התנהגותם של קצפי פוליאורתן לבידוד תרמי בשריפה והתאמתם לדרישות התקנים הישראליים

מאמר מספר 2 לעיתון מבנים

אייל קצנשטיין, סמנכ"ל חברת פוליאורטן

דר' משה פוטרמן, יועץ מקצועי

המאמר הקודם בנושא קצף פוליאורתן לבידוד תרמי ושימושיו בבניה (מבנים מס 263) לא עסק בנושא החשוב והנכבד של תכונות סיווג האש של חומרים אלה. מכיוון שנושא זה מסובך מאוד ונפוצות דעות מוטעות רבות, חשוב להעמיד דברים על דיוקם.

כמו כל המוצרים העשויים מחומר אורגני (וכמעט כל הפולימריים הפלסטיים הם על בסיס חומר אורגני) גם הפוליאורתן על צורותיו השונות יבער אם ייחשף ללהבה ישירה. בעת הבעירה של מוצרים פלסטיים מתפרק החומר האורגני תוך פליטת עשן, גזים לוהטים למיניהם, אדי מים, דו-תחמוצת וחד-תחמוצת הפחמן ועוד. כאשר החומר מכיל חנקן  –  כמו במקרה של עץ, שעם, סיבי ניילון, קצפי פוליאורתן ואחרים  –  אזי בזמן שריפה, נפלטים גם חומרים מכילי חנקן וביניהם תחמוצות חנקניות וחומצה הידרוציאנית.

באש, כידוע לנו, יש סכנה הן לחי והן לרכוש. הרכוש נפגע בעיקר מהלהבות עצמן המכלות אותו בשריפה. לאדם, לעומת זאת, הסכנה העיקרית טמונה בעשן, בחום ובגזים הרעילים הנפלטים בעת השריפה. העשן מסמא את האדם, עלול למנוע ממנו את היכולת למצוא דרכי מילוט וגם לגרום לאבדן ההכרה על כל המשתמע מכך. הסיכון שבאויר החם ובגזים הלוהטים מובן לנו מאליו שהרי הגוף החי אינו עמיד בטמפרטורות גבוהות והוא מהווה את אחד הסיכונים העיקריים (ראה פירוט בהמשך). אשר לגזים הרעילים נמצא כי חד תחמוצת הפחמן (CO) הנפלט בעת השריפה בריכוזים גבוהים הוא המסוכן  והקטלני ביותר בין הגזים הרעילים והוא גורם המוות מספר אחת בשריפות (ראה בהמשך).

תקנים ישראליים לבטיחות אש של חומרי בנייה

 כדי להקטין עד כמה שאפשר את הסיכון שבאש לאדם בעת שריפה במבני מגורים ובמבנים אחרים מבוקר השימוש בחומרי בנייה דליקים, כולל כל החומרים הפלסטיים והאורגניים, על ידי מערכת התקינה הישראלית. חשוב להבהיר כי משמעות המונח "דליק" שונה מהקשרו היומיומי של חומרים מתלקחים כגון גז ודלק והכוונה היא להבדילם מחומרים שאינם בוערים כגון מתכת ובטון.

להלן שלושת התקנים הרלוונטיים ביותר לנושא:   

–   ת"י 755 :  תגובות בשריפה של חומרי בנייה   –   שיטות בדיקה וסיווג

–   ת"י 921 :  תגובות בשריפה של חומרי בנייה   –   דרישות

–   ת"י 931 :  עמידות אש של חומרי בנייה   –  שיטות בדיקה

ת"י 755 בוחן  את החומר ומסווג אותו על פי 3 קריטריונים:

            –   דרגת התלקחות                    VI – I

            –   צפיפות עשן                          4 – 1

            –   עיוות צורה ןטפטוף                4 – 1

(ככל שהערך גבוה יותר החומר טוב יותר בעמידותו בשריפה. יש לציין כי בארץ אסור השימוש בחומרי בנייה שדרגת ההתלקחות שלהם היא הגרועה ביותר –  I).

תוצאת הבדיקה המעבדתית על פי תקן זה הינו "ציון" של סיווג אש של החומר, דוגמת:   3. 2. IV

(נושא זה נסקר בהרחבה במאמר שפורסם בעיתון מבנים מס' 260 מאי-יוני 2006  [1])

התקן כולל גם בדיקה לסיכון של הגזים הרעילים הנפלטים בעת השריפה, אולם בדיקה זו אינה נכללת בדרישות הסיווג מסיבות ענייניות וגם מסיבות כלכליות. אשר לסיבות העניניות נמצא כי לא ברור לגמרי הקשר בין תוצאות הבדיקה ובין הסיכון עצמו. כמו כן אין קורלציה מובהקת בין התוצאות המספריות ובין החומר הנבדק מאחר והתוצאה תלויה גם בצורתו הפיסיקלית של המוצר ולא רק באופי החומר.

