ДОСЛІДЖЕННЯ СКЛАДУ ТА ТОКСИКОЛОГІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПРОДУКТІВ ГОРІННЯ ЕПОКСИДНИХ І ЕПОКСИУРЕТАНОВИХ ВОГНЕЗАХИСНИХ МАТЕРІАЛІВ
Анотація
Вступ. Забезпечення пожежної безпеки полімерних матеріалів залишається важливою науковою та практичною проблемою, оскільки під час їх горіння утворюється складна суміш токсичних газів, небезпечних для людини та навколишнього середовища. Епоксидні й епоксиуретанові вогнезахисні композиції широко застосовуються в будівництві, транспорті, енергетиці та авіакосмічній техніці завдяки їхнім високим адгезійним і захисним властивостям. Однак термічний розклад таких матеріалів супроводжується виділенням токсичних сполук, зокрема СО, СО2, HCN, NOх, фенолу та формальдегіду, які суттєво впливають на рівень смертності під час пожеж. Мета. Метою дослідження було проведення порівняльного аналізу складу та токсичності продуктів горіння й термоокиснювальної деструкції епоксидних та епоксиуретанових вогнезахисних композицій, модифікованих різними антипіренами. Методи. Експериментальні дослідження виконували у двох термічних режимах, що моделюють умови пожежі: термоокиснювальна деструкція (450 °C) і полуменеве горіння (750 °C). Аналіз летких продуктів здійснювали за санітарно-хімічними показниками, а токсичність оцінювали за показником HCL50 і вмістом карбоксигемоглобіну (HbCO) у крові лабораторних тварин після експозиції. Результати. Встановлено, що якісний склад продуктів горіння епоксидних і епоксиуретанових систем є подібним, проте кількісні співвідношення істотно відрізняються. Основними газоподібними компонентами є СО і СО2, а також у менших кількостях присутні високотоксичні сполуки (HCN, NOх, фенол, формальдегід). Введення фосфорвмісних антипіренів (моно- та поліфосфату амонію) сприяє зменшенню концентрацій найбільш небезпечних сполук, особливо HCN та фенолу. За показником HCL50 усі композиції належать до класу помірно небезпечних. Рівень HbCO (58,4–65,6 %) підтверджує провідну роль оксидів вуглецю у формуванні токсичного ефекту. Висновки. Доведено, що фосфорвмісні антипірени істотно підвищують пожежну безпеку й екологічну ефективність полімерних покриттів, знижуючи токсичність продуктів горіння. Отримані результати можуть бути використані для створення нових поколінь інтумесцентних матеріалів із низьким рівнем токсичності.
Завантаження
Посилання
2. Skripinets A., Saienko N., Hryhorenko O., Berezovskiy A. Development and evaluation of the possibility of using epoxyurethane mastic in railway transport. In Materials Science Forum. 2020. Vol. 1006. Р. 273–281. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1006.273.
3. Kim Y., Lee S., Yoon H. Fire-safe polymer composites: flame-retardant effect of nanofillers. Polymers. 2021. Vol. 13 (4). 540. https://doi.org/10.3390/polym13040540.
4. Skripinets А., Saienko N., Blazhko V., Saienko L. Efficiency evaluation: epoxyurethane damping inserts in vibration protection systems. Municipal economy of cities. Series: “Information Technology and Engineering”. 2023. Vol. 4 (178). Р. 17–26. https://doi.org/10.33042/2522-1809-2023-4-178-17-26.
5. Özmen F. K., Üreyen M. E., Koparal A. S. Cleaner production of flame-retardantglass reinforced epoxy resin composite for aviation and reducing smoke toxicity. Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 276. 124065. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124065.
6. Yang Z., Xiao G., Chen C., Zhong F., Wang M., Cao, M. Layer-by-layer assembly of nanomultilayer structures: reinforcement of expanded char reduced the toxicity and fire hazard of epoxy resins. Progress in Organic Coatings. 2023. Vol. 177. 107426. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107426.
7. Ogabi R., Manescau B., Chetehouna K., Gascoin N. A study of thermal degradation and fire behaviour of polymer composites and their gaseous emission assessment. Energies. 2021. Vol. 14 (21). 7070. https://doi.org/10.3390/en14217070.
8. Borucka M., Mizera K., Przybysz J., Kozikowski P., Gajek A. Analysis of flammability and smoke emission of plastic materials used in construction and transport. Materials. 2023. Vol. 16 (6). 2444. https://doi.org/10.3390/ma16062444.
9. Han S., Yang F., Li Q., Sui G., Su X., Dai J., Ma J. Tackling smoke toxicity and fire hazards of thermoplastic polyurethane by mechanochemical combination of Cu₂O nanoparticles and zirconium phosphate nanosheets. Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 212. 110350. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2023.110350.
10. Kodur V., Kumar P., Rafi M. Fire hazard in buildings: review, assessment and strategies for improving fire safety. PSU research review. 2020. Vol. 4 (1). Р. 1–23. https://doi.org/10.1108/PRR-12-2018-0033.
11. Wi S., Yang S., Kim Y. U., Kang Y., Kim S. (2022). Toxicity characteristics and fire retardant performance of commercially manufactured organic insulation materials for building applications. Construction and Building Materials. 2022. Vol 341. 127898. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2022.127898.
12. Gałaj J. A., Saleta D. Toxicity of toxic gases emitted during a fire and ventilation. In Advances in the Toxicity of Construction and Building Materials. 2022. Р. 81–115. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824533-0.00014-1.
