Огнезащитные вспучивающиеся покрытия. Диагностика качества вспучивающихся огнезащитных покрытий для металлических и стальных конструкций Вспучивающиеся огнезащитные покрытия

Одним из эксплуатационных требований к строительным объектам является их огнестойкость. При термических воздействиях у строительных материалов, особенно стальных, меняются механические характеристики, в том числе и прочность, снижается, а со временем пропадает совсем, несущая способность конструкций. Разрушения при пожарах могут привести к трагическим последствиям, угрожающим жизни и здоровью людей, и нарушению экологической ситуации. Чтобы не допустить подобных ситуаций, снизить риск порчи строительных материалов, применяется целый ряд защитных мер, нацеленных на термические нагрузки разной продолжительности и интенсивности. Разработка способов огнезащиты является необходимым условием проектирования сооружения.

Главная цель огнезащиты строительных конструкций состоит в том, чтобы изолировать строительные материалы от разрушающего термического воздействия. Различают механические (различные облицовки) и физико-химические (покрытие огнезащитным составом) методы термозащиты. Функция и тех, и других одинакова: создать термоизоляционный экран, который увеличивает предельную огнестойкость конструкций. Огнезащитные покрытия подразделяются на пассивные и активные. Под пассивными формами огнезащиты понимают такие, которые не меняют своего агрегатного состояния при повышении температуры, и обеспечивают термозащиту за счет своих физико-химических особенностей. Активные огнезащитные покрытия при соприкосновении с огнем изменяют свою структуру, что приводит к образованию термозащитного слоя. К этому классу огнезащитных материалов относятся и вспенивающиеся лакокрасочные покрытия.

В настоящее время разработка вспенивающихся огнезащитных покрытий представляет собой интенсивно развивающуюся область химической промышленности.

По своей природе все добавки, направленные на минимизацию вреда от действия высоких температур на деревянные и металлические поверхности, можно разделить на четыре группы:

1. Многоатомные спирты с длинной углеродной цепью. К ним относятся крахмал, декстрин, сорбит, маннит, резорцин.
2. Минеральные кислоты, или соединения, образующие их при нагревании свыше 100⁰С. Главным образом, это серная и фосфорная кислоты и их соли.
3. Амиды и амины.
4. Галогенсодержащие соединения.

Свойства вспучивающихся огнезащитных покрытий

Механизм образования вспенивающихся огнезащитных материалов основан на значительном увеличении при нагреве (до 20-40 раз) толщины защитного слоя и образовании высокопористой углеродной структуры -пенококса, характеризующегося низкой теплопроводностью.

С химической точки зрения последовательность процессов при формировании вспененной углеродной структуры такова:

1. Активация фосфатных групп
2. Этерификация полиолов
3. Образование углеродно-фосфорного геля
4. Окончательное образование углеродного каркаса

Поскольку формирование вспененной структуры процесс по сути физико-химический, то, естественно, учитывать такие свойства компонентов огнезащитных покрытий, как:

• Температуры плавления каждого компоненты
• Температуры кипения
• Температуры кристаллизации
• Факторы деструкции.

Для образования стабильной вспененной массы необходимо, чтобы газообразование активировалось после расплавления пленки, но до ее отвердевания. Исходя из этого и подбирается состав огнезащитных материалов таким образом, чтобы они взаимодействовали друг с другом в четко определенной очередности, формирую совокупность процессов, необходимых для создания огнезащитной структуры пенококса.

Огнезащитные покрытия вспенивающегося типа получили широкое применение в строительстве. Это, конечно, связано с теми преимуществами, которые предоставляют эти материалы.

К ним относятся:

• Доказанный огнезащитный эффект
• Хорошая адгезия с защищаемой поверхностью
• Устойчивость к действию влаги
• Экономичность
• Декоративность
• Простота в технологии нанесения и эксплуатации

Применение вспенивающихся огнезащитных покрытий требует детального рассмотрения целого ряда вопросов:

• Каковы физические и механические характеристики пенококсового слоя?
• Как они меняются, насколько стабильны при действии высоких температур?
• Насколько улучшают несущие характеристики строительных материалов при пожаре?
• Как минимизировать расходы вспенивающихся огнезащитных покрытий на единицу площади?

Последний вопрос затрагивает проблему минимальной толщины огнезащитного покрытия.

Чтобы понять эффективность действия огнезащитных покрытий, в лабораторных условиях проводят исследования по термо- и огнеустойчивости строительных материалов различной природы. Для этого изучаемый материал (бетон, или сталь) обрабатывают огнезащитным покрытием и нагревают в специальных термостатируемых печах до температур, характерных для пожаров (более 300 °С). Такая проверка огнезащитных покрытий является обязательным условием их дальнейшей эксплуатации.

Так, например, при нагреве металлической пластины, обработанной высокотемпературным клеем толщиной 1 мм, ухудшение прочностных характеристик до критических значений наблюдается уже на 17 минуте. При толщине покрытия 2 мм это время увеличивается до 20 минут. Это говорит о том, что данное покрытие не может быть использовано как огнезащитное.

Нанесение огнезащитных покрытий вспенивающегося типа на такую же металлическую пластину значительно увеличивало их термическую стойкость. Так критические пределы прочности после нагревания были достигнуты на 120 минуте эксперимента - при толщине слоя 4 мм, и на 98 минуте- при толщине огнезащитного покрытия 2 мм. Эти данные свидетельствуют о том, что нанесение вспенивающихся огнезащитных составов слоем всего только в 2-4 мм обеспечивает металлическим конструкциям III - V уровень огнестойкости.

Возможность нанесения огнезащитных материалов вспенивающегося типа сравнительно тонким слоем позволяет значительно снизить расходы на обеспечение огнестойкости строительных объектов. Учитывая, что расходы по этой статье финансового плана могут составлять до 20% от общего бюджета, сэкономленные суммы могут быть значительны.

материалы по теме

Технологии огнезащиты

В старину единственным способом защитить строение от пожара было применение негорючих материалов, основным из которых был камень. А основной огнезащитой в деревянных строениях была икона Божьей Матери «Неопалимая Купина», что является достаточно спорным решением с точки зрения эффективности. Впоследствии промышленность стала выпускать различные пропиточные и покрывные составы, выполняющие две основные функции обеспечения пожарной безопасности: увеличение огнестойкости исходного строительного материала и уменьшение воздействия высоких температур в случае возникновения пожара. Сегодня уже невозможно сдать в эксплуатацию строительный объект или конструкцию, если они не отвечают существующим нормам пожарной безопасности, одним из компонентов которой является защита от воздействия пламени и высоких температур.

Новые технологии достаточно прочно входят в нашу жизнь. Постепенно ими наполняются все сферы: от отдыха до проведения ремонта в квартире или строительства дома. Сегодня речь пойдет о новых материалах, которые появились на строительном рынке, а именно антивандальные покрытия.

Лакокрасочная промышленность на данный момент является наиболее востребованной отраслью. Товары, принадлежащие к данной категории, производят во всём мире. Все отрасли нашей жизни, так или иначе, связаны с лакокрасочной промышленностью.

В последнее время на рынке появились огнезащитные вспучивающиеся краски, лаки, составы в таком огромном количестве, что часто сделать правильный выбор достаточно проблематично, даже для профессионала в этой области. Что поможет выбрать наиболее подходящий состав? На чем основан принцип работы огнезащитной вспучивающейся краски или других видов ЛКМ?

Принципы огнезащитного действия вспучивающихся покрытий

• Температура вспучивания составляет 180-220°C, может меняться в зависимости от изготовителя. В момент нагрева в реакцию вступают следующие процессы.
• Верхний слой вспучивающегося покрытия растрескивается. Образуются поры, через которые начинает поступать преобразовывающийся сухой остаток. При этом первоначальная толщина увеличивается от пяти до сорока раз.
• В результате реакции вспучивающийся огнеупорный состав выделяет большое количество кокса, который является превосходным теплоизоляционным материалом.
• Дополнительно в момент увеличения выделяется большое количество инертного газа, также предотвращающего горение.

Вспучивающиеся противопожарные краски и лаки

• Под воздействием пламени верхний слой разлагается с поглощением тепла.
• Выделяются инертные газы.
• Образуется вспененный теплоизоляционный слой.

Следует обратить внимание на следующие моменты:

Новейшие вспучивающиеся неорганические составы для огнезащиты спокойно выдерживают перепады температур и негативные атмосферные воздействия. Наносить краски можно с помощью специального пулевизатора, либо вручную валиком или кистью.

Для металлических поверхностей можно выбрать любую противопожарную органоразбавляемую вспучивающую краску. Наносится краска при температуре от +5 градусов. Возможно нанесение в несколько слоев.

Огнезащитные вспучивающиеся составы и обмазки

При выборе вспенивающейся обмазки также понадобится обратить внимание на следующие моменты:

• Состав - вспучивающаяся паста может содержать смесь газообразующих, термостойких и защитных веществ. Важен реагент, обеспечивающий вспучивание. Например, составы с поливинилхлоридом при образовании защитного слоя выделяют токсичный газ, обмазку с полифосфатом аммония придется готовить непосредственно на строительной площадке, что не всегда удобно.
  Огнезащитная водоэмульсионная вспучивающаяся паста легко наносится, а для доведения ее до необходимой консистенции при загустевании используется обычная вода. Нанесение водоэмульсионной пасты ограничено внутренними работами.
• Назначение - вспучивающиеся огнезащитные обмазки и пасты могут быть предназначены для дерева или металла.
• Степень защиты. Существует следующий метод определения коэффициента вспучивания. Металлическую пластину, обработанную материалом, помещают в муфельную печь и выдерживают там при температуре 600 градусов в течение 5 минут.
  В полевых условиях вспучиваемость определяется с помощью специального прибора КОР. Помимо этого на таре обычно указано, какая толщина слоя требуется для достижения определенной огнестойкости.
• Дополнительные свойства. Нередко можно встретить вспучивающуюся огнебиозащиту. Состав с биозащитными свойствами позволяет обойтись без предварительного грунтования поверхности различными составами против ржавчины или гниения.

Диагностика качества вспучивающихся огнезащитных покрытий для металлических и стальных конструкций
От качества огнезащитного покрытия строительных конструкций зависит пожарная безопасность всего здания. Поэтому, анализируя пожарную безопасность здания, следует уделять особое внимание качеству покрытия как после обработки конструкций, так и во время эксплуатации.

На сегодняшний день оценка качества огнезащитной обработки древесины регламентируется ГОСТ Р 53292−2009 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний». Для диагностики качества огнезащиты древесины широко применяются экспресс-метод испытания огнезащитного покрытия и портативный прибор ПМП-1. Оценка результатов позволяет получить достаточно информации о состоянии огнезащитного покрытия деревянной конструкции.

В то же время, контроль качества огнезащитного покрытия металлических конструкций осуществляется только по проверке его толщины и целостности по методике, изложенной в руководстве ВНИИПО МЧС России от 2011 года «Оценка качества огнезащиты и установления вида огнезащитных покрытий на объектах». Однако на строительных объектах не уделяется внимание контролю качества огнезащитного покрытия по такому важному показателю как интумесцентные свойства (способность покрытия к вспучиванию при нагревании и коксообразованию) и адгезионные свойства (качество сцепления с поверхностью). В статье мы попробуем разобраться, почему таким важным показателям не уделяется достаточно внимания при диагностике качества вспучивающихся противопожарных покрытий для металлоконструкций.

Оценка интумесцентных свойств вспучивающихся огнезащитных красок

В лабораторных исследованиях интумесцентные свойств огнезащитных терморасширяющихся материалов характеризует такой параметр, как коэффициент вспучивания . Для определения этого параметра металлическую пластину, на которую нанесена исследуемая вспучивающаяся огнезащитная краска толщиной 1 мм, выдерживают в муфельной печи при температуре 600 °С в течении 5 минут. Коэффициент вспучивания (Квс.) определяют как отношение толщины интумесцентного слоя (hвс.) к исходному слою покрытия (h0):

Квс. = hвс./ h0

Целесообразно подобным методом оценивать огнезащитные составы по металлу в полевых условиях. Для этого предлагается измерять коэффициент объемного расширения (КОР). Для его определения срезается образец покрытия с рабочей поверхности, при помощи штангенциркуля вычисляется его средний объем (проводится не менее трёх замеров). Далее огнезащитное покрытие на прободержателе помещают в устройство для определения КОР, где оно подвергается воздействию струи горячего газа температурой 600 °С (пламя газовой горелки средней части) в течение 1 минуты. Под воздействием высокой температуры поверхность образца вспучивается, образуя пенококсовый слой. После полного остывания определяют объем уже вспененного покрытия и вычисляют КОР по формуле:

Kрас. = V2/V1

V1 - объем исходного образца покрытия;
V2 - объем расширившегося покрытия.

Методика измерения коэффициента объёмного расширения считается информативной и легко воспроизводится, однако чёткие нормы значений коэффициента официально нигде не прописаны, также как и нет единой методики проведения исследования.

Оценка адгезионных свойств покрытий для огнезащиты металлоконструкций.

Составы для огнезащиты металлоконструкций необходимо проверять на адгезионные свойства, ведь от качества сцепления огнезащитного материала с защищаемой поверхностью зависит долговечность полученного покрытия. Кроме того, при низких показателях адгезии происходит осыпание теплоизолирующего слоя, снижающее качество огнезащиты металлических конструкций.

Качество сцепления огнезащитного состава с защищаемой поверхностью металлоконструкции зависит от нескольких условий:

• состав вспучивающейся огнезащитной краски,
• подготовка защищаемой поверхности,
• технология нанесения и расход состава,
• условия эксплуатации огнезащитного покрытия.

На сегодняшний день адгезия огнезащитного покрытия, если и оценивается, то в основном методом решетчатых и параллельных надрезов , согласно ГОСТ 15140-78. На металлоконструкцию, покрытую противопожарным составом, наносятся перпендикулярные надрезы, а затем визуально оценивается зона надрезов по шестибальной шкале. Оценка результатов приведена в ISO 2409:2007. Данный метод подходит для поверхностей до 250 микрометров, в то время как огнезащитное покрытия для металлоконструкций, как правило, толще 300 микрометров.

Иногда адгезионные свойства покрытия проверяют методом Х-образного надреза (ASTM D 3359). При исследовании данным методом на огнезащитное покрытие на поверхности металлической конструкции наносятся два надреза, пересекающиеся под углом 30-45°. Затем на надрез приклеивается липкая лента и через 90 сек. лента удаляется. После этого проводится визуальный осмотр поверхности с надрезом и оценка адгезии по шестибальной шкале, приведённой в стандарте ASTM В 3359. Однако показатели адгезии, определяемые этим методом, не всегда отображают реальное положение вещей.

Третий метод оценки адгезионных свойств покрытий для огнезащиты металла - метод нормального отрыва (ISO 4624). Метод основан на измерении усилия отрыва металлического «грибка» стандартного размера от поверхности покрытия и оценке поверхности разрыва и характера разрушения. Подробная инструкция проведения исследования и оценки результатов описана в ISO 4624.

Метод нормального отрыва является самым трудоёмким, для него характерна наибольшая площадь разрушения огнезащитной поверхности металлоконструкции, требует наличия специального прибора - адгезиметра, но, по мнению специалистов в области огнезащиты, этот метод является самым информативным и эффективным. Кроме того, при использовании портативного адгезиметра возможно применение данного метода в полевых условиях.
При оценке результатов исследований необходимо учитывать тип используемого адгезиметра, т.к. различные приборы, даже соответствующие требованиям ISO 4624, выдают разные показания в одних и тех же условиях.

Основные выводы

Оценка интумесцентных свойств покрытия для огнезащиты конструкций из металла и стали осложняется отсутствием чётких границ нормы коэффициента вспучивания, а также утверждённой методики проведения оценки (какой размер образца взять для анализа, как часто осуществлять проверку покрытия). Мы считаем, что необходимо разработать нормативный документ, в котором были бы четко прописаны экспресс-методика оценки интумесцентных свойств огнезащитного покрытия и прибор для определения коэффициента вспучивания. Основным методом оценки адгезионных свойств покрытия предлагается нормативно закрепить метод нормального отрыва и также включить его в список обязательных исследований при диагностике качества огнезащитного покрытия металлических и стальных конструкций.

КОНСТРУКЦИОННАЯ СТАЛЬ -НЕОБХОДИМОСТЬ ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОТ ОГНЯ

Eliokem, ранее подразделение специальной химии компании Goodyear Tire and Rubber Company, имеет долгую историю работы со своими смолами Pliolite0 и Pliowaye в органоразбавляемых вспучивающихся огнезащитных покрытиях, оригинальная технология была разработана в сотрудничестве с компанией Monsanto, которая изготовила первый коммерческий полифосфат аммония в конце 1960-х/начале 1970-х гг. С тех пор тематика вспучивающихся огнезащитных покрытий остается в центре внимания Eliokem, и наша компания продолжает вкладывать средства в научно-исследовательскую работу и развитие этой темы.

ВСПУЧИВАЮЩИЕСЯ ПОКРЫТИЯ -ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОКРЫТИЯ, КОТОРЫЕ ОБЕСПЕЧИВАЮТ ТЕРМОИЗОЛЯЦИЮ

Функция вспучивающегося покрытия - раздуваться под воздействием тепла в случае пожара, до состояния «безе», которое изолирует сталь от воздействия огняlasix cheap .

В тестах на огнестойкость конструкционной стали используют стандартный режим нагрева, который соответствует IS0834 - температура в печи достигает около 950 "С через 60 минут (рис. 2). Неокрашенная стальная секция, помещенная в печь, будет постепенно нагреваться, отставание температуры стали от температуры печи связанно с теплоемкостью или массивностью стали, которая описывается коэффициентом поперечного сечения Нр/А м-1 (величина, обратная приведенной толщине металла, которая есть отношение площади поперечного сечения металлической конструкции к обогреваемой части ее периметра, обычно используется в РФ). Коэффициент поперечного сечения - это соотношение обогреваемой части периметра металлической конструкции (Нр) к площади ее поперечного сечения (А): более массивная конструкция будет иметь меньшее отношение Нр/А и сможет поглотить большее количество тепла, поэтому для достижения температуры «разрушения» 550°С требуется больше времени. Иными словами, чем большую внутреннюю теплостойкость имеет конструкция (кривые А и В, рис. 2), тем меньшая огнезащита требуется.

Когда стальная конструкция, окрашенная вспучивающимся огнезащитным покрытием, подвергается воздействию высоких температур в тех же условиях, сталь также нагревается, но как только покрытие начинает набухать и создавать защитный изолирующий слой (изгиб на кривой, обозначенный стрелкой), скорость повышения температуры стальной конструкции значительно снижается, и мы видим, что образец покрытия, представленный на рис.2, может сопротивляться достижению критической температуры более 60 минут.

1. Взаимодействие АПФ/ПЭР/МЕЛ

Основные ингредиенты и их взаимодействия были темой обширных исследованийbuy iressa in canada .

Термический анализ бинарных смесей (АПФ/ ПЭР и АПФ/МЕА) и полной трехкомпонентной смеси (АПФ/ПЭР/МЕЛ) позволил развить понимание механизма вспучивания и оптимизировать соотношения в смеси для достижения максимально возможного объема вспененной сажи .

2. Взаимодействие Связующее/АПФ

Основная функция связующего в покрытии - связать вместе все огнезащитные ингредиенты, а также обеспечить их адгезию к подложке для того, чтобы вспучивающие компоненты находились в плотном контакте и могли быстро и правильно выполнить свои важнейшие функции тогда, когда это действительно необходимо - в случае пожара. Кроме того, связующее содействует формированию однородной пористой пенной структуры с того момента, когда расплавленное связующее помогает задерживать газы, выделяемые порофором, тем самым обеспечивая контролируемое вспенивание сажи. Важно, чтобы огнезащитные инигредиенты сохраняли свою реакционную способность неизменной в течение долгого времени, следовательно, связующее должно защищать их (они обычно водовосприимчивы),

обеспечивая необходимую защиту от воды, УФ-излучения, истирания и других воздействийlow dose naltrexone for sale .

