Спосіб визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів

Реферат: Винахід належить до комплексних фізико-хімічних і токсикологічних способів визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів. Спосіб визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів здійснюють в III етапи. На першому етапі наважку кожного компонента кабелю поділяють на дві частини. Одну частину спалюють при 400 °C, а другу - при UA 111660 C2 (12) UA 111660 C2 750 °C, визначають лімітуючу температуру і відбраковують кабель, якщо концентрація 3 виділеного CO складає 7500 мг/м і більше. На другому етапі визначають показник токсичності для кожного компонента кабелю, а також для кабелю в цілому. На третьому етапі спалюють 5 відрізків досліджуваного кабельного зразка і експериментально на лабораторних тваринах визначають показник токсичності і клас небезпеки кабельного виробу. Технічним результатом винаходу є підвищення точності і достовірності визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів. UA 111660 C2 5 10 15 Винахід належить до комплексних фізико-хімічних і токсикологічних способів визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів. Найбільш близьким до винаходу, що заявляється, є спосіб визначення токсичності продуктів горіння речовин та матеріалів, в тому числі для кабельних виробів, викладений у ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения". У відповідності з вказаним способом беруть серію наважок неметалевих компонентів кабельного виробу - оболонки, ізоляції і наповнювача окремо, кожен з яких спалюють при встановленій у попередніх дослідах температурі безполум'яного горіння, а потім аналогічну серію наважок тих же компонентів спалюють при температурі 750 °C (полум'яне горіння). В обох випадках продукти горіння надходять у клітку з піддослідними тваринами. При цьому визначають вміст токсичних речовин у продуктах горіння - оксиду вуглецю (II) (СО), соляної кислоти (HCL) та інших мігруючих летких речовин (у залежності від виду випробовуваного матеріалу), а також визначають показник токсичності кожного з компонентів кабельного виробу (HCL50 ) за рівнем летальності тварин (методом пробіт-аналізу). 3 Потім визначають показник токсичності продуктів горіння кабельного виробу в цілому (г/м ) за розрахунковою формулою: H CL50  m m H k , k CL50 k де: 20 H CL50 k - показник токсичності продуктів горіння конкретного неметалевого компонента ізольованого кабелю або проводу; mk - маса конкретного неметалевого компонента ізольованого кабелю або дроту в одному 25 30 35 40 45 50 55 погонному метрі. З отриманих результатів роблять висновок, до якого класу небезпеки належить кабельний виріб: - малонебезпечний, - помірно небезпечний, - високонебезпечний, - надзвичайно небезпечний. Даний спосіб вибраний як прототип. Прототип і заявлений спосіб мають наступні ознаки: - спалювання кожного з неметалевих компонентів досліджуваного зразка в камері згоряння при двох температурах (безполум'яного і полум'яного горіння); - експериментальне визначення показника токсичності кожного неметалевого компонента кабельного виробу; - розрахунок показника токсичності продуктів горіння досліджуваного кабельного виробу в цілому. Способу за прототипом притаманні наступні недоліки. По-перше, температура спалювання підбирається в попередньому експерименті. По-друге, при визначенні показника токсичності продуктів горіння неметалевих компонентів кабельного виробу використовується велика кількість піддослідних тварин на кожному етапі дослідження. По-третє, і це головне, спосіб не забезпечує достовірної оцінки класу небезпеки досліджуваного зразка кабельного виробу в цілому, оскільки підсумковий результат отримують розрахунковим методом з високим ступенем невизначеності. Наприклад, при обґрунтуванні гігієнічних нормативів встановлено, що розрахункові величини відрізняються від встановлених експериментально в 5-10 разів (Сасинович Л.