CC BY
110
ОГНЕЗАЩИТА
В. М. Балакин
канд. хим. наук, профессор Уральского государственного лесотехнического университета, г. Екатеринбург, Россия
А. М. Селезнев
аспирант Уральского государственного лесотехнического университета, г. Екатеринбург, Россия
К. В. Белоногов
студент Уральского государственного лесотехнического университета, г. Екатеринбург, Россия
УДК 614.841
ПЕРВИЧНАЯ ОЦЕНКА ОГНЕЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ
ВСПУЧИВАЮЩИХСЯ ПОКРЫТИЙ
НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ ВОДНЫХ ДИСПЕРСИЙ
Приведена первичная оценка огнезащитных вспучивающихся лакокрасочных покрытий на основе поливинил-ацетатной, акриловой и стирол-акриловой водных дисперсий. Сравнительная оценка проводилась по потере массы, коэффициенту вспучивания и теплоизоляционной эффективности.
Ключевые слова: огнезащитные, вспучивающиеся и лакокрасочные покрытия, коэффициент вспучивания.
Разработка вспучивающихся огнезащитных составов для металлических и деревянных строительных конструкций является одним из приоритетных направлений пожарной безопасности зданий и сооружений [1], так как стоимость мероприятий, направленных на устранение последствий пожаров, во много раз превышает затраты на их профилактику. Помимо этого, огнезащитные лакокрасочные покрытия имеют малую толщину слоя покрытия, что снижает нагрузку на конструкции.
Именно поэтому в области огнезащитных покрытий ведутся непрерывные разработки по усовершенствованию лакокрасочных составов, покрытий и композиций пониженной горючести, обладающих эффектом вспучивания. Большое количество как отечественных, так и зарубежных патентов [2-15] и статей [16-21] в области огнезащиты строительных конструкций лишь подтверждает актуальность таких разработок.
Поиски новых решений в данном направлении не один год ведутся в Уральском государственном лесотехническом университете, на кафедре технологии переработки пластических масс [20, 21].
В настоящей работе представлены результаты сравнительной оценки огнезащитных свойств вспучивающихся покрытий, полученных на основе различных водных дисперсий.
© Балакин В. М., Селезнев А. М., Белоногое К. В., 2010
В качестве водных дисперсий были выбраны по-ливинилацетатная, акриловая и стирол-акриловая. Покрытия содержали следующие компоненты: пен-таэритрит, ТЮ2, полифосфат аммония, стабилизатор (Нопко), меламин, пигментный диспергатор (Оротан), загуститель (БегшосоИ), этиленгликоль и воду. Краткие характеристики дисперсий приведены в табл. 1.
Для сравнительной оценки огнезащитных свойств с полученными покрытиями были проведены испытания в установке типа "огневая труба", схематически представленной на рис. 1.
На основе выбранных дисперсий в лабораторных условиях были получены покрытия на основе ПВА (1, 2), стирол-акриловой (3-8) и акриловой (9-13) дисперсий различных марок на установке, имитирующей принцип работы бисерной мельницы.
Далее наносили кистью от 1 до 4 слоев покрытия на восемь образцов древесины сосны размерами 100 х 35 х 5 мм с различным расходом состава. После нанесения каждого слоя образцы высушивали при комнатных условиях не менее 6 ч. Затем их подвергали испытаниям в установке типа "огневая труба". По данным, полученным в ходе испытаний, были построены графики зависимости потери массы образцов древесины от расхода огнезащитного
Таблица 1. Краткая характеристика дисперсий
Номер покрытия Марка дисперсии Тип дисперсии Внешний вид рн
1 Д51С < ffl Вязкая жидкость белого цвета 4,6
2 ДФ51/10С С То же 4,6
3 BC-4363 Светлая вязкая жидкость 7,5
4 DS-960 га Молочно-белая жидкость 7,5
5 Akratam AS-01 1 0 4 5 ft 1 4 о ft 5 То же 8,5
6 XZ-94790 Вязкая жидкость белого цвета 6,5
7 DM-109 н и Молочно-белая жидкость 8,0
8 Primal WL-100 Вязкая жидкость белого цвета 8,5
9 Primal CL 3371 Светло-янтарная жидкость 8,7
10 Primal AC-261 K СС Молочно-белая жидкость 8,5
11 Mainkote HG-86 ER ч s & < То же 8,5
12 Avance MV-100 Вязкая жидкость белого цвета 8,5
13 Acrylic 6430 То же 8,5
состава (рис. 2). Краткая характеристика физико-химических свойств исследуемых огнезащитных покрытий представлена в табл. 2.
Из графиков, представленных на рис. 2, видно, что уже при расходе покрытия 200 г/м2 для группы составов 1-3, 8,10,13 показатели потери массы образцов древесины не превышают 10 %, а для остальных покрытий — не более 20 %.
Для дальнейших испытаний были выбраны покрытия: 2 (на основе ПВА-дисперсии), 3 и 8 (наосно-ве стирол-акриловых дисперсий), 10 (на основе акриловой дисперсии).
