عملکرد پوشش‌های ضدحریق معمولی و حجیم‌شونده در حفاظت چوب اصلاح حرارتی‌شدۀ کاج جنگلی در برابر آتش

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 دانشیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 استادیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدۀ منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

چکیده

در این تحقیق، عملکرد پوشش­های ضدحریق پایه‌آب مختلف شامل پوشش ضدحریق معمولی، پوشش ضدحریق حجیم‌شونده و پوشش­دهی بعد از تیمار سطحی با مخلوط اسیدبوریک و بوراکس برای بهبود مقاومت به آتش چوب اصلاح حرارتی‌شد‌ۀ کاج جنگلی قبل و بعد از هوازدگی تسریع‌شده بررسی شد. از چوب اصلاح‌شده به روش تجاری ترمووود در دمای 212 درجۀ سانتی­گراد به مدت 3 ساعت استفاده شد. آزمون مقاومت به آتش به روش منبع شعله باز و مطابق استاندارد EN ISO 11925-2  انجام گرفت و پارامتر­های کاهش ­جرم، دوام ­شعله، دوام ­افروختگی و درصد سطح­ کربونیزه اندازه­گیری شد. فرایند پیرولیز نمونه­های پوشش­خورده با استفاده از آنالیز وزن­سنجی حرارتی (TGA) در محیط نیتروژن نیز بررسی شد. برپایۀ نتایج، هر سه نوع پوشش، مقاومت به آتش چوب اصلاح حرارتی‌شده را به‌ویژه از طریق کاهش دوام افروختگی بهبود دادند، ولی پوشش ضدحریق حجیم­شونده عملکرد مطلوب­تری داشت و بلافاصله پس از برداشتن نازل آتش، شعلۀ آتش خاموش شد. کاهش جرم ناشی از پیرولیز در پوشش ضدحریق معمولی کمتر و مقدار زغال باقی­مانده در پایان آزمون در آن بیشتر بود. در هر سه نوع پوشش، کاهش ­جرم در سه مرحله از منحنی TGA رخ داد و در گام میانی کاهش جرم با شدت بیشتری همراه بود، ولی مرحلۀ سوم تخریب حرارتی در هر یک از پوشش­ها در دماهای متفاوتی شروع شد. در اثر هوازدگی بر اشتعال­پذیری چوب اصلاح حرارتی‌شده افزوده شد و از عملکرد کنندسوزکنندگی همۀ پوشش­ها نیز به‌شدت کاسته شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The efficiency of non-intumescent and intumescent coatings for fire protection of thermally-modified Scots pine

نویسندگان [English]

  • Ahmad Javid 1
  • Asqhar Tarmaian 2
  • Hadi Gholamiyan 3
1 M.Sc, Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I.R. Iran.
2 Assoc., Prof., Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I.R. Iran.
3 Assist., Prof., Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, University of Tehran, Karaj, I.R. Iran.
چکیده [English]

In this study, the performance of different water-based fire retardant coatings including non-intumescent and intumescent coatings and coating after surface treatment with a mixture of boric acid and borax for improving the fire resistance of thermally-modified Scots pine was investigated before and after accelerated weathering. The modified wood used in this study was produced at 212 ºC for 3 h according to ThermoWood process. The fire resistance test was carried out using the open flame method according to EN ISO 11925-2 standard. The pyrolysis process of the coated specimens was also studied using Thermogravimetric analysis (TGA) under nitrogen atmosphere. The results showed that all three types of coatings were able to improve the fire resistance of the modified wood, especially by reducing the ignition time, but the intumescent coating was more efficient, and after the fire nozzle removal, the flame spread was stopped immediately. The mass loss due to pyrolysis was lower in the non-intumescent coating and the amount of its residual char was higher at the end of the test compared to other coatings. In all three types of coatings, the mass loss occurred in three stages of the TGA curve, and in the middle stage, the mass loss was more pronounced but the third stage of thermal degradation for each coating began at different temperatures. As a result of weathering, the flammability of the thermally-modified wood was increased and the fire protection performance of all coatings was also significantly reduced.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Boric acid
  • Borax
  • Fire retardant coating
  • Pyrolysis
  • Thermally-modified wood
  • Fire resistance

