Zlepšování požární odolnosti pomocí retardérů hoření a jejich vliv na chemické složení dřeva

Petr Linc

Bachelor's thesis

Improving fire resistance by using flame retardants and their effect on the chemical composition of wood

Abstract:

Ošetření dřeva pomocí retardérů hoření je metoda používající se pro zlepšení jeho odolnosti vůči hoření. Tyto sloučeniny ovšem mohou mít negativní vliv na mechanické a fyzikální vlastnosti, a tedy i na chemickou strukturu dřeva. Tato bakalářská práce popisuje trvanlivost dřeva a principy jeho ochrany, se zaměřením na chemickou ochranu dřeva retardéry hoření. Hlavním cílem je pak posouzení vlivu vybraných retardérů na chemické složení ošetřeného jedlového dřeva pomocí DSC metody. Pro posouzení vlivu na chemické složení dřeva byly použity retardéry na bázi bóru a fosforu. Ze sloučenin na bázi bóru jsme k impregnaci použili 5% roztoky anorganických solí, konkrétně tetraboritan sodný (Na2B4O7.10H2O) a kyselinu boritou (H3BO3) a na bázi fosforu dihydrogen fosforečnan amonný (NH4H2PO4) a hydrogenfosforečnan amonný (NH4H)2HPO4. Takto ošetřené vzorky byly následně ještě urychleně stárnuty při teplotě 65 °C, relativní vlhkosti 80 % po dobu 30 dní k simulaci dlouhodobého působení chemikálií na dřevo. Jednotlivé skupiny vzorků byly při analýze porovnány s referenčním vzorkem (máčeným pouze ve vodě a stárnutým) a se standardním vzorkem (neošetřeným, nestárnutým). Pro srovnání se využily údaje získané pomocí metody diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC). Hodnotily se jednotlivé DSC křivky a dále pak teploty, při kterých dochází k odpařování vody, rozkladu hemicelulózy, hlavnímu rozkladu dřeva, depolymerizaci celulózy a rozkladu ligninu. Z výsledků je patrné, že ze série vzorků ošetřených boritany je ke dřevu z dlouhodobého hlediska mnohem šetrnější ošetření H3BO3 a u fosforečnanů NH4H2PO4, neboť dochází k mírnějším rozkladným reakcím hlavních složek dřeva. Naopak vzorky ošetřené aktivními složkami retardérů Na2B4O7.10H2O a (NH4)H2HPO4 vykazují při DSC analýze rychlejší a výraznější rozklad dřeva, proto je nelze z tohoto důvodu k ochraně dřeva proti hoření doporučit. Výsledky této práce slouží k lepšímu porozumění mechanismu degradace dřeva způsobené chemickým ošetřením. Zároveň však slouží pro výběr vhodného prostředku na ochranu dřeva proti hoření.

Abstract:

Wood treatment with flame retardants is a method used to improve its fire resistance. However, these compounds can have a negative effect on mechanical and physical properties, and thus on the chemical structure of wood. This Bachelor thesis describes the durability of wood and its protection principles, with a focus on chemical protection of wood with flame retardants. The main objective is then to assess the effect of selected retardants on the chemical composition of treated fir wood using the DSC method. Boron and phosphorus-based speed bumps were used to assess the impact on the chemical composition of the wood. From boron-based compounds, we used 5 % solutions of inorganic salts for impregnation, namely sodium tetraborate (Na2B4O7.10H2O) and boric acid (H3BO3) and dihydrogen ammonium phosphate (NH4H2PO4) and dibasic ammonium phosphate (NH4H)2HPO4. Such treated samples were subsequently aged at 65 °C, relative humidity 80 % for 30 days to simulate long-term exposure of the chemist. Individual sample groups were compared in the analysis with the reference sample (only soaked in water and aged) and the standard sample (untreated, unaged). For comparison, data obtained using the differential calorimetry (DSC) method were used. The individual DSC curves were evaluated, and then the temperatures at which water evaporation, hemicellulose degradation, wood decomposition, cellulose depolymerization and lignin degradation occur. The results show that wood is treated much more sparingly with H3BO3 and NH4H2PO4 phosphates in the long term, as there is a milder degradation reaction of the main wood components. In contrast, samples treated with the active components of the Na2B4O7.10H2O and (NH4)H2HPO4 retardants show faster and more pronounced wood degradation in the DSC analysis, therefore they cannot be recommended for this reason to protect the wood against burning. The results of this work serve to better understand the mechanism of wood degradation caused by chemical treatment. However, it also serves to select a suitable means to protect wood against burning.

Keywords

roztoky anorganických solí, intumescentní nátěry, termická degradace, chemická retardace

Keywords

chemical retardation, inorganic salt solutions, intumescent coatings, thermal degradatium

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Tereza Jurczyková, PhD.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Forestry and Wood Sciences

Bachelor programme / specializace:
Forestry / Forest Ecosystems Protection and Silviculture