Испытания огнезащитных покрытий в установке типа ОТМ проводились на образцах древесины сосны размерами 150 х 60 х 30 мм, обработанных огнезащитными покрытиями в 1-4 слоя с различным расходом. По результатам испытаний построены кривые зависимости потери массы образцов древесины при сжигании в установке типа ОТМ от расхода огнезащитного покрытия (рис. 3).
Из графиков, представленных на рис. 3, видно, что при расходе огнезащитных покрытий 200 г/м2 потери массы образцов не превышают 5 %. При расходе, близком к 400 г/м2, лучшими показателями по потере массы обладают составы 2 и 10.
Рис. 1. Схема установки типа "огневая труба": 1 — металлический крючок для крепления образца; 2 — металлическая или керамическая труба; 3 — образец; 4 — зеркало; 5 — спиртовка; 6 — штатив
Были проведены также испытания по определению теплоизоляционной эффективности вспучивающихся огнезащитных покрытий с помощью установки, схема которой представлена на рис. 4.
Перед нанесением лакокрасочного покрытия металлический цилиндр диаметром 24,8 мм протирали тканью, смоченной растворителем (уайт-спиритом или сольвентом); затем протирали насухо и снова — тканью, смоченной ацетоном. Затем на цилиндр наносили огнезащитное покрытие толщиной не более 0,4 мм.
Металлический цилиндр, предварительно обработанный огнезащитным покрытием, закрепляли на штативе. В отверстие металлического цилиндра помещали термопару регистрирующего прибора. Затем подготовленный цилиндр помещали в пламя газовой горелки. Высота пламени должна быть 4 см на протяжении всего испытания. Изменение температуры фиксировали каждую минуту. Металлический цилиндр выдерживали в пламени газовой горелки до достижения постоянной температуры.
Контрольным образцом в испытаниях служил металлический цилиндр без покрытия. На остальные цилиндры были нанесены покрытия 2, 3, 8 и 10 толщиной 0,26; 0,21; 0,30 и 0,27 мм соответственно.
В результате испытаний были получены данные, по которым были построены кривые зависимости изменения температуры внутри цилиндра от времени нагрева в пламени газовой горелки (рис. 5).
Из графиков, представленных на рис. 5, видно, что контрольный цилиндр без покрытия за 12 мин достигает температуры 500 °С. За это же время цилиндры с огнезащитными покрытиями 2, 3, 8 и 10 достигают температуры 285,379,336 и 339 °С соответственно, что в 1,47-1,75 раза меньше температуры контрольного цилиндра. Постоянная температу-
я
s s
20
18
16
14
12
10
1—R2--2 — R2--
8 — R2
9 — R2-10 —R2-
0,8473 0,6616 0,9057 0,9024 0,8390 0,8942 0,7902 0,7069 0,9772 0,8013 0,9578 0,7382 0,8851
100 200 300 400 500
Расход огнезащитного покрытия, г/м2
600
700
800
Рис. 2. Зависимость потери массы образцов древесины при сжигании в установке типа "огневая труба" от расхода огнезащитного покрытия
ра, достигнутая в ходе испытаний, составила 285, 418, 353 и 370 °С соответственно.
Кроме этого, проводились испытания по определению коэффициента вспучивания на металлических пластинах размером 150 х 70 х 1 мм. Наплас-тины предварительно наносили огнезащитное покрытие толщиной не более 1 мм. Пластины, обработанные огнезащитным вспучивающимся покрыти-
Таблица 2. Краткая характеристика физико-химических свойств огнезащитных покрытий
Номер покрытия Тип дисперсии Марка дисперсии Сухой остаток, % Средняя потеря массы образцов (при расходе 200 г/м2), %
1 ПВА Д51С 51 7,3
2 ДФ51/10С 53 5,6
3 § BC-4363 49 8,9
4 га о Ч DS-960 55 12,8
5 5 6 Akratam AS-01 1 49 10,3
6 cd 1 ч XZ-94790 46 16,7
7 s DM-109 47 17,8
8 и Primal WL-100 49,5 9,7
9 Primal CL 3371 44,5 12,7
10 га Primal AC-261 K 50 8,1
11 4 5 ft « < Mainkote HG-86 ER 43,6 17,5
12 Avance MV-100 50 12,4
13 Acrylic 6430 45 7,5
on
Я
CJ U
я S
Я
\ х 2- -R2 = 0,8258
\\ ♦ ♦ йЛ 8- -R2 = 0,6149 -R2 = 0,6145
Ч ♦ ю- -R2 = 0,5046
\ X V* х
\ ч \\ "
^^ ^^^^ ........... 3
ю......................... VX ..........................................
