firesmiПожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion SafetyPozharovzryvobezopasnost/Fire and Explosion Safety0869-74932587-6201ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет»10.22227/0869-7493.2025.34.01.23-31firesmi-1472Research ArticleБЕЗОПАСНОСТЬ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВSAFETY OF SUBSTANCES AND MATERIALSИсследование огнезащитных составов для древесиныFire-retardant compositions for woodhttps://orcid.org/0000-0002-3103-4719КрасильниковаМ. А.KrasilnikovaM. A.

КРАСИЛЬНИКОВА Маргарита Александровна, научный сотрудник научно-исследовательского отдела

620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22

РИНЦ AuthorID: 656764, ResearcherID: 56685388300

Margarita A. KRASILNIKOVA, Researcher of the Research Department

Mira St., 22, Ekaterinburg, 620062

AuthorID: 656764, ResearcherID: 56685388300

krasilnikova79@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6709-4334БарбинН. М.BarbinN. M.

БАРБИН Николай Михайлович, д.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник учебно-научного комплекса пожаро­тушения и проведения аварийно-спасательных работ

620062, г. Екатеринбург, ул. Мира, 22

РИНЦ AuthorID: 31647, ResearcherID: 6701448034

Nikolay M. BARBIN, Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Leading researcher of the educational and scientific complex of fire extinguishing and emergency rescue operations

Mira St., 22, Ekaterinburg, 620062

AuthorID: 31647, ResearcherID: 6701448034

nmbarbin@mail.ruУральский институт Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствийРоссияUral Institute of the State Fire Service of the Mini­stry of the Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination on Consequences of Natural DisastersRussian Federation2025280220253412331Copyright © Красильникова М.А., Барбин Н.М., 20252025Красильникова М.А., Барбин Н.М.Krasilnikova M.A., Barbin N.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fire-smi.ru/jour/article/view/1472Введение

Введение. В последние годы популярность древесины и композитов на ее основе в качестве строительных материалов постоянно растет благодаря их доступности и простоте дальнейшей обработки. По данным Росстата, в 2020 г. были достигнуты рекордные показатели по строительству домов из древесины, составившие 9,35 млн м2. При этом древесина обладает высокой воспламеняемостью, что серьезно ограничивает ее применение в строительстве и других областях. В связи с этим исследования по ее огнезащите актуальны.

Цель и задачи

Цель и задачи. Исследовать огнезащитную эффективность вновь разработанных азотфосфорсодержащих огнезащитных составов (ОЗС) для древесины, полученных путем химической деструкции отходов полиэтилен­терефталата (ПЭТФ) с алифатическими аминами и без них.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1

1. Получить огнезащитные составы для древесины на основе азотсодержащих продуктов деструкции поли­этилентерефталата ди- и полиаминами и без присутствия ПЭТФ.

2

2. Изучить огнезащитную эффективность вновь полученных огнезащитных составов для древесины.

3

3. Сравнить огнезащитную эффективность огнезащитных составов, полученных с применением полиэтилентерефталата и без него.

Материалы и методы

Материалы и методы. Объектами исследования были огнезащитные составы для древесины на основе продуктов аминолиза полиэтилентерефталата алифатическими аминами. Метод заключался в определении потери массы образца древесины и времени самостоятельного горения при его испытании в установке «Керамическая труба».

Выводы

Выводы. Разработанные огнезащитные составы для древесины на основе продуктов химической деструкции отходов полиэтилентерефталата обладают высокой огнезащитной эффективностью. В качестве ОЗС для древесины наиболее целесообразно использовать композицию на основе ПЭТФ – ПЭПА. Установлено, что разработанный состав относится к первой группе огнезащитной эффективности.

Introduction

Introduction. In recent years, the popularity of wood and composites based on it as building materials has been steadily increasing due to their availability and ease of further processing. According to Rosstat data, in 2020, record figures for the construction of houses from wood were reached, amounting to 9.35 million m2. However, wood is highly flammable, which severely limits its use in construction and other applications. Therefore, research on its fire protection is relevant.

Aims and objectives

Aims and objectives. To investigate the fire-retardant efficiency of the developed nitrogen-phosphorus-containing fire-retardant compositions (FRC) for wood obtained by chemical degradation of polyethylene terephthalate (PET) waste with and without aliphatic amines.