مراجع

[1]. Cekovská, H., Gaff, M., Osvald, A., Kačík, F., Kubš, J., and Kaplan, L. (2017). Fire resistance of thermally modified spruce wood. BioResorces, 12(1): 947-959.
[2]. Martinka, J., Hroncová, E., Chrebet, T., and Balog, K. (2014). The influence of spruce wood heat treatment on its thermal stability and burning process. European Journal of Wood and Wood Products, 72(4): 477-486.
[3]. Gašparík, M., Osvaldová, L.M., Čekovská, H., and Potůček, D. (2017). Flammability characteristics of thermally modified oak wood treated with a fire retardant. BioResources, 12(4): 8451-8467.
[4]. Osvald, A., and Gaff, M. (2017). Effect of thermal modification on flameless combustion of spruce wood. Wood Research, 62(4): 565-574.
[5]. Fazeli, A., and Talaei, A. (2019). The effect of heat treatment and primary impregnation of Fir wood with borax on the fire resistance and thermal behavior. Wood and Forest Science and Technology Research, 25 (4): 71-86.
[6]. Uner, I.H., Deveci, I., Baysal, E., Turkoglu, T., Toker, H., and Peker, H. (2016). Thermal analysis of Oriental beech wood treated with some borates as fire retardants. Maderas. Ciencia y tecnología, 18(2): 293-304.
[7]. Parsapuzhou, D. Hejazi, S. Karimi, A., Dost Hosseini, K. and Akhtari, M. (2003). The Effect of fire retardants (Mono Ammonium Phosphate and Borax, Minalite and Pyresot) on Iranian Maple (Acer insigne Boiss). Iranian Journal of Natural Resources, 56 (3): 257-270.
[8]. Lowden, L.A., and Hull, T.R. (2013). Flammability behaviour of wood and a review of the methods for its reduction. Fire Science Reviews, 2(4): 1-19.
[9]. Hao, J., and Chow, W. K. (2003). A brief review of intumescent fire retardant coatings. Architectural Science Review, 46(1): 89-95.
[10]. Puri. R.G., and Khanna, AS. (2017). Intumescent coatings: A review on recent progress. Journal of Coatings Technology and Research, 14(1): 1-20.
[11]. Chuang, Sh., Tsai, K.C., Wang, MK., Ko, C.H., and Luen, S.I. (2009). Impact of the intumescent formulation of styrene acrylic-based coatings on the fire performance of thin painted red lauan (Parashorea spp.) plywood. European Journal of Wood and Wood Products, 67: 407-415.
[12]. Xu, Z., Chu, Z., and Yan, L. (2018).  Enhancing the flame-retardant and smoke suppression properties of transparent intumescent fire-retardant coatings by introducing boric acid as synergistic agent. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 135(5): 1–12.
[13]. Roux, M.L., and Podgorski, L. (2000). The advantages of having in the future a European accelerated weathering test for wood finishes. Surface Coatings International. 83(8): 399-403.
[14]. EN ISO 11925-2 (2002) Reaction to fire tests for building products – Ignitability of building products subjected to direct impingement of flame – Part 2: Single-flame source test.
[15]. Xing, D., and Li, J. (2014). Effects of heat treatment on thermal decomposition and combustion performance of Larix spp. wood. BioResources, 9(3): 4274-4287.
[16]. Uner, I. H., Deveci, I., Baysal, E., Turkoglu, T., Toker, H., and Peker, H. (2016). Thermal analysis of Oriental beech wood treated with some borates as fire retardants. Maderas. Ciencia y tecnología, 18(2): 293-304.
[17]. Bahrani, B., Hemmati, V., Zhou, A., and Quarles, S.L. (2018). Effects of natural weathering on the fire properties of intumescent fire retardant coatings. Fire and Materials, 42(4): 413-423.
[18]. Wang, Q., Li, J., and Winandy, J.E. (2004). Chemical mechanism of fire retardance of boric acid on wood. Wood Science and Technology, 38(5): 375-389.
[19]. Harada, T., Matsunaga, H., Kataoka, Y., Kiguchi, M., and Matsumura, J. (2009). Weatherability and combustibility of fire-retardant-impregnated wood after accelerated weathering tests. Journal of Wood Science, 55(5): 359-366.
[20]. Roberts, T.A., Shirvill, L. C., Waterton, K., and Buckland, I. (2010). Fire resistance of passive fire protection coatings after long-term weathering. Process Safety and Environmental Protection, 88(1): 1-19.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 74، شماره 1
خرداد 1400
صفحه 111-124

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار