Untersuchung von Brandzersetzungsprodukten aus unterventilierten Verbrennungen von natürlichen und synthetischen sauerstoffhaltigen Polymeren

Verbrennungen sind wichtige Prozesse, die sowohl großen Nutzen, aber auch das Potenzial für große Schäden haben. Dementsprechend ist es von entscheidender Rolle, die Mechanismen der Verbrennung besser zu verstehen. Da dem Holz eine bedeutende Stellung in Bränden zukommt, wurden in dieser Arbeit die Brandzersetzungsprodukte von sauerstoffhaltigen Polymeren untersucht. Die Generierung der Brandzersetzungsproben erfolgte über einen VCI-Verbrennungsofen und die Analyse über Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Kopplung. Der Einfluss der Verbrennungstemperaturen auf die jeweiligen Zersetzungsprodukte wurde untersucht und detaillierte Abhängigkeiten der Ausbeuten zur Temperatur abgleitet. Dabei führten geringe Verbrennungstemperaturen zu einer hohen Ausbeute von Furanen und sauerstoffhaltigen Aromaten. Dementgegen ergab das Ansteigen der Temperatur eine Zunahme von aromatischen Kohlenwasserstoffen. Temperaturen über 700 °C bedingten die Bildung von Benzol und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit den höchsten Gehalten. Wobei für alle anderen Stoffe ein starker Rückgang der Ausbeuten zu beobachten war. Zum Vergleich des Kiefernholzes mit weiteren Strukturen wurde die thermische Zersetzung von Polystyrol, Polyethylen, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, PEEK, Monomeren von Cellulose, Hemicellulose, Lignin, Fichten- und Buchenholz betrachtet. Es konnte festgestellt werden, dass die nicht-sauerstoffhaltigen Polymere einen größeren Gehalt an aromatischen Kohlenwasserstoffen ergaben, während die sauerstoffhaltigen Polymere nicht zwangsläufig eine größere Ausbeute an sauerstoffhaltigen Aromaten erzeugten. Stoffe, die sich direkt aus den Grundeinheiten des Holzes ableiten lassen, konnten identifiziert werden. Jedoch kann ein großer Anteil dieser Verbindungen auch durch die thermische Zersetzung von synthetischen Polymeren erfolgen. Somit verlieren qualitative Unterschiede an Bedeutung zur Differenzierung der Materialien und quantitative Unterschiede liefern einen wesentlich höheren Beitrag.
Combustion is an important process that has ample benefits, but also the potential for great harm. Accordingly, it is crucial to get a better understanding of the mechanisms of combustion. Since wood plays an important role in fires, the decomposition products of oxygen-containing polymers were investigated in this work. The fire decomposition samples were generated using a VCI-combustion oven and the analysis was carried out by using gas chromatography-mass spectrometry. The influence of the combustion temperatures on the respective decomposition products were investigated and detailed dependencies of the yields on the temperature were derived. Low combustion temperatures led to high yields of furans and oxygen-containing aromatic compounds. On the other hand, the increase in temperature resulted in a rise of aromatic hydrocarbons. Temperatures above 700 °C caused the formation of benzene and polycyclic aromatic hydrocarbons with dominate yields at this temperature. While a sharp decrease in the yields for all other substances was observed. To draw a comparison between pine wood with other structures, the thermal decomposition of polystyrene, polyethylene, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, PEEK, spruce and beech wood, the monomers of cellulose, hemicellulose and lignin were examined. It was found that the non-oxygen-containing polymers produced a greater content of aromatic hydrocarbons, while the oxygen-containing polymers did not necessarily produce a greater yield of oxygen-containing aromatics. Substances that can be derived directly from the basic units of wood could be identified. However, a large proportion of these compounds can also result from the thermal decomposition of synthetic polymers. Thus, qualitative differences lose their importance for differentiating the materials and quantitative differences make a significantly higher contribution.