Связующее имеет дополнительные функции, такие как контороль реологии покрытия в жидком состоянии, что дает легкость нанесения защитного ЛКМ (обычно это безвоздушное распыление), увеличение толщины пленки без стекания, при этом обеспечивая выравнивание для достижения гладкости покрытия и, также, обеспечение стабильности при хранении, предотвращая оседание в высоконаполненной системе.

Вклад связующего в процесс образования изолирующего слоя был недостаточно понятен, и до последнего времени существовало очень малое количество опубликованных данных на эту тему .

Химическая реакционная способность смол, производимых компанией Eliokem с АПФ была изучена с использованием термогравиметрического анализа (ТГА). На рис. 3 и 4 представлены кривые ТГА (потеря массы как функция от температуры) смол Pliolite® и чисто акриловых смол, АПФ и смесей смола/АПФ. Кроме этого, на графиках представлена теоретическая кривая потери массы смесей смола/АПФ.

Разница между экспериментальной и теоретической кривой ТГА дает информацию о реакционной способности связующего (смолы) с АПФ. Когда экспериментальная кривая находится выше теоретической, тогда потеря массы ниже, чем прогнозировалось, и это значит, что реакционная способность смолы с АПФ приводит к термальной стабилизации компонентов (то есть, взаимное усиление). Если экспериментальная кривая находится ниже теоретической, то реакционная способность смолы с АПФ приводит к термальной дестабилизации компонентов (т.е. антагонизм).

В случае смол Pliolite® (рис. 3) можно увидеть, что существует взаимное усиление свойств смолы с АПФ. Нечто противоположное происходит с чисто акриловой смолой (рис.4), здесь видно четкую иллюстрацию потери термической стабильности в результате взаимодействия между смолой и АПФ.

3. Взаимодействие Связующее /ПЭР или ДИПЭР

Вязкости смесей трех различных смол с ДИПЭР в зависимости от температуры приведены на рис. 6. Результаты для смеси смола/ПЭР сходные, но на 40 °С выше, из-за более высокой температуры плавления ПЭР (260 °С против 222 °С у ДИПЭР).

Из этих графиков (рис. 6) очевидно, что смолы Pliolite® сохраняют высокую вязкость расплава, даже в присутствии ПЭР или ДИПЭР, что позволяет избежать сползания покрытия и обеспечивает хорошую «приклеиваемость», тем самым предотвращая дефекты на ранних стадиях роста огнезащитной пены. В противоположность этому, чисто акриловые смолы демонстрируют значительно большее падение вязкости расплава (примерно в 10 раз) вблизи температуры плавления ДИПЭР или ПЭР, что может быть одной из причин отсутствия успеха чисто акриловых смол в огнезащитных вспучивающихся покрытиях.

4. Взаимодействие диоксид титана/АПФ Возможно, будет неожиданно узнать, что диоксид

титана присутствует в рецептурах вспучивающихся огнезащитных покрытий не только для придания цвета и укрывистости, но и играет важную роль в процессе вспучивания. Очень маленькие по размеру частицы ТiO 2 действуют как зародышеобразователи или точки роста пузырей для огнезащитной пены. Больше того, при температуре около 600 °С ТiO 2 реагирует с АПФ с образованием пирофосфата титана - огнеупорного материала, который стабилизирует изолирующую пену при высоких температурах, когда большая часть углерода окислилась и сгорела с образованием СO 2 . Это можно ясно заметить на фотографии стальной балки после окончания теста на огнестойкость:

Налет на балке не черный, как ожидалось в случае углеродной пены, а белый. Большая часть углерода выгорела, оставив белый, огнестойкий слой пирофосфата титана (фото 5).

ТЮ имеет слабое влияние на изолирующие свойства огнезащитных покрытий, но действует как механический стабилизатор, посредством реакции с АПФ, приводящей к появлению Т 1 Р 2 0 7 (рис. 7).

5. Взаимодействие МЕЛ/ХП Хлорированный парафин уже много десятилетий

используется в рецептурах огнезащитных покрытий. Несмотря на это, его роль до последнего времени была мало изучена .

Используя комбинацию термического анализа, ЯМР- и ИК-спектроскопии, был изучен механизм деградации МЕЛ/ХП. Хлорированный парафин разлагается, образуя С=С-связи в углеродном скелете полимерной цепи. Меламин конденсируется при температуре выше 300 °С с образованием производных циамеллуровой кислоты, таких как мелем. Мелем и полиен реагируют в широком температурном диапазоне с образованием конденсированной гетероа-роматической структуры, которая обладает высокой термостойкостьюvolume pills forum .

6. Добавки

Ряд добавок может быть использован в рецептурах огнезащитных покрытий. Очень важно понимать, что много «обычных» добавок для ЛКМ, например, смачивающие и диспергирующие агенты, загустители, пеногасители, пигменты и т. д. могут иметь сильный негативный эффект на образование теплоизлирую-щей пены. Однако, небольшое количество добавок вводится для обеспечения хорошей стабильности при хранении, улучшения нанесения ЛКМ и, что наиболее важно, улучшения структуры/стабильности углеродной пены для повышения эффективности защиты. Материалы, такие как борат цинка, силоксаны или определенные минералы (например, каолин) часто добавляются для формирования стекловидных или керамических структур при высоких температурах. Например, каолин при достижении температур выше 400 °С подвергается кальцинации или дегидроксили-рованию, и гидратированный алюмосиликат превращается в материал, содержащий преимущественно оксид алюминия и диоксид кремния. Оксид алюминия и диоксид кремния участвуют в усилении пены, обеспечивая более огнестойкую керамическую структуру пены.