ת"י 921 מגדיר את דרישות הסיווג המינימליות ( לפי הסיווג של ת"י 755 כמוסבר לעיל) הנדרשות מחומרי הבנייה על פי אופי ומטרת המבנה, גובהו (בנין נמוך, רגיל, גבוה ורב-קומות) ומיקום האלמנט בבניין ועל פיו "יישק דבר". כך למשל מסווג התקן את המבנים למבני מגורים, משרדים, חינוך, בתי מלון בתי חולים ואחרים.

תכונות סיווג האש של קצף פוליאורתן

במקרה של קצפים פולימריים (וביניהם פוליאורתן מוקצף) נעשית בדיקת ההתלקחות, מסיבות טכניות, לפי התקן הגרמני 4102 DIN , המסווג את החומרים לפי חומר שנדלק בקושי (1B), חומר בעל דליקות בינונית (2B) וחומר שנדלק בקלות (3B ). בבדיקה זו מקבל קצף פוליאורתני ייעודי מתוצרת פוליאורטן בע"מ  את הדרגה 2B.

בבדיקות שונות של סיווג אש שנעשו במעבדות מכון התקנים הישראלי מקבל לדוגמא קצף הפוליאורתן לבידוד תרמי בהתזה מסוג IN3225 מתוצרת פוליאורטן בע"מ את הסיווג:                   

3. 1. 2B

וככזה הוא מתאים על פי התקינה לשימושים רבים כחומר בידוד תרמי בבנייה. בדיקות סיווג האש מבוצעות דרך קבע בחברת פוליאורטן בע"מ כחלק מתהליך בקרת איכות רצוף וקפדני אשר מבוצעות במעבדות החברה, המשוכללות מסוגן בארץ בתחום הפוליאורטן.

להלן שתי דוגמאות לדרישות סיווג אש של חומרי בידוד על פי ת"י 921  ושעניינם חומרי בידוד:

–   בקירות חוץ של בניין מגורים גבוה

    שכבה כלואה (דוגמת שכבת בידוד מקצף פולימרי)      2. 2. II

    אולם מותר השימוש בחומרי בידוד שסיווגם                2. 1. 2B      בתנאי ששכבת הבידוד תהיה מכוסה מכל צידיה בשכבה שעמידות האש שלה 30 דקות, על פי הבדיקה בת"י 931 (דוגמת לוח גבס מיוחד בעובי של 12.5 מ"מ).    

–  בגג משופע

    שכבה לא כלואה מהצד החיצוני                      3. 3. II

    ושוב במקרה זה מותר השימוש בחומרי בידוד שסיווגם   2. 1. 2B  בתנאי המפורט לעיל.

גם המפרט של מכון התקנים הישראלי המתייחס לתכונות של רכיבי "סנדביץ" לבנייה המכילים ליבת פוליאורתן מוקצף קשיח (מפמ"כ 203 חלק 1) קובע בדרישותיו כי סיווג האש של ליבת הקצף יהיה לפחות  2. 1. 2B כמו לדוגמא הקצפים הייעודיים מתוצרת חברת פוליאורטן בע"מ העומדים בתקן ישראלי 755 שסיווגם B2.1.3.

מניין אם כן החשש מהשימוש בקצפי פוליאורתן לבידוד תרמי עקב התנהגותם באש?

סביר להניח שהחשש מקורו בעובדה שהפוליאורתן  בהיותו חומר המכיל חנקן במולקולה שלו פולט בעת בעירתו גם גז חומצה הידרוציאנית (HCN).  גז זה, המוכר יותר בשמו המפחיד כגז הציאניד, נפלט ממוצרים מכילי חנקן (יחד עם גזים רעילים אחרים הנפלטים במהלך השריפה) . גז הHCN מסוכן אמנם לאדם, אך בהיות ריכוזו נמוך מאד בהשוואה לחד תחמוצת הפחמן ובהשוואה לשאר גורמי הסיכון שבאש הרי שהשפעתו כגורם מוות בעת שריפה שולית לגמרי [2 ].