М. Ускоренные и расчетные методы гигиенически нормирования пестицидов // МРПТХВ. Профилактическая токсикология. Сб. учебнометодических материалов. Программа ООН по окружающей среде. М., 1984. - Т. 2. - 1 Ч. - С. 224-238). Так само, за результатами визначення способу-прототипу кабель марки JE-H(ST)H віднесений до класу "помірно небезпечний", а згідно з результатами експериментальних досліджень способом, що заявляється, даний кабель належить до класу "малонебезпечний". Це має велике значення при встановленні сфери можливого застосування кабельних виробів і її обмежень. 1 UA 111660 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів, в якому, шляхом введення нових операцій і покрокової стратегії досліджень (три етапи), забезпечується можливість поетапного відбракування компонентів кабельних виробів, що не задовольняють нормативним вимогам; остаточний результат базується не на розрахункових даних, а на об'єктивному визначенні показника токсичності кабельного виробу в послідовних випробуваннях неметалевих компонентів і кабельного виробу в цілому (в зборі) в експерименті на лабораторних тваринах з використанням спеціальної установки (трубчастої печі), що підвищує точність і достовірність встановленого класу небезпеки кабельного виробу в цілому. Поставлена задача вирішена у способі визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів, що передбачає спалювання компонентів досліджуваного зразка в камері згоряння та визначення показника токсичності компонентів досліджуваного зразка і кабельного виробу в цілому тим, що, на відміну від прототипу, спочатку наважку кожного компонента досліджуваного зразка кабельного виробу поділяють на дві частини, першу частину якої спалюють при 400 °C температурі початку термодеструкції, а другу частину спалюють при 750 °C - температурі полум'яного горіння, і визначають температуру, при якій виділяється максимальна кількість СО; 3 якщо концентрація виділеного СО складає 7500 мг/м і більше - роблять висновок про високий ступінь токсичності досліджуваного зразка компонента кабельного виробу, а якщо кількість 3 виділеного СО складає менше 7500 мг/м , то беруть п'ять наважок кожного компонента кабельного виробу, спалюють їх окремо при лімітуючій температурі і визначають експериментально на лабораторних тваринах показник токсичності ( H CL 50 ) кожного компонента, а потім за розрахунковою формулою визначають цей показник для кабельного 3 виробу в цілому, якщо показник токсичності кабельного виробу в цілому дорівнює 80 г/м і 3 більше (для виробів, що лімітуються як помірно небезпечні) або 120 г/м і більше (для виробів, що лімітуються як малонебезпечні) беруть п'ять відрізків (досліджуваного кабельного виробу різної маси, спалюють їх у трубчастій печі при лімітуючій температурі й експериментально на лабораторних тваринах визначають показник токсичності і клас небезпеки виробу в цілому. Новим у заявленому винаході є поетапне виконання операцій. I-й етап - наважку кожного компонента досліджуваного зразка кабельного виробу поділяють на дві частини по 8,0 г кожна, першу частину спалюють при температурі 400 °C (фіксована температура безполум'яного горіння), а другу частину спалюють при температурі 750 °C (полум'яного горіння) і визначають температуру, при якій виділяється максимальна кількість СО; 3 якщо при лімітуючій температурі концентрація виділеного СО складає 7500 мг/м і більше, роблять висновок про високий ступінь токсичності досліджуваного зразка кабельного виробу і 3 відбраковують його. Якщо кількість виділеного СО складає менше 7500 мг/м , переходять до другого етапу випробувань. II-й етап - беруть п'ять різних за масою наважок кожного компонента кабельного виробу, для 3 яких концентрація виділеного СО складає менше 7500 мг/м , спалюють їх окремо при лімітуючій температурі й експериментально на лабораторних тваринах визначають показник токсичності кожного компонента, а потім за розрахунковою формулою визначають цей показник для кабельного виробу в цілому. Якщо показник токсичності кабельного виробу в цілому дорівнює 3 3 80 г/м і більше (для виробів, що лімітуються як помірно небезпечні) або 120 г/м і більше (для виробів, що лімітуються як малонебезпечні), переходять до третього етапу. III-й етап - беруть п'ять відрізків досліджуваного кабельного зразка різної маси, спалюють їх у трубчастій печі при лімітуючій температурі й експериментально на лабораторних тваринах визначають показник токсичності і клас небезпеки кабельного виробу в цілому (тобто, в зборі). Приклад здійснення способу, що заявляється. Проводили визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів 3-х видів: - кабель марки КВВГНГ - LS (двокомпонентний: оболонка, ізоляція); - кабель марки JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE180 (LEONI) (трикомпонентний: оболонка, виріб, наповнювач); - кабель марки JE-H(ST)H (двокомпонентний: оболонка, ізоляція). Для цього на першому етапі взяли по дві наважки масою 8 г кожного компонента зазначених кабелів (оболонки та ізоляції кабелів марки КВВГНГ-LS і JE-H (ST) Н, а також оболонку, ізоляцію і наповнювач кабелю JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE 180 (LEONI), і спалили перші частини наважок при температурі 400 °C, а другу - при 750 °C на установці по прототипу (описаному в ГОСТ 12.1.04489), і визначили кількість оксиду вуглецю (II), що відлився. Отримані результати. 1.1. Полівінілхлоридний сировинний матеріал (раніше застосовувався, зокрема, для виготовлення оболонки кабелю КВВГНГ-LS) при t° = 400 °C виділив в повітря камери оксид 2 UA 111660 C2 вуглецю (II) в концентрації 8210±174,1 мг/м 5 10 15 20 3 при нормативній вимозі H CL 50 -7500 мг/м3 (середньосмертельна концентрація СО для 30-хвилинної експозиції). Отримані дані показали, що цей кабель не задовольняє вимогам безпеки (середньосмертельна концентрація оксиду 3 3 вуглецю (II) 8210±174,1 мг/м , тобто > 7500 мг/м ). Тому він не підлягав подальшим дослідженням. 1.2. При спалюванні полімерних компонентів (оболонка, ізоляція, наповнювач), що входять в два інші кабельні вироби, середньосмертельної концентрації (CL50) по жодному з досліджених компонентів не досягнуто, речовин 1 і 2-го класів небезпеки у повітрі камери не виявлено. Тому взяли п'ять наважок оболонки кабелю марки JE-H(ST)H-4, 6, 8, 10, 12 г і п'ять навісок ізоляції того ж кабелю по 8, 10, 12, 14, 16 г і спалили їх при лімітуючій температурі 400 °C. Потім взяли п'ять наважок оболонки кабелю JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE 180 (LEONI) масою 6, 8, 10, 12, 14 г. і п'ять навісок ізоляції масою 4, 6, 8, 10, 12 г. і п'ять наважок наповнювача того ж кабелю масою 8, 10, 12, 14, 16 г. і спалили їх при тій же лімітуючій температурі 400 °C. Методом пробіт-аналізу визначили показник токсичності (HCL50 ) для кожного компонента кожного кабелю. Отримані результати. Для кабелю JE-H(ST)H: 3 - HCL50 оболонки = 80,0±14,9 г/м , 3 - HCL50 ізоляції = 111,8±16,8 г/м . Для кабелю JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE 180 (LEONI): 3 - HCL50 оболонки = 95,8±17,5 г/м , 3 - HCL50 ізоляції = 66,2±19,4 г/м , 3 - HCL50 наповнювача = 112,5±19,1 г/м . Потім, за розрахунковою формулою H CL50 виробу  m m H k k CL50k 25 30 35 40 45 50 визначили показник токсичності для кабельного виробу в цілому. При цьому для кабелю 3 марки JE-H(ST)H одночасно враховувалися HCL50 для оболонки (80,0±14,9 г/м ), ізоляції 1 (111,8±16,8 тім ), внесок маси оболонки на погонний метр виробу = 29,0 г, а ізоляції = 9,5 г. Для кабелю марки JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE 180 (LEONI) одночасно враховувалися HCL50 3 3 3 оболонки = 95,8±17,5 г/м , HCL50 ізоляції = 66,2±19,4 г/м , HCL50 наповнювача = 112,5±19,1 г/м , а також внесок маси оболонки на погонний метр виробу = 37,5 г, ізоляції = 15,5 г і наповнювача = 14,0 г. Отримані результати: 3 - показник токсичності кабелю марки JE-H(ST)H = 86,0 г/м - відноситься до класу помірно небезпечний; 3 - показник токсичності кабелю марки JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE (LEONI) = 89,3 г/м - відноситься до класу помірно небезпечний. Після цього взяли п'ять відрізків кабелю JE-H(ST)H довжиною по 40, 50, 60, 70, 80 см, в яких маса полімерних компонентів становила 16, 20, 24, 28, 36 г. Маса полімерних компонентів на один погонний метр кабелю становить 38,5 г, металу - 7,7 г, загальна маса одного погонного метра кабельного виробу - 46,2 г. Потім взяли п'ять відрізків кабелю марки JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE180 (LEONI) довжиною 18, 24, 30, 36, 42 см, в яких маса полімерних компонентів становила 12, 16, 20, 24, 28 г, відповідно. Маса полімерних компонентів на погонний метр кабелю становила 67 г, металу - 20 г, загальна маса одного погонного метра кабельного виробу - 87 г. Зазначені зразки спалювали в трубчастій печі, виготовленій за патентом України на корисну модель № 55137 "Пристрій для дослідження токсичності продуктів горіння", зареєстрований у Державному реєстрі патентів України на корисні моделі 10.12.2010, при лімітуючій температурі (400 °C). Експериментально встановлювали на лабораторних тваринах інтегральний показник токсичності кабельного виробу в цілому і відносили до відповідного класу небезпеки згідно з ГОСТ 12.1.044-89 "Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения" - М: Изд. стандартов, 1990. - 143с. Отримані результати: 3 - для кабелю марки JE-H(ST)H показник токсичності HCL50 0  124,9 г/м - малонебезпечний (4й клас небезпеки); 3 UA 111660 C2 5 10 - для кабелю марки JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE 180 (LEONI) - показник токсичності HCL50=100,0 3 г/м - помірно небезпечний (3-й клас небезпеки). Приклад 2 Проводили визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів за прототипом, відповідно до ГОСТ 12.1.044-89, тих самих видів, що і в прикладі 1, а саме: - кабель марки KBBГНГ-LS×1,5 (двокомпонентний: оболонка, ізоляція); - кабель марки JE-H(ST)H (двокомпонентний: оболонка, ізоляція); - кабель марки JE-H(ST)H 2×2×0,8 FE 180 (LEONI) (трикомпонентний: оболонка, ізоляція, наповнювач). Дані наведені у таблиці. Таким чином, кабель марки JE-H (ST)Н - за прототипом (показник токсичності продуктів горіння кабельного виробу в цілому визначається розрахунковим методом) належить до класу помірно небезпечних (3-й клас), а по способу, що заявляється на основі експериментальних даних (об'єктивно) - малонебезпечних (4-й клас). 15 Таблиця Визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів за прототипом (ГОСТ 12.1.04489) Етапи 1 Кабель марки JEКабель марки КВВГНГH(ST)H (безгалог., 2LS (галог., 2-компонен.) компонен.) 2 Кабель марки JEH(ST)H 2×2×0,8 FE180(LEONI) (безгалог., 3-компонен.) 4 3 Обладнання: Установка по ГОСТ 12.1.044-89 об'єм 100 л), температурний режим випробувань (спалювання зразків) 400 °C і 750 °С 400 °C 750 °C 400 °C 750 °C 400 °C 750 °C Маси Маси Маси Маси Маси Маси Токсикологічні наважок наважок наважок наважок наважок наважок дослідження на (г): (г): (г): (г): (г): (г): тваринах - цей етап Оболонка - Оболонка - Оболонка - Оболонка - Оболонка - Оболонка поєднаний з 13,6; 14,8; 7,8; 9,0; 9,7; 11,1; одночасним 5,6; 6,2; 6,8; 5,8; 6,5; 7,2; 7,5; 8,5; 9,5; 16,0; 17,2; 10,1; 11,2; 12,3; 13,5; проведенням хіміко- 7,4; 7,9. 7,9; 8,7. 11. 18,4. 12,3. 