ «Межведомственные стандарты пожарной и авиационной деятельности, 2007 г., глава 17» (PDF) . Национальный межведомственный пожарный центр. Архивировано из оригинала (PDF) 28 сентября 2007 г. Проверено 31 августа 2007 г.
^ "Химические вещества лесной службы Министерства сельского хозяйства США" . Проверено 13 ноября 2008 г.
^ US 6676858, Вандерсалл, Ховард Л. и Кегелер, Гэри Х., «Красящая жидкость, метод использования и содержащие ее огнезащитные жидкости», опубликовано 13 января 2004 г.
^ «Разработан новый огнезащитный гель, который может оставаться эффективным в течение нескольких месяцев» . 4 октября 2019 года . Проверено 5 октября 2020 г.
^ Список сертифицированных продуктов
^ «Долгосрочные антипирены - Национальная программа технологий и развития - Лесная служба Министерства сельского хозяйства США» . www.fs.fed.us. _ Проверено 6 января 2022 г.
^ «Информация о химических продуктах для пожаров в дикой природе» . Проверено 13 ноября 2008 г.
^ «Часто задаваемые вопросы по защите дома от лесного пожара по Фос-Чек» . Проверено 13 сентября 2019 г.
^ «Информационный бюллетень об огнеупорном геле Ember Bloc / Технические характеристики» . Проверено 5 октября 2020 г.
^ Белл, Тина; Толхерст, Кевин; Воутерс, Майкл (16 мая 2005 г.). «Белл Т., Толхерст К. и Воутерс М. Влияние огнезащитного средства Фос-Чек на растительность пустошей восточной Австралии. Международный журнал диких пожаров. 14 (2) 199–211». Международный журнал диких пожаров . 14 (2): 199–211. дои : 10.1071/WF04024. S2CID 129368588.
^ "Greensciencepolicy.org". Greensciencepolicy.org. Архивировано из оригинала 20 февраля 2012 г. Проверено 4 августа 2012 г.
^ «Влияние огнезащитных средств на качество воды» (PDF) . Проверено 17 ноября 2008 г.
↑ Уильям Ярдли (15 ноября 2008 г.). «Борьба с лесными пожарами: опасения по поводу химических веществ». Нью-Йорк Таймс . Проверено 26 ноября 2008 г.
^ "Химические системы лесной службы Министерства сельского хозяйства США" . Проверено 13 ноября 2008 г.
^ «Токсичность химических продуктов, вызывающих пожары в дикой природе, и проблемы окружающей среды» (PDF) . Проверено 13 ноября 2008 г.
^ «Морские бактерии являются естественным источником химических антипиренов» . физ.орг . 29 июня 2014 года . Проверено 21 июля 2017 г.
^ Лорбер, Мэтью (январь 2008 г.). «Воздействие американцев на полибромдифениловые эфиры». Журнал науки о воздействии и экологической эпидемиологии . 18 (1): 2–19. дои : 10.1038/sj.jes.7500572. ISSN 1559-064X. PMID 17426733. S2CID 27473105.
^ Баккер, Мартина И.; де Винтер-Соркина, Рената; де Мюль, Аника; Бун, Полли Э.; ван Донкерсгоед, Герда; ван Клаверен, Джейкоб Д.; Бауманн, Берт А.; Хиджман, Уилли С.; ван Леувен, Стефан П.Дж.; де Бур, Джейкоб; Зейлмейкер, Марко Дж. (февраль 2008 г.). «Пищевое потребление и оценка риска полибромдифениловых эфиров в Нидерландах». Молекулярное питание и пищевые исследования . 52 (2): 204–216. doi : 10.1002/mnfr.200700112. ISSN 1613-4133. ПМИД 18058856.
^ Дитрих, Джозеф П.; Майерс, Марк С.; Стрикленд, Стейси А.; Ван Гаест, Ана; Аркуш, Мэри Р. (январь 2013 г.). «Токсичность лесных антипиренов для речной чавычи, претерпевающей трансформацию пеструшки в смолт». Экологическая токсикология и химия . 32 (1): 236–247. дои : 10.1002/etc.2052 . ISSN 1552-8618. PMID 23161484. S2CID 5240730.
^ Шоу, Сьюзен Д.; Блюм, Арлин; Вебер, Роланд; Каннан, Курунтачалам; Рич, Дэвид; Лукас, Дональд; Кошланд, Кэтрин П.; Добрача, Дина; Хэнсон, Сара; Бирнбаум, Линда С. (октябрь 2010 г.). «Галогенированные антипирены: оправдывают ли преимущества пожарной безопасности риски?». Обзоры на тему Гигиена окружающей среды . 25 (4): 261–305. дои : 10.1515/reveh.2010.25.4.261. ISSN 0048-7554. PMID 21268442. S2CID 20573319.
^ Шоу, Сьюзен Д.; Блюм, Арлин; Вебер, Роланд; Каннан, Курунтачалам; Рич, Дэвид; Лукас, Дональд; Кошланд, Кэтрин П.; Добрача, Дина; Хэнсон, Сара; Бирнбаум, Линда С. (октябрь 2010 г.). «Галогенированные антипирены: оправдывают ли преимущества пожарной безопасности риски?». Обзоры на тему Гигиена окружающей среды . 25 (4): 261–305. дои : 10.1515/reveh.2010.25.4.261. ISSN 0048-7554. PMID 21268442. S2CID 20573319.
^ Сугенг, Ева Дж.; де Кок, Марийке; Скунмейд, Линда Дж.; ван де Бор, Марго (октябрь 2017 г.). «Воздействие огнезащитных химических веществ на малышей: масштабы, проблемы со здоровьем и потенциальные факторы риска или защитные факторы воздействия: наблюдательные исследования, обобщенные в систематическом обзоре». Хемосфера . 184 : 820–831. Бибкод : 2017Chmsp.184..820S. doi : 10.1016/j.chemSphere.2017.06.041 . ISSN 1879-1298. ПМИД 28645086.
^ Гайковский, член парламента; Гамильтон, SJ; Буль, К.Дж.; Макдональд, Сан-Франциско; Саммерс, Швейцария (август 1996 г.). «Острая токсичность противопожарных химических составов для четырех стадий жизни толстоголового гольяна». Экотоксикология и экологическая безопасность . 34 (3): 252–263. дои : 10.1006/eesa.1996.0070. ISSN 0147-6513. ПМИД 8812194.
Внешние ссылки
Заметки по управлению пожаром (1989)
Национальная ассоциация противопожарной защиты
Ассоциация оборонной противопожарной защиты
Влияние антипирена полифосфата аммония на термическую деструкцию полиметилметакрилата
Огнестойкое стекло. Архивировано 17 декабря 2014 г. в Wayback Machine — огнестойкое стекло, сертифицированное UL9, в США.