13. Lyu C., Liu C. M., Yu Z. H., Yao H., Sun Y., Xu Y. Y. Thermal decomposition, fire reaction properties and smoke characteristics of carbon/epoxy sandwich laminate. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2025. Р. 1–9. https://doi.org/10.1007/s10973-025-14585-y.
14. Rudawska A., Sarna-Boś K., Rudawska A., Olewnik-Kruszkowska E., Frigione M. (2022). Biological effects and toxicity of compounds based on cured epoxy resins. Polymers. Vol. 14 (22). 4915. https://doi.org/10.3390/polym14224915.
15. Gurina G., Skripinets A., Druzhinin E., Saienko N. Epoxy Coating Materials for Transport Protection. In International Conference on Smart Technologies in Urban Engineering. 2024. Р. 301–309. https://doi.org/10.1007/978-3-032-06832-3_25.
16. Głowacki A., Rybiński P., Czerwonka G., Żukowski W., Mirkhodjaev U. Z., Żelezik M. Flammability, toxicity, and microbiological properties of polyurethane flexible foams. Materials. 2024. Vol. 17 (14). 3517. https://doi.org/10.3390/ma17143517.
17. Chulikavit N., Huynh T., Khatibi A., Das R., Kandare E. Thermal degradation and flame spread characteristics of epoxy polymer composites incorporating mycelium. Scientific Reports. 2023. Vol. 13 (1). 17812. https://doi.org/10.1038/s41598-023-45097-0.
18. Ahamad T., Alshehri S. M. Thermal degradation and evolved gas analysis of epoxy (DGEBA)/novolac resin blends (ENB) during pyrolysis and combustion. Journal of thermal analysis and calorimetry. 2013. Vol. 111 (1). Р. 445–451. https://doi.org/10.1007/s10973-012-2431-2.
19. Liu C., Zong R., Chen H., Wang J., Wu C. Comparative study of toxicity for thermoplastic polyurethane and its flame-retardant composites. Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2019. Vol. 32 (10). Р. 1393–1407. https://doi.org/10.1177/0892705718798409.
20. Adetunji C. O., Olaniyan O. T., Anani O. A., Inobeme A., Mathew J. T. Environmental impact of polyurethane chemistry. Polyurethane Chemistry: Renewable Polyols and Isocyanates. 2021. Р. 393–411. https://doi.org/10.1021/bk-2021-1380.ch014.
21. Chaudhary M. L., Gupta R. K. Environmental and Health Concerns in Polyurethane. In Non-Isocyanate Polyurethanes: Chemistry, Progress, and Challenges. 2025. Р. 15–30. https://doi.org/10.1021/bk-2025-1507.ch002.
22. Shen C., Shao R., Wang W., Wu X., Zhou B., Zhao L., Xu Z. Progress of flame retardant research on flexible polyurethane foam. European polymer journal. 2024. Vol. 220. 113478. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2024.113478.
23. Hu J., Pan Y. T., Zhou K., Song P., Yang R. A new way to improve the fire safety of polyurethane composites with the assistance of metal–organic frameworks. RSC Applied Polymers. 2024. Vol. 2 (6). Р. 996–1012. https://doi.org/10.1039/D4LP00257A.
24. Gupta R., Singh M. K., Rangappa S. M., Siengchin S., Dhakal H. N., Zafa S. Recent progress in additive inorganic flame retardants polymer composites: Degradation mechanisms, modeling and applications. Heliyon. 2024. Vol. 10 (21).
25. Chowaniec A., Czarnecki S., Sadowski Ł. Decreasing the hazardous effect of waste quartz powder and the toxicity of epoxy resin by its synergistic application in industrial coatings. Environmental Science and Pollution Research. 2023. Vol. 30 (10). Р. 25367–25381. https://doi.org/10.1007/s11356-022-19772-0.
26. Liu C., Tao J., Wu T., Zhao H. B., Yu C., Rao W. Construction of hierarchical SiO2 microcapsule towards flame retardation, low toxicity and mechanical enhancement of epoxy resins. Chemosphere. 2023. Vol. 342. 140184. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.140184.
27. Ou M., Cui J., Zhao Z., Li R., Guan H., Liu L., Chen X. Solvent-free intumescent fire protection epoxy coatings with excellent smoke suppression, toxicity reduction, and durability enabled by a micro/nano-structured P/N/Si-containing flame retardant. Progress in Organic Coatings. 2023. Vol. 183. 107762. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107762.
28. Skripinets А., Saienko N., Blazhko V., Saienko L. Efficiency evaluation: epoxyurethane damping inserts in vibration protection systems. Municipal economy of cities. Series:«Information Technology and Engineering». 2023. Vol. 4 (178). Р. 17–26.
29. Roderique J. D., Josef C. S., Feldman M. J., Spiess B. D. A. (2015). Modern literature review of carbon monoxide poisoning theories, therapies, and potential targets for therapy advancement. Toxicology. 2015. Vol. 334. Р. 45–58. https://doi.org/10.1016/j.tox.2015.05.004.
30. Tabian D., Bulgaru Iliescu D., Iov T., Barna B., Toma S. I., Drochioiu G. Hydrogen cyanide and carboxyhemoglobin assessment in an open space fire‐related fatality. Journal of forensic sciences. 2021. Vol. 66 (3). Р. 1171–1175. https://doi.org/10.1111/1556-4029.14649.
31. Tretiakova E. V. (2006) Problem of the hypoxia in the burning toxicology. Actual problems of transport medicine. 2006. Vol. 4 (6). Р. 78–85.
Ця робота ліцензована відповідно доCreative Commons Attribution 4.0 Міжнародної ліцензії.
Авторські права CC-BY