In order to achieve the objective, the following tasks were defined:

1

1. To obtain fire-retardant compositions for wood based on nitrogen-containing degradation products of polyethylene terephthalate with di- and polyamines and without the presence of PET.

2

2. To study the fire-retardant efficiency of the newly obtained fire-retardant compositions for wood.

3

3. To compare the fire-retardant effectiveness of fire-retardant compositions obtained with and without the use of polyethylene terephthalate.

Methods

Methods. The objects of the study were fire-retardant compositions for wood based on aminolysis products of polyethylene terephthalate by aliphatic amines. The method consisted in determining the mass loss of a wood specimen and the time of independent combustion when it was tested in the “Ceramic Tube” unit.

Result and Discussion

Result and Discussion. As a result of the conducted research, it was revealed that the obtained fire-retardant compositions based on the products of chemical destruction of polyethylene terephthalate at the consumption of more than 160 g/m2 belong to the first group of fire protection efficiency.

Conclusions

Conclusions. The developed fire-retardant compositions for wood on the basis of products of chemical destruction of polyethylene terephthalate waste have high fire-retardant efficiency. It is most expedient to use the composition based on PET – PEPA as FR for wood. It is established that the developed composition belongs to the first group of fire protection efficiency.

огнезащитная эффективностьполиэтилентерефталатхимическая деструкцияалифатические аминыfire protection efficiencypolyethylene terephthalatechemical destructionReferencesAlbert Ch.M., Liew K.Ch. Recent development and challenges in enhancing fire performance on wood and wood-based composites : a 10-year review from 2012 to 2021 // Journal of Bioresources and Bioproducts. 2024. Vol. 9. Issue 1. Pp. 27–42. DOI: 10.1016/j.jobab.2023.10.004Albert Ch.M., Liew K.Ch. Recent development and challenges in enhancing fire performance on wood and wood-based composites : a 10-year review from 2012 to 2021. Journal of Bioresources and Bioproducts. 2024; 9(1):27-42. DOI: 10.1016/j.jobab.2023.10.004Газизов А.М., Ахмаров Р.Г., Абдрахманова А.И. Обоснование и подбор компонентов огнезащитного состава для древесины // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2022. № 5. С. 5–20. DOI: 10.17122/ogbus-2022-5-5-20Gazizov A.M., Akhmarov R.G., Abdrakhmanova A.I. Justification and selection of components of fire protection composition for wood. Electronic scientific journal “Oil and Gas Business”. 2022; 5:5-20. DOI: 10.17122/ogbus-­­­2022-5-5-20 (rus).Сафин Р.Р., Гирфанов А.А., Сафина А.В. Исследование огнезащитной эффективности деревянных конструкций различного периода эксплуатации // Системы. Методы. Технологии. 2023. № 2 (58). С. 107–112. DOI: 10.18324/2077-5415-2023-2-107-112Safin R.R., Girfanov A.A., Safina A.V. Investigation of fire-retardant effectiveness of wooden structures during various periods of operation. Systems. Methods. Technologies. 2023; 2(58):107-112. DOI: 10.18324/2077-5415-2023-2-107-112 (rus).Troitzsch J.H. Fire performance durability of flame retardants in polymers and coatings // Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. 2023. DOI: 10.1016/j.aiepr.2023.05.002Troitzsch J.H. Fire performance durability of flame retardants in polymers and coatings. Advanced Industrial and Engineering Polymer Research. 2023. DOI: 10.1016/j.aiepr.2023.05.002Rudzīte S., Bukšāns E. Impact of high-pressure impregnation and fire protective coatings on the reaction to fire performance of birch plywood // Rural Sustainability Research. 