7. Значение качества сырья

Качество всех компонентов, используемых в рецептурах огнезащитных покрытий очень важно не только для защитных свойств в начале эксплуатации покрытия, но и для поддержания защитных свойств покрытия с течением времени. Большинство огнезащитных компонентов - довольно чистые химические вещества (например, пентаэритрит, меламин) и большинство из них в некоторой степени восприимчивы к воде. Хорошо известно, что огнезащита, обеспечиваемая покрытием может быть серьезно снижена примесями в таких компонентах и/или воздействием влажности или воды. Примеры такого воздействия описаны ниже.

Стандартная рецептура огнезащитного вспучивающегося покрытия на основе смол Pliolite13 была подготовлена с использованием Европейских сырьевых компонентов (АПФ: Exolite AP422 от Clariant, ПЭР: Charmor® PM40 от Perstorp, и МЕЛ: Melafines от DSM), и сравнивалась с той же рецептурой, изготовленной с использованием азиатских сырьевых компонентов.

Этот пример служит только для иллюстрации. Он не призван быть общим обвинением в низком качестве компонентов, произведенных в Азии. Вполне возможно, что кому-то удастся найти сырье хорошего качества в Азииbuy clomid online 100mg .

Как результат все более конкурентного рынка в Европе, многие европейские производители все больше и больше обращают внимание на Азию, как источник более дешевого сырья для производства более дешевых покрытий. Но требуется очень осторожный подход в выборе и использовании сырьевых компонентов с соответствующими техническими характеристиками.

Было сопоставлено формирование пены двух покрытий (2 недели сушки), при нагреве газовой горелкой, до и после воздействия влажности (12 часов в приборе контролируемой конденсации, согласно ASTM D4585) и до и после погружения в воду на 12 часов. Результаты, демонстрирующие развитие изолирующей пены, приведены на рис. 8: (см. стр. 46)

Можно увидеть, что в случае использования сырья низкого качества имеет место значительное снижение (-48%) высоты углеродной пены, и оно становится еще более очевидным после воздействия влажности (-60%) или воды (-78%).

Снижение толщины углеродной пены имеет прямое влияние на термоизоляцию, а следовательно, на уровень предоставляемой огнезащиты. Таким образом, становится ясно, что необходима повышенная осторожность в выборе сырьевых компонентов для производства эффективных вспучивающихся огнезащитных покрытий.

8. Водоразбавляемые огнезащитные

вспучивающиеся покрытия

Сегодня в сегменте огнезащитных покрытий орга-норазбавляемые вспучивающиеся покрытия все еще доминируют, а водоразбавляемые продукты занимают примерно 35% рынка, в основном из-за присущего им недостатка, связанного со связующими, которые доступны на текущем этапе развития технологии производства водоразбавляемых огнезащитных материалов. Несмотря на то, что органоразбавляемые огнезащитные покрытия соответствуют современным требованиям ЕС по ЛОС, спрос на рынке определенно смещается в сторону высокоэффективных, долговечных водных продуктов, особенно в случаях использования непосредственно на месте монтажа конструкций, где запах растворителя и выбросы ЛОС могут иметь особое значение.

Водоразбавляемые огнезащитные покрытия имеют определенные преимущества не только в плане запаха, но и, особенно, в плане эффективности (меньшие расход и толщина пленки). Однако, они страдают от серьезного недостатка - высокая восприимчивость к воде и влажности воздуха.

Высокая восприимчивость к воде современных водоразбавляемых огнезащитных покрытий может быть проиллюстрирована простым погружением в воду. Менее чем через полчаса покрытие набухло, размягчилось и покрылось пузырями, произошло также значительное снижение огнезащитной эффективности из-за потери покрытием водорастворимых огнезащитных компонентов, что продемонстрированно на фото 7. В противоположность этому органоразбав-ляемое покрытие будет сопротивляться воздействию воды более 5 часов без образования пузырей или потери огнезащитных свойств.

Для обычного человека такое слабое место водоразбавляемых покрытий не кажется существенным, так как большое количество огнезащитных покрытий разрабатывалось &ля эксплуатации в сухих условиях внутри помещений. Однако фото 8, на котором показано возведение здания со стальным каркасом с использованием окрашенных на заводе-изготовителе ячеистых балок, демонстрирует очень важный факт: огнезащитное вспучивающееся покрытие, созданное для эксплуатации внутри помещений все равно должно быть стойким к воздействию погодных условий на протяжении многих месяцев во время возведения здания.

Это очень важно при увеличивающейся практике возведения зданий с использованием окрашенных на заводе-изготовителе конструкций.

9. Выводы

Тонкопленочные огнезащитные вспучивающиеся покрытия освобождают архитекторов и дизайнеров от ограничений, накладываемых использованием традиционных громоздких пассивных систем огнезащиты, и предоставляют им большую свободу самовыражения благодаря использованию стальных металлоконструкций как неотъемлемой части общего дизайна, одновременно давая полную уверенность, что сталь полностью защищена системой, обладающей всеми декоративными свойствами обычной краски.