14,8. аналітичних Показник Показник Показник Показник Показник Показник досліджень HCL50=67,9 HCL50=72,1 HCL50=95,3 HCL50=155, HCL50=103, HCL50=122, 3 3 3 3 3 3 ±6,6 г/м ; ±5,3 г/м ; ±7,9 г/м ; 1±10,1 г/м ; 6±8,0 г/м ; 9±9,2 г/м ; 4 UA 111660 C2 1 2 CO=61 мг/г; НСl=24,8 мг/г. Ізоляція Продовження табл. 4 3 CO=101,3 мг/г; НСl=15,1 мг/г. Ізоляція CO=80 мг/г CO=47 мг/г CO=76 мг/г CO=64 мг/г Ізоляція - Ізоляція - Ізоляція - Ізоляція 11,3; 12,6; 4,9; 5,6; 6,3; 5,3; 6,0; 6,6; 14; 16; 18; 4,1; 4,8; 5,4; 5,2; 5,8; 6,5; 13,9; 15,2; 6,9; 7,6. 7,2; 7,8. 20; 22. 6,0; 6,6. 7,2; 7,9 16,8. Показник Показник Показник Показник Показник Показник HCL50=61,2 HCL50=65,9 HCL50=біль HCL50=53,9 HCL50=65,1 3 3 HCL50=139, 3 ±5,8 г/м ; ±4,6 г/м ; 160 ±4,6 г/м ; 3 ше 3 2±12,8 г/м ; ±5,2 г/м ; 3 CO=63 CO=59 г/м ; CO=146 CO=55 мг/г СО=121 мг/г мг/г; мг/г; CO=36 мг/г мг/г HCl=12,3 НСl=17,1 Наповнюва Наповнюва мг/г мг/г ччЛімітуюча Лімітуюча 10,8; 12,1; 14, 16, 18, температу температу 13,4; 14,7; 20, 22. ра ра 15,8. для усіх для усіх Показник Показник компоненті компоненті HCL50=133, HCL50= 3 в в 9±9,6 г/м ; більше 160 3 CO=59 мг/г г/м ; Лімітуюча температу ра для усіх СО=18 мг/г компоненті в Визначення показника Вихідні дані: Вихідні дані: Вихідні дані: 3 3 3 токсичності кабельного HCL50=67,9±6,6 г/м HCL50=95,3±7,9 г/м HCLsn=103,6±8,0 г/м виробу за формулою оболонки; оболонки; оболонки; вкладення оболонки на вкладення оболонки на вкладення оболонки на mk погонний метр = 36,0 г погонний метр = 29,0 г погонний метр = 37,5 г H CL  50  m H k HCL50=61,2±5,8 г/м 3 HCL50=139,2±12,8 г/м 3 HCL50=53,9±4,6 г/м 3 CL50 k Для виробу ізоляції; вкладення ізоляції на погонний метр = 13,0 г Для кабелю (виробу): 3 HCL50=66 г/м Помірно небезпечний ізоляції; вкладення ізоляції на погонний метр = 9,5 г Для кабелю (виробу): 3 HCL50=103,3 г/м Помірно небезпечний ізоляції; вкладення ізоляції на погонний метр = 15,5 г; 3 HCL50=133,9±9,6 г/м наповнювач; вкладення наповнювача на погонний метр = 14,0 г. Для кабелю (виробу): 3 HCL50=88,8 г/м Помірно небезпечний ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 Спосіб визначення токсичності продуктів горіння кабельних виробів, що передбачає спалювання компонентів досліджуваного зразка в камері згоряння та визначення показника токсичності компонентів досліджуваного зразка і кабельного виробу в цілому, який відрізняється тим, що спочатку наважку кожного компонента досліджуваного зразка кабельного виробу поділяють на дві частини, першу частину якої спалюють при 400 °C звичайній температурі початку термодеструкції полімерних матеріалів, а другу частину спалюють при 750 °C - звичайній температурі полум'яного горіння полімерних матеріалів, і визначають лімітуючу температуру, при якій виділяється максимальна кількість CO; якщо 5 UA 111660 C2 3 5 10 концентрація виділеного CO складає 7500 мг/м і більше - роблять висновок про високий ступінь токсичності досліджуваного зразка компонента кабельного виробу, а якщо кількість виділеного 3 CO складає менше 7500 мг/м , то беруть п'ять наважок кожного компонента кабельного виробу, спалюють їх окремо при лімітуючій температурі і визначають експериментально на лабораторних тваринах показник токсичності (HCL50) кожного компонента, а потім за розрахунковою формулою визначають цей показник для кабельного виробу в цілому, якщо 3 показник токсичності кабельного виробу в цілому менший за 80 г/м для виробів, що лімітуються 3 як помірно небезпечні, або менший за 120 г/м і більше для виробів, що лімітуються як малонебезпечні, роблять висновок, що кабельний виріб в цілому не відповідає вимогам безпеки 3 за показником токсичності продуктів горіння, а якщо HCL50 дорівнює 80 г/м і більше для виробів, 3 що лімітуються як помірно небезпечні, або 120 г/м і більше для виробів, що лімітуються як малонебезпечні, беруть п'ять відрізків досліджуваного кабельного виробу різної маси, спалюють їх у трубчастій печі при лімітуючій температурі та експериментально на лабораторних тваринах визначають інтегральний показник токсичності HCL50 і клас небезпеки виробу в цілому. 15 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6