2021. No. 45 (340). Pp. 65–75. DOI: 10.2478/plua-2021-0008Rudzīte S., Bukšāns E. Impact of high-pressure impregnation and fire protective coatings on the reaction to fire performance of birch plywood. Rural Sustainability Research. 2021; 45(340):65-75. DOI: 10.2478/plua-2021-0008Федотов И.О., Сивенков А.Б., Ислябмек Д.Б., Нагановский Ю.К. Термодеструктивные превращения древесины в присутствии замедлителей горения различного механизма огнезащиты. Полимерные материалы пониженной горючести : сб. мат. XI Междунар. конф. / отв. ред. М.А. Ваниев, А.Б. Сивенков. Волгоград, 2023. С. 142–146.Fedotov I.O., Sivenkov A.B., Islyabmek D.B., Naganovskiy Yu.K. Thermal-destructive transformations of wood in the presence of flame retardants of various fire protection mechanisms. Polymer materials of low flammability : collection of materials of the XI International Conference / ed. M.A. Vaniyev, A.B. Sivenkov. 2023; 142-146 (rus).Zhang Yingnan, Jing Mingju, Zhang Muchen, Hou Shuya, Zhang Bin. Preparation and Properties of Silica Gel Foam as Fire-Retardant with High Water Retention for Wood // Fire Technology. 2022. Issue 58. Nо. 6. С. 3597–3621. DOI: 10.1007/s10694-022-01334-yZhang Yingnan, Jing Mingju, Zhang Muchen, Hou Shuya, Zhang Bin. Preparation and Properties of Silica Gel Foam as Fire-Retardant with High Water Retention for Wood. Fire Technology. 2022; 58(6):3597-3621. DOI: 10.1007/s10694-022-01334-yAljamal Amer, Szolnoki Beata, Marosi Gyorgy. Improving thermal and flame-retardant properties of sorbitol-based bioepoxy systems by phosphorus-based flame retardants // Fire and Materials. 2022. Issue 46. Nо. 3. Pp. 605–614. DOI: 10.1002/fam.3010Aljamal Amer, Szolnoki Beata, Marosi Gyorgy. Improving thermal and flame-retardant properties of sorbitol-based bioepoxy systems by phosphorus-based flame retardants. Fire and Materials. 2022; 46(3):605-614. DOI: 10.1002/fam.3010Dong Yan, Dong Chen, Jia Tan, Liping Yuan, Zizhi Huang, Dongfang Zou et al. Synergistic flame-retardant effect of a new N-P flame retardant on poplar wood density board // Polymer Degradation and Stability. 2023. Vol. 211. Р. 110331. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110331Dong Yan, Dong Chen, Jia Tan, Liping Yuan, Zizhi Huang, Dongfang Zou et al. Synergistic flame-retardant effect of a new N-P flame retardant on poplar wood density board. Polymer Degradation and Stability. 2023; 211:110331. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2023.110331Лунева Н.К., Онуфриева А.В., Езовитова Т.И., Шевчук В.В., Смычник А.Д. Композиция ингибитора горения древесины на основе фосфор-азотного магнийсодержащего металлокомплекса // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90. № 9. С. 1205–1214. EDN ZVMKAB.Luneva N.K., Onufriyeva A.V., Yezovitova T.I., Shevchuk V.V., Smychnik A.D. Wood combustion inhibitor composition based on phosphorus-nitrogen magnesium-containing metal complex. Journal of Applied Chemistry. 2017; 90(9):1205-1214. EDN ZVMKAB. (rus).Газизов А.М., Садыкова А.М., Садыков А.И. Пределы огнестойкости древесины в зависимости от времени пропитки // Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2023. № 4. С. 5–16. DOI: 10.17122/ogbus-2023-4-5-16. EDN YTEKNZ.Gazizov A.M., Sadykova A.M., Sadykov A.I. Fire resistance limits of wood depending on impregnation time. Electronic scientific journal “Oil and Gas Business”. 2023; 4:5-16. DOI: 10.17122/ogbus-2023-4-5-16. EDN ­YTEKNZ. (rus).Покровская Е.Н. Огнезащитные покрытия с участием нанодисперсного кремнезема // Экономика строительства. 2023. № 3. С. 118–122.Pokrovskaya Е.N. Fire-protective coatings with nanodispersed silica. Construction Economics. 