Фото 6. Водоосновное огнезащитное покрытие после короткого погружения в воду, показывающее пузырение в зоне воздействия воды

Фото 7. После теста на вспучивание водоосновного огнезащитного покрытия, подвергшегося воздействию воды. Хорошо видно снижение эффективности

Тем самым первостепенную важность приобретает уверенность в качестве огнезащитного покрытия и уверенность в том, что результаты теста на огнестойкость и сертификации не могут быть подвержены никакому сомнению.

Технология огнезащитных вспучивающихся покрытий в Европе развивается быстрыми темпами. Все современные тенденции неизбежно устанавливают повышенные требования к характеристикам огнезащитных покрытий - повышенная эффективность, лучшая долговечность без потери защитных свойств.

Сегодня даже при усовершенствовании технологии создания водных материалов только органоразбавляемые огнезащитные покрытия на основе смол Pliolite0 или Pliowayw могут соответствовать новым требованиям рынка.

Смолы Pliolite® и Plioway"5, производимые компанией Eliokem, являются предпочтительным вариантом для создания рецептур органоразбавляемых огнезащитных покрытий для защиты металлоконструкций. Они заслужили такую репутацию благодаря их химическому составу и морфологии полимера, которые идеально подходят для применения в огнезащитных покрытиях. Это подтверждается многолетним успешным использованием смол Pliolite" и Plioway0 по всему миру.

Огнезащитные вспучивающеся покрытия на основе данных смол могут быть изготовлены для применения внутри и снаружи зданий и могут обеспечивать до 2 ч защиты, в зависимости от коэффициента поперечного сечения (приведенной толщины металла), и удовлетворяют требованиям национальных стандартов огнезащиты.

Эти покрытия созданы для сохранения человеческих жизней, и промышленные стандарты производства по всему миру должны гарантировать, что эта жизненно важная функция не скомпрометирована низким качеством огнезащитного покрытия или сомнительной сертификацией.

• Вперёд >

Важнейшим элементом системы пожарной безопасности зданий и сооружений является огнезащита строительных конструкций. Она должна обеспечивать повышение огнестойкости конструкций до необходимого уровня, снижение их пожарной опасности, предотвращение развития и распространения пламени. Выполнение этих требований снижает вероятность гибели людей и материальные потери от пожаров. Одним из наиболее эффективных и доступных способов придания огнестойкости различным материалам служит окраска их огнезащитными ЛКМ.

Главная цель различных способов огнезащиты строительных конструкций – максимально снизить скорость нагрева защищаемой поверхности, сохранив при этом на определенный период времени их прочностные характеристики. Так, металлические конструкции, быстро нагреваясь при пожаре, уже при 500 0 С теряют несущую способность. Наглядной иллюстрацией недостаточной защиты несущих металлоконструкций является трагедия, произошедшая в Нью-Йорке 11 сентября 2001 года.

Для повышения пределов огнестойкости конструкций применяют различные материалы и способы защиты: бетонирование, оштукатуривание специальными составами, использование кирпичной кладки, негорючих листовых теплоизоляционных материалов и др.

В настоящее время среди огнезащитных материалов наиболее перспективны лакокрасочные покрытия вспучивающегося (интумесцентного) типа. Интумесцентная технология защиты изделий от горения является сравнительно новой и заключается во вспучивании и превращении в кокс поверхностного слоя материала, подверженного воздействию пламени. Образующийся при этом вспененный коксовый слой предохраняет в течение определенного времени защищаемую поверхность (или нижележащие слои) от воздействия пламени и высоких температур.

Целесообразность использования огнезащитных вспучивающихся покрытий (ОВП) обусловлена прежде всего тем, что они тонкослойны, при нагревании не выделяют токсичных веществ, обладают высокой огнезащитной эффективностью и могут быть нанесены на защищаемую поверхность различными механизированными методами. В обычных условиях эксплуатации эти покрытия похожи по внешнему виду на традиционные лакокрасочные покрытия и выполняют аналогичные защитно-декоративные функции. При воздействии высокой температуры толщина и объем вспучивающегося покрытия увеличиваются в десятки раз за счет образования негорючего и твердого вспененного слоя (кокса) с плотностью 3∙10 -3 – 3∙10 -2 г/см 3 и коэффициентом теплопередачи, близкому к таковому для воздуха. Слой действует как физический барьер для подвода тепла от пламени к нижележащим слоям покрытия и защищаемой поверхности, уменьшая теплопередачу примерно в 100 раз.

ОВП широко применяются для повышения огнестойкости стальных, деревянных, бетонных, кирпичных строительных конструкций, воздуховодов, кабелей, кровли и других изделий. Требования к огнезащитным материалам, включая вспучивающиеся покрытия , предназначенным для нанесения на различные поверхности, изложены в следующих Нормах пожарной безопасности (НПБ):

НПБ 251-98 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний»;

НПБ 236-97 «Огнезащитные составы для стальных конструкций. Метод определения огнезащитной эффективности»;

НПБ 238-97 «Огнезащитные кабельные покрытия. Общие требования и методы испытаний».

