Горючесть пенополиуретана и огнестойкость ППУ при теплоизоляции. Характеристики горения утеплителей.

Пенополиуретан токсичен при пожаре?

Полиуретан — материал органического происхождения и поэтому является горючим. При прямом воздействии огня возникший дым имеет такой же состав, как и другие повседневные органические продукты, такие как древесина, шерсть, пробка, бумага или хлопок.
Во избежание повреждения конструкций в случае пожара полиуретановые системы могут быть дополнительно защищены другими огнеупорными материалами, такими как бетон, кирпич, штукатурка, специальные краски, строительный раствор и т. д. Если огонь выходит за рамки указанной защиты, то пенополиуретан может сгореть, поскольку он представляет собой материал органического происхождения, но с одной особенностью: пенополиуретан не капает как другие пластмассы (например, пенопласт, экструдированный пенополистирол), а когда он вступает в контакт с пламенем, то обугливается, и углеродная корка защищает ядро — тем самым препятствуя дальнейшему распространению огня и поддерживая структурную стабильность в течение определенного времени.

Токсичность и воспламеняемость полиуретановых систем — это миф

Полиуретановые системы — это изоляционные материалы, которые обеспечивают безопасность здания и оберегают его жителей от пожара. Ложные мифы, такие как токсичность или воспламеняемость, были опровергнуты различными тестами, проведенными для подтверждения указанной устойчивости. Кроме того, полиуретановые изделия ведут себя очень похоже на материалы с более низкой горючестью.
В частности, при сравнении горения полиуретановых панелей (ПУ) с панелями из минеральной ваты не было обнаружено никаких различий в поведении при пожаре, поэтому можно сказать, что использование полиуретановых систем для изоляции зданий является безопасным и эффективным. По мнению PU Europe, безопасность здания в случае пожара должна определяться совокупностью всех компонентов, поскольку оценка характеристик горения каждого отдельного материала не может привести к реалистичному заключению.
Например, при утеплении мансарды негорючей базальтовой ватой, используются горючие: мембрана, паробарьер, и не просто горючие, а которые при воздействии огня начинают капать и распространяют огонь. Ко всему вышеперечисленному можно добавить, что кровля почти в 100% сделана из горючей древесины. Поэтому оценивать нужно не материал, а конструкцию в целом.

Горючесть пенополиуретана и негорючесть минераловатных утеплителей при теплоизоляции

Характеристики горения конкретного строительного материала являются плохим показателем пожарной безопасности для всего здания, что было доказано в нескольких исследованиях. Рассмотрим одно из них.
Например, в исследовании, проведенном ANPE, сравнивается поведение горючего утепления пенополиуретаном (ППУ) и негорючей теплоизоляции (стекловолокна) при определенных условиях. Результаты этого исследования показали, что, хотя степень огнестойкости для продукта из минерального волокна (НГ) была лучше, чем у пенополиуретана (Г4), полиуретановая строительная система прошла испытание на прочность. В отличие от информации, приведенной в пожарных сертификатах, полиуретановые системы оставались ниже указанной горючести, в то время как минеральное волокно не препятствовало распространению огня.

Опасен ли пенополиуретан при пожаре?

Основные токсичные продукты сгорания можно разделить на два класса: удушающие газы (CO), которые препятствуют поглощению кислорода клетками и приводят к потери сознания или даже смерти; раздражающие газы (HCN), которые вызывают немедленную утрату трудоспособности, главным образом, из-за воздействия на глаза и верхние дыхательные пути, и являются причиной более продолжительных повреждений в глубоких областях легких. Действие асфиксантов и глубоких раздражителей легких зависит от накопленных доз, то есть от суммы каждой концентрации, умноженной на время воздействия, для каждого продукта. Считается, что степень реакции на раздражители верхних дыхательных путей зависит только от концентрации (Purser 2007).
Если сравнивать напыляемый пенополиуретан с деревом, то вес утеплителя из ППУ (даже закрытой ячейки, 1м3 которой, в среднем, весит 40кг) будет ничтожно мал в сравнении с весом древесины, из которой будет собрана кровля. Например, на кровлю 120-130 м2 потребуется 5-7м3 дерева, без учета ОСП, фанеры и т.д. Мы знаем, что 6м3 дерева имеют вес ~3000 кг. Вес напыляемого ППУ с закрытой ячейкой на кровле того же размера при толщине 150мм будет равен ~800кг. Разница в 4 раза! Итак, дерево при горении может выделять в 3-4 раза больше угарного газа, чем пенополиуретан (ППУ). И мы еще не учитывали пленку, мембрану и прочие горючие материалы в современном доме.