ואמנם בדיקה של הגזים הרעילים שנפלטים בעת בעירת פוליאורתן ושנעשתה במעבדות האש של מכון התקנים הישראלי (ראה הפרסום: מ. פוטרמן, ר. גורה, קטלוג סיווג אש של חומרי בנייה דליקים והתאמתם לדרישות ת"י 921, בהוצאת המכון הלאומי לחקר הבנייה, הטכניון, חיפה, 2000) מראה כי הפוליאורתן אמנם פולט, בין שאר גזי השריפה, גם חומצה הידרוציאנית, כפי שמפורט בתוצאות הבדיקה שלהלן (הערכים הם ביחידות של "חלקים למליון" ppm ):

הגז הנפלט                               ממצא                           ריכוז קריטי

            פורמאלדהיד                               —                     20

            גופרית חמצנית                           —                     150

            חומצה הידרוכלורית                    —                       50

            חנקן חמצני                                0.6                  100

            חומצה הידרוציאנית                    7                      40

            פחמן חד חמצני                        150                  1500

הערה: הריכוז הקריטי מוגדר כריכוז מקסימלי למילוט בזמן שריפה במצב של חשיפה במשך 10 דקות, והוא נתון מקובל בספרות המקצועית ובתקינה .

נקל לראות כי כמות החומצה ההידרוציאנית שנפלטת בשריפה נמוכה בשעור ניכר מהערך של הריכוז הקריטי שהוא בחזקת סכנה לאדם. כך גם לגבי הפחמן החד חמצני הנפלט.

ואמנם עיון בספרות המקצועית מגלה הערכות כמו זו המצויה בספרו הידוע של Hilado  [3]:

“The hazard of toxic fire gases is often psychological and sometimes over estimated. Fire fatalities from the inhalation of hot air and gases are a significant proportion of fire deaths”.  

ובתרגום לעברית  "החשש שבסיכון מהגזים הרעילים הוא על פי רוב פסיכולוגי ובמקרים רבים מוגזם. עיקר מקרי המוות בשריפה הם תוצאה של נשימת האויר החם והגזים הלוהטים."

ניסויי עמידות אש של פנלים לבידוד תרמי 

 ניסויים השוואתיים של פנלים מוקצפים לבידוד תרמי העשויים מחומרים שונים, שנעשו במעבדות EPIC (Engineering Panels in Construction, England) שבאנגליה גם הראו בברור כי קצף הפוליאורתן, בהיותו חומר תרמוסטי, מתפחם באש ושומר במידה רבה על יציבותו מבלי להתמוטט, וזאת בהשוואה לקצפים על בסיס פולימרים תרמופלסטיים המתעוותים בחום השריפה ומטפטפים תוך בעירה ועל ידי כך גורמים להתפשטות הלהבות.  הצילומים המצורפים מראים את תוצאות הניסוי.

לסיכום

לקצפי הפוליאורטן, כדוגמת IN3225, יכולת הבידוד הטובה ביותר ועל כן השימוש בו:

1. חוסך באנרגיה, מצמצם זיהום ובכך עוזר לשמור על הסביבה.
2. מאפשר עובי דופן קטן יותר מה שמצמצם ממילא את השימוש בחומרים דליקים.
3. מקטין את נפח הקירות ומשאיר יותר שטח לשימוש דירתי.

לפיכך, צריכת הפוליאורתן לבידוד תרמי עולה בעקביות בעולם בכלל, ובארצות אירופה וצפון אמריקה בפרט. השימוש המוגבר נובע מתוך הצורך לצמצם את צריכת האנרגיה, לשמור על איכות הסביבה ולמנוע פליטת מזהמים תוך הקפדה על דרישות בטיחות אש מחמירות והולכות.

השימוש בקצפי הפוליאורתן לבידוד תרמי הינו בטוח כמו השימוש בכל קצף פולימרי אחר ולפעמים אף יותר, בתנאי שהיישום והשימוש נעשים על פי דרישות התקנים הישראליים לבטיחות אש !

מראי מקום 

1. מ. פוטרמן, ר. גורה, א. אלגור, חומרים דליקים, מבנים מס' 260 מאי-יוני 2006
2. E. Hartzell, Combustion Products and Their Effects on Life Safety (Sec.3, Ch.1), in Fire Protection Hadbook, by NFPA (National Fire Protection Agency), USA 1992.
3. J. Hilado, Flammability Handbook of Plastics, Ch. 2.4, Technomics Pub. 1982.