Эффективное вспенивание данного вида покрытий достигается только при обязательном наличии в их составе ряда специальных компонентов, выполняющих определенные функции, а также оптимальном количественном соотношении между ними. Обычно по своим функциям основные компоненты ОВП подразделяют на следующие группы:

Пленкообразователи (например, стирол-акриловые и ПВА-дисперсии , эпоксидные и кремнийорганические смолы);

Карбонизирующиеся соединения – источники углерода (пентаэритрит, дипентаэритрит и др.);

Неорганические кислоты и их производные – фосфорная кислота, полифосфат аммония (ПФА) и др.;

Вспенивающие агенты – газообразователи, порофоры (меламин , мочевина и др.). Кроме того, в состав ОВП входят галогенсодержащие добавки (хлорпарафин и др.), некоторые пигменты и наполнители .

Вспенивание и коксообразование интумесцентных покрытий сопровождается различными физико-химическими процессами, протекающими, как правило, в определенной последовательности по мере нарастания температурного воздействия на композицию. Механизм вспучивания покрытий изучен недостаточно глубоко. Это связано с тем, что основные реакции, приводящие к получению защитного пенококсового слоя, протекают в области высоких температур (до 900 о С), что затрудняет моделирование указанных процессов. Кроме того, ОВП являются многокомпонентными композиционными материалами. Это предопределяет в свою очередь большое количество возможных взаимодействий между компонентами образовавшегося огнезащитного покрытия особенно при высоких температурах. При этом предсказать направление высокотемпературных реакций также достаточно сложно.

Огнезащитная эффективность покрытий вспучивающегося типа обусловлена различными факторами:

Эндотермическим отводом тепла, расходуемого на различные фазовые и химические превращения ингредиентов в процессе образования пенококсового слоя. Выделяющиеся при этом газообразные продукты, такие, как аммиак, углекислый газ, азот, пары воды, проходя через нагретые слои формирующегося пенококса, значительно охлаждают его, отводя тем самым значительную долю энергии;

Термическим сопротивлением образующегося пенококса, зависящим от его теплопроводности, термостабильности, толщины, строения, жесткости, кинетики и условий его получения;

Способностью отражения (поглощения) падающего теплового потока поверхностью образующегося пенококса. Вспененный кокс также ограничивает диффузию летучих продуктов деструкции полимера к пламени и, наоборот, кислорода воздуха к поверхности разлагающегося полимера. Увеличение выхода карбонизированных продуктов и толщины пенослоя уменьшает количество поступающих в зону горения летучих веществ, снижает интенсивность теплового потока к нижележащим слоям покрытия. Увеличение термостойкости кокса приводит к росту температуры его поверхности и способствует повышению затрат на нагрев. Морфология кокса влияет на его теплопроводность, проницаемость, способность к выгоранию и тлению.

Пенококсовый слой должен иметь высокую адгезию к защищаемой поверхности, которая при пожаре нагревается. В этом плане большое практическое значение имеют также противокоррозионные грунтовки, наносимые на подложку перед ее окраской огнезащитным ЛКМ.

Огнезащитная эффективность ОВП при нанесении на металл согласно НПБ 236-97 характеризуется временем (в минутах) от начала огневого испытания до достижения образцом стальной конструкции с огнезащитным покрытием критической температуры (500 0 С). При этом тепловое воздействие на испытуемый образец осуществляется в стандартном температурном режиме пожара, характеризуемом следующей температурной зависимостью:

Т = 345 lg (8t +1) + Т 0 ,

где Т – температура, соответствующая времени t , 0 C;

Т 0 – температура до начала теплового воздействия (принимают равной температуре окружающей среды), 0 С;

t – время, исчисляемое от начала испытания, мин.

ЛКМ интумесцентного типа делятся на два основных вида: водо- и органоразбавляемые. Водоразбавляемые материалы не имеют запаха и зачастую более эффективны по огнезащитным свойствам. Лучшие ОВП, полученные на основе водно-дисперсионных (ВД) красок, имеют коэффициент вспучивания 40–50 и при толщине защитного слоя 1–1,5 мм обеспечивают четвертую группу огнезащиты по НПБ 236-97. Однако им присущ очень серьезный недостаток – высокая восприимчивость к воде и влаге воздуха, что обусловливает снижение огнезащитной эффективности из-за потери покрытием водорастворимых специальных компонентов. В свою очередь, органорастворимые ЛКМ образуют более водостойкие покрытия, могут наноситься на изделия в условиях повышенной влажности, допускают транспортировку и применение в зимнее время.

Образование вспучивающегося слоя с оптимальными защитными свойствами при действии на покрытие высоких температур определяется в значительной степени составом огнезащитной краски, количественным соотношением между компонентами и химическими процессами, протекающими при формировании пенококса. Поэтому знание основных функциональных свойств компонентов и химизма их превращений в карбонизирующиеся продукты является ключевым фактором для целенаправленного повышения эффективности огнезащитных покрытий.

А.В. Павлович, В.В. Владенков, В.Н. Изюмский, С.Л. Кильчицкая, Смоленский лакокрасочный завод