Горючесть пенополиуретана (ППУ) и полиизоцианурата (PIR)

Практически все пожары проходят при недостаточном доступе воздуха: образуется обильный черный дым (несгоревшие частицы горючего) — все это происходит из-за недостаточной вентиляции. PIR панели имеют сертификат горючести Г2, напыляемый пенополиуретан — Г3-Г4. При недостаточной вентиляции жесткий пенополиуретан производит немного больше СО, чем полиизоцианурат (240 мкг против 225 мкг). С другой стороны, полиизоцианурат продуцирует почти на 50% больше HCN, чем жесткая пена (17 мкг против 12 мкг). При еще меньшем доступе воздуха, количество CO, образующегося в результате горения вышеупомянутых материалов, начинает уменьшаться, так как доступный кислород становится настолько низким, что образование CO становится ограниченным, в то время как выход HCN продолжает увеличиваться. Что мы имеем в сухом остатке? PIR панели, с одной стороны, имеют более низкий класс горючести, а с другой — более высокий уровень выделения цианистого водорода. Особенно в условиях недостаточной вентиляции. Хотелось бы добавить, что при съемке роликов по горению пенополиуретана и других пенопластов, дым при сгорании пенополиизоцианурата был более едким, даже на улице приходилось одевать полнолицевую маску.
Самым главным преимуществом ППУ в сравнении с пенополиизоциануратом является его бесшовность, а также тот факт, что он готовится непосредственно на месте. PIR же доступен только в плитах.

Сравнение горючести пенополиуретана, вспененного (EPS) и экструзионного (XPS) пенополистирола

На украинском рынке представлено множество пенопластов с группой горючести Г1-Г2.
В тоже время, горючесть пенополиуретана — Г3-Г4.
Существуют напыляемые системы с группой горючести Г2, так называемые PIR пены. Они практически не представлены на рынке ввиду высокой стоимости. Если сравнивать ППУ с группой горючести Г3-Г4 и ППУ горючестью Г2 одного и того же европейского производителя (например, Huntsman, Basf), то стоимость напыляемой системы группы горючести Г2 будет в два-три раза выше систем Г3-Г4.
Ниже приведено видео горения ППУ (группа горючести Г4) и XPS, EPS (группа горючести Г1, украинские сертификаты доступны в сети).

Почему же самозатухающий и не поддерживающий горение пенополиуретан имеет Г4, а пенопласты с горящими каплями Г1?
Ответ прост: методология тестирования и устаревшие ГОСТЫ. Фрагмент статьи НИИ Пожарной безопасности Украины, Киев.

В этой же статье, есть две интересные таблицы, где указывается выход токсинов при горении пенопластов.

Согласно таблицам 4-5, выделение оксида углерода (CO) у EPS на 35% выше, чем у пенополиуретана, в то время как ппу при недостаточном вентилировании продуцирует небольшое количество цианистого водорода. При более высокой температуре у ППУ выделение как СО, так и HCN снижается, HCN снижается почти в десять раз. У EPS, наоборот, количество СО увеличивается на 25%.

Что вы получаете в результате утепления пенополиуретаном?

Конечно же герметичность, которая, помимо сохранения тепла и холода, будет препятствовать распространению огня, а в случае возникновения пожара напыляемый пенополиуретан не будет поддерживать горение. Более того, обугливаясь, он будет защищать деревянные и металлические фермы от быстрого прогорания и деформации. Тем самым обеспечивая структурную целостность.
В качестве примера служат следующие фото. Мансарда, утепленная пенополиуретаном с открытой ячейкой, которая подверглась огню. Обратите внимание, что деревянные стропила, которые были под слоем пенополиуретана, совсем не повреждены. Обуглились только верхние слои утеплителя. Как результат: ППУ пенополиуретан помог локализовать огонь, кровля практически не пострадала.

Используемые материалы:
1. Sean Thomas McKenna & Terence Richard Hull “The fire toxicity of polyurethane foams”
2. Фото https://inpur.pl