2023; 3(118-122). (rus).Jinhan Lu, Peng Jiang, Zhilin Chen, Luming Lia, Yuxiang Huang. Flame retardancy, thermal stability, and hygroscopicity of wood materials modified with melamine and amino trimethylene phosphonic acid // Construction and Building Materials. 2021. Vol. 267. Р. 121042. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121042. EDN YIVEBA.Jinhan Lu, Peng Jiang, Zhilin Chen, Luming Lia, Yuxiang Huang. Flame retardancy, thermal stability, and hygroscopicity of wood materials modified with melamine and amino trimethylene phosphonic acid. Construction and Building Materials. 2021; 267:121042. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.121042. EDN YIVEBA.Wentao Hao, Qiannan Zheng, Yangningjie Zhonga, Xiangkun Meng, Hualin Wanga, Longzhen Qiub et al. An eco-friendly and facile method to prepare waterborne polyurethane based fire-resistant & waterproof coatings for wood protection // Progress in Organic Coatings. 2023. Vol. 185. Р. 107892. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2023.107892Wentao Hao, Qiannan Zheng, Yangningjie Zhonga, Xiangkun Meng, Hualin Wanga, Longzhen Qiub et al. An eco-friendly and facile method to prepare waterborne polyurethane based fire-resistant & waterproof coatings for wood protection. Progress in Organic Coatings. 2023; 185:107892. DOI: 10.1016/j.porgcoat.2023.107892Bin Liu, Penghui Liu, Zhan Ma, Musenge Chola, Mo Chen, Hongying Guo et al. Chemical, pyrolysis, combustion properties and mechanism analysis of wood treated with biomass-based carrageenan-collagen modified ammonium polyphosphate // Surfaces and Interfaces. 2024. Vol. 46. Р. 104121. DOI: 10.1016/j.surfin.2024.104121Bin Liu, Penghui Liu, Zhan Ma, Musenge Chola, Mo Chen, Hongying Guo et al. Chemical, pyrolysis, combustion properties and mechanism analysis of wood treated with biomass-based carrageenan-collagen modified ammonium polyphosphate. Surfaces and Interfaces. 2024; 46:104121. DOI: 10.1016/j.surfin.2024.104121Crippa M., Morico B. PET depolymerization: a novel process for plastic waste chemical recycling // Studies in Surface Science and Catalysis. 2020. Vol. 179. Pp. 215–229. DOI: 10.1016/B978-0-444-64337-7.00012-4Crippa M., Morico B. PET depolymerization: a novel process for plastic waste chemical recycling. Studies in Surface Science and Catalysis. 2020; 179:215-229. DOI: 10.1016/B978-0-444-64337-7.00012-4Балакин В.М., Красильникова М.А. Азотфосфорсодержащие огнезащитные составы на основе продуктов деструкции полиэтилентерефталата алифатическими ди- и полиаминами // Известия ВолГТУ. 2015. № 7 (164). С. 162–165. EDN UZBIYL.Balakin V.M., Krasilnikova M.A. Nitrogen-phosphorus-containing fire-retardant compositions based on the products of polyethylene terephthalate destruction by aliphatic di- and polyamines. VolGTU news. 2015; 7(164):162-165. EDN UZBIYL. (rus).Черкасов Р.А., Галкин В.И. Реакция Кабачника – Филдса: синтетический потенциал и проблема механизма // Успехи химии. 1998. Т. 67. № 10. С. 940–968. EDN MPAYIF.Cherkasov R.A., Galkin V.I. Kabachnik – Fields reaction: synthetic potential and the problem of mechanism. Advances in Chemistry. 1998; 67(10):940-968. EDN MPAYIF. (rus).Балакин B.М., Красильникова М.А., Стародубцев А.В., Пазникова C.Н., Ахметов Т.И., Целоусов Д.В. и др. Сравнительная оценка огнезащитных свойств фосфорсодержащих антипиренов на основе продуктов аминолиза полиэтилентерефталата // Пожаровзрывобезопасность/Fire and explosion safety. 2013. Т. 22. № 4. С. 29–32.Balakin V.M., Krasilnikova M.A., Starodubtsev A.V., Paznikova S.N., Akhmetov T.I., Tselousov D.V. et al. Comparative assessment of fire-protective properties of phosphorus-containing fire retardants based on polyethylene terephthalate aminolysis products. Pozharovzryvobezopasnost/Fire and explosion safety. 2013; 22(4):29-32. (rus).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.