Оценка пожароопасности растительного масла и лака косвенными методами

Пожаровзрывобезопасность, N 2, 2011 год

И.В.Литвиненко
старший инженер
исследовательско-испытательной
лаборатории ГУ МЧС Украины в
Черниговской области, г.Чернигов, Украина

В.С.Щербина
адъюнкт Академии пожарной безопасности
им.Героев Чернобыля, г.Черкассы, Украина

Г.И.Елагин
канд. хим. наук, старший научный сотрудник,
профессор Академии пожарной безопасности

им.Героев Чернобыля, г.Черкассы, Украина

Предложена простая и доступная в условиях лаборатории практически любого управления МЧС методика приближенной оценки пожароопасности масел и лаков. При этом используется минимум экспериментальных данных, получаемых титриметрически. Приведены примеры использования методики для первичной оценки пожарной опасности образцов восьми рыночных олиф и лаков.

Ключевые слова: пожароопасность; теплота сгорания; самовозгорание; температура вспышки; жиры; масла; моноглицериды; молекулярная масса; кислотное число; число омыления; спиртовая часть; кислотный остаток; йодное число.

При расследовании пожаров, причиной которых явилось тепловое самовозгорание твердых горючих веществ с развитой поверхностью, пропитанных растительными жирами и маслами, в большинстве случаев приходится довольствоваться допущением вероятности самовоспламенения [1-5], т.е. оценкой склонности системы к самонагреванию и самовоспламенению. В то же время большое количество олиф и лакокрасочных материалов, представленных сегодня на рынках стран СНГ, изготавливается по ТУ предприятий. Для большинства из них пожароопасность не оценивается даже приблизительно. Необходимостью оперативной оценки возможности возникновения и быстрого развития горения в таких материалах обуславливается актуальность исследований, направленных на разработку достаточно простых методов оценки свойств рыночных лаков и масел, в частности определения их пожароопасности и склонности к самовоспламенению.

Растительные и животные масла и жиры в основном состоят из твердых и жидких глицеридов насыщенных и ненасыщенных кислот: лаки представляют собой растворы полимеров или тех же глицеридов кислот в органических растворителях. Важнейшими показателями при оценке пожароопасности этих материалов можно считать склонность к самонагреванию, температуру вспышки и теплоту сгорания.

Склонность их к самонагреванию (и, соответственно, вероятность самовозгорания) тем выше, чем больше двойных связей имеет молекула вещества [6, 7]. Критерием оценки количества двойных связей в таких веществах считается так называемое йодное число (ИЧ). Обычно его рассматривают как количество граммов иода, которое присоединяется к 100 г жира [2, 6, 7]. Наиболее простым способом определения этого показателя является разработанная авторами данной работы методика [8], основанная на присоединении брома к олефину по Кауфману [9, 10].

Легколетучие растворители, которые входят в состав лаков, а иногда добавляются и к олифам, нередко обуславливают температуру вспышки системы ниже 61°С, что требует обязательной проверки этого показателя с целью отнесения таких материалов к легковоспламеняющимся.

Количество теплоты, которое выделяется при горении, прямо связано со скоростью распространения пожара и его мощностью. Наиболее просто, с точностью, достаточной для приближенной оценки, количество теплоты, выделяемой при горении масла или лака, можно рассчитать по методу Д.И.Менделеева [7, 11-13]. Для этого необходимо знать процентный состав смеси, однако при отсутствии специальных установок для проведения элементного анализа в органических веществах определить его невозможно даже приблизительно. В данном случае задача, однако, упрощается, так как практически все жидкие олифы и масла, входящие в состав лаков, можно считать моноглицеридами органических кислот и без больших погрешностей рассчитать их молекулярную массу и процентный состав по кислотному числу (КЧ), числу омыления (ЧО) и ИЧ смеси.

В настоящей работе поставлена задача на примере рыночных олиф и лаков показать возможность оперативной оценки пожароопасности таких материалов методами, доступными в условиях обычной пожарной лаборатории.

ИЧ каждого образца определяется по методике [8]; температура вспышки олиф и лаков - при помощи прибора ПВНЕ (по методике, например, [14]).

Для определения количества теплоты, выделяемой при сгорании олифы или лака, необходимо найти молекулярную массу М глицерида и оценить содержание в нем атомов углерода (С), водорода (Н) и кислорода (О). В условиях отсутствия специальных установок эти показатели приближенно можно определить расчетным путем на основе простых титриметрических анализов по КЧ [15], ЧО [15] и ИЧ [8].

В большинстве случаев жидкий жир представляет собой смесь моноглицеридов, которая, может содержать некоторое количество свободных органических кислот. Последние при омылении реагируют в первую очередь со щелочами. Учитывая, что КЧ определяется в тех же единицах (мг гидроксида калия на 1 г жира), что и ЧО, при определении средней молекулярной массы смеси моноглицеридов КЧ можно просто вычесть из ЧО. Конечная формула в этом случае принимает вид:

М = 56000/(ЧО - КЧ). (1)

Сказанное относится к чистым жирам и маслам. Разумеется, что примеси, например, растворителей, которые не содержат сложноэфирных групп, но вносят свой вклад в общую навеску, будут несколько занижать результаты определения молекулярной массы. Поэтому расчет по такому способу дает, по существу, квазимолекулярную массу, тем не менее ошибка в данном случае значительной не представляется.