CC BY
21
Успехи в химии и химической технологии. ТОМ XXXII. 2018. № 10 УДК 621.039.75
Добровольский Д.С., Маракулин С.И., Серцова А.А., Юртов Е.В.
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ВСПУЧИВАЮЩИХСЯ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ СМОЛ С НАНОЧАСТИЦАМИ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ
Добровольский Денис Сергеевич, магистрант 2 курса кафедры наноматериалов и нанотехнологий
Маракулин Станислав Игоревич, ведущий инженер кафедры наноматериалов и нанотехнологий
Серцова Александра Анатольевна, к.х.н., доцент кафедры наноматериалов и нанотехнологий
Юртов Евгений Васильевич, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой наноматериалов и нанотехнологий, e-mail:
nanomaterial@mail.ru
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская площадь, дом 9
В данной работе представлены результаты проведенных анализов для оценки эффективности вспучивающихся покрытий на основе эпоксидной смолы, содержащей в качестве наполнителей наночастицы соединений металлов для металлических конструкций. Установлено влияние состава наполнителя на свойства вспучивающихся покрытий, проведены испытания в условиях реального пожара.
Ключевые слова: полимерные нанокомпозиты, вспучивающиеся покрытия, эпоксидная смола.
ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF FIRE PROTECTIVE COATINGS BASED ON EPOXY RESINS WITH NANOPARTICLES OF METAL COMPOUNDS
Dobrovolsky D.S., Marakulin S.I., Sertsova A.A., Urtov E.V.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
This paper present the results of our analyzes to evaluate the effectiveness of intumescent coatings for metal structures developed on the basis of epoxy resin containing nanoparticles of metal compounds as fillers. The influence of the filler composition on the properties of intumescent coatings was established, and tests were conducted under real fire conditions.
Keywords: polymeric nanocomposites, intumescent coatings, epoxy resin.
Защита зданий и сооружений от пожара является использованием в качестве наполнителей
важной задачей современного общества. наночастиц соединений металлов [5].
Большинство металлических конструкций при Получение огнезащитных вспучивающихся
термическом воздействии деформируется, что покрытий проводили путем смешения эпоксидной
приводит к их разрушению, большим человеческим смолы, отвердителя и смеси наполнителей.
жертвам и материальным потерям [1]. Одним из Содержание наполнителя составляло 20 масс %. В
основных способов защиты металлоконструкций от наполнителе обязательным компонентов является
воздействия пламени и высоких температур является источник неорганической кислоты - полифосфат
использование огнестойких вспучивающихся аммония (ПФА). Помимо него так же
покрытий на основе полимерных матриц с использовались наночастицы оксида кремния,
различными наполнителями [2-4]. Актуальной на алюминия, цинка а так же гидроксид магния и борат
сегодняшний день задачей является разработка цинка. Соотношение наполнителей для каждого
огнезащитных составов для металлоконструкций с образца представлены в таблице 1.
Таблица 1. Состав полученных композиционных материалов
Название образца ПФА, масс. % Борат цинка, масс. % Гидроксид магния, масс. % Оксид цинка, масс. % Оксид кремния, масс. % Оксид алюминия, масс. %
1 85 15 0 0 0 0
2 85 0 0 15 0 0
3 85 0 0 0 0 15
4 85 0 0 0 15 0
5 85 0 15 0 0 0
6 100 0 0 0 0 0
Оценка огне- и термостойких характеристик полученных композиционных материалов проводилась с помощью испытаний на карбонизированный остаток, скорость горения, анализ температурного режима образцов в условиях реального пожара.
Теплопроводность вспучивающего покрытия во многом зависит от величины и структуры образующегося кокосового остатка.
Результаты анализа величины коксового остатка представлены на рисунке 1.
Полученные во время испытаний карбонизированные покрытия были изучены при помощи сканирующей электронной микроскопии. Приведенные СЭМ изображения соответствуют чистой эпоксидной смоле (рис. 2 а), эпоксидной смоле с полифосфатом аммония (рис. 2 б) и составу 1 (рис. 2в).
1 : 1 4 ; 6
Состав
Рис. 1. Результаты анализа величины коксового остатка для полученных образцов.
Рис. 2. СЭМ изображения полученных карбонизированных остатков.
Коксовый остаток чистой эпоксидной смолы имеет монолитную структуру, на поверхности отсутствуют поры. Введение полифосфата аммония в эпоксидную смолу способствует формированию пор размером около 500 микрометров. Размеры пор при введение совместно с ПФА наночастиц металлов уменьшаются до 100 мкм. Полученная структура карбонизированного остатка способствует снижению теплопроводности образующегося покрытия.
Важным параметром любого огнезащитного покрытия интумесцентного типа является скорость распространения тепла или пламени от поверхности
покрытия к подложке, на которое оно нанесено. Испытания данного типа проводятся в температурных условиях реального пожара в соответствии с ГОСТ-Р-53295-2009. Металлическая пластина с нанесенным вспучивающимся покрытием помещается окрашенной стороной к источнику тепла. С обратной стороны пластины, изолированной от воздействия тепла, производится измерение температуры. Критической для металлических конструкций является температура 500 0С. Зависимости температур пластин со вспучивающимися покрытиями от времени представлены на рисунке 3.
времл нагрева [мин.]
Рис. 3. Зависимости температур пластин с нанесенными вспучивающимися покрытиями от времени при условиях
реального пожара.
Результаты проведенных испытаний в условиях реального пожара коррелируют с результатами количественного анализа образующегося коксового остатка. Образец 1, в состав наполнителя которого входят наночастицы бората цинка совместно с полифосфатом аммония, обладает большим защитным эффектом, по сравнению с остальными образцами.
Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральное государственное бюджетное учреждение « Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» (Фонд содействия инновациям) в рамках договора № 11718ГУ/2017от 03.07.2017.
Список литературы
1. Серцова А.А., Маракулин С.И., Юртов Е.В. Наночастицы соединений металлов - замедлители горения для полимерных композиционных материалов // Российский химический журнал. -2015 - Т.59, № 3 - С. 78-85.
2. Cерцова А.А., Маракулин С.И., Субчева Е.Н., Юртов Е.В. Создание негорючих полимерных
композиций с применением наночастиц соединений металлов в качестве замедлителей горения // VI Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов»: сборник материалов Междун. конф. (ИМЕТ РАН 10-13 ноября 2015 г.) - Москва 2015 - С. 683.
3. Маракулин С.И., Серцова А.А., Юртов Е.В. Получение наночастиц бората цинка. // Успехи в химии и химической технологии. - 2013 - Т. 27. № 6 (146) - С. 107-109.
4. Маракулин С.И., Серцова А.А., Юртов Е.В. Термические свойства светопрозрачных композиционных материалов на основе полиметилметакрилата с наночастицами соединений цинка. // Успехи в химии и химической технологии. - 2014 - Т. 28. № 6 (155) - С. 40-42.
5. Матвеев М.Д., Маракулин С.И., Серцова А.А., Юртов Е.В. Влияние микро- и наночастиц бората цинка на горючесть композиционных материалов на основе полиметилметакрилата. // Успехи в химии и химической технологии. - 2015 -Т. 29. № 6 (165) - С. 99-101.