^8
х :'ï...... А X X
100
200
300
400
500
600
Расход огнезащитного покрытия, г/м2
Рис. 3. Зависимость потери массы образцов древесины при сжигании в установке типа ОТМ от расхода огнезащитного покрытия
Таблица 3. Результаты испытаний по определению коэффициента вспучивания
Номер покрытия Марка и тип дисперсии Номер опыта Толщина покрытия, мм Толщина вспученного слоя, мм Коэффициент вспучивания k
2 ДФ51/10С (ПВА) 1 2 0,49 0,39 34,0 33,0 69,4 84,6
3 BC-4363 (стирол-акриловая) 3 4 0,41 0,47 8,3 12,4 20,2 26,4
8 Primal WL-100 (стирол-акриловая) 5 6 0,39 0,35 5,2 6,6 13,3 18,9
10 Primal AC-261 K (акриловая) 7 8 0,39 0,38 17,2 17,5 44,1 46,1
Рис. 4. Установка для оценки теплоизоляционных свойств вспучивающихся огнезащитных покрытий на металлической поверхности в пламени газовой горелки: 1 — металлический цилиндр с центральным отверстием; 2 — термопара; 3 — регистрирующий прибор
ем, помещали в муфельную печь и выдерживали в течение 5 мин при температуре (600 ± 5) °С. При этом наблюдалось вспучивание покрытий. Затем для всех покрытий были рассчитаны коэффициенты вспучивания по формуле
к = к\/к,
где к — коэффициент вспучивания; к — толщина покрытия, мм; к1 — толщина вспученного слоя, мм. Результаты испытаний по определению коэффициента вспучивания представлены в табл. 3.
6U0
500
400
300
200 - Контрольный образец 2, h = 0,26 мм
100 3, h = 0,21 мм
-о- 8, h = 0,30 мм 10, h = 0,27 мм
0 5 10 15 20 25 30
Время, мин
Рис. 5. Зависимость изменения температуры внутри цилиндра от времени нагрева в пламени газовой горелки для образцов 2,3,8,10 и контрольного образца без покрытия
По результатам испытаний видно, что наилучшими показателями по коэффициенту вспучивания обладают составы 2 и 10 на основе ПВА и акриловой дисперсии соответственно.
Обобщая результаты испытаний на металлических цилиндрах в установке типа ОТМ и данные определения коэффициента вспучивания, можно сделать вывод, что наибольшей огнезащитной эффективностью обладают составы 2 (на основе ПВА-дисперсии марки ДФ 51/10С) и 10 (на основе акриловой дисперсии марки Primal AC-261 K).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности : федер. закон от 22 июля 2008 г. № 123-Ф3 : принят Гос. Думой 4 июля 2008 г. : одобр. Советом Федерации 11 июля 2008 г. — М.: ФГУ ВНИИПО, 2008. — 157 с.
2. Пат. 2174527 Российская Федерация. Огнезащитная вспучивающаяся краска / Потапова Е. В. ; опубл. 10.10.2001.
3. Пат. 2250204 Российская Федерация. Огнезащитное покрытие / Демин Е. Н., Ходу-сов С. А. ; опубл. 20.04.2005.
4. Пат. 2125075 Российская Федерация. Огнезащитный состав О3К-Д-1М /Хафизов Ф. Ш., Хузиев А. Р., Абфзгильдин Ю. М., Махмутов Р. М., Нафиков Г. 3., Сулейманов Ф. Н., Мана-ев В. В. ; опубл. 20.01.1999.
5. Пат. 2224775 Российская Федерация. Огнезащитная вспучивающаяся краска / Захват-кин С. С., Фаскора В. Н., Владиславлева Е. Ю. ; опубл. 27.02.2004.
6. Пат. 2065463 Российская Федерация. Огнезащитный вспучивающийся состав для покрытий / Амбарцумян Р. Г., Кутько С. Д., Левченко А. Ф., Карлик В. М., Печников А. В. ; опубл. 20.08.1996.
7. Пат. 2313549 Российская Федерация. Огнезащитная краска для древесины / Рябов С. Н., Борило Л. П., Заболотская А. В., Коротков А. С. ; опубл. 07.12.2007.
8. Пат. 2225423 Российская Федерация. Огнезащитная вспучивающаяся краска / Гузяе-ваТ. Е., Манеров В. Б., Марченко О. В., Попова С. Д., Миронова Л. В. ; опубл. 10.03.2004.
9. Пат 2219208 Российская Федерация. Способ получения воднодисперсионных огнезащитных вспучивающихся красок / Алексюк Г. П., Кисурин В. А., Ковтун Г. И., Воскресенский А. М. ; опубл. 20.12.2003.
10. Пат. 32593 Украина. Вогнезахисна спучувана композиц1я для покриття / Кривенко П. В., Пушкарёва К. К., Суханевич М. В. ; опубл. 15.02.2001.
11. Пат. 4198328 США. Flame-resisting intumescent paints/ Bertelli G. (Ferrara, IT), Roma P. (Ferrara, IT), Locatelli R. (Ferrara, IT); опубл. 04.15.1980.
12. Пат. 6613391 США. Flame inhibiting and retarding chemical process and system for general use on multiple solid surfaces / Gang H. ; опубл. 09.02.2003.
13. Пат. 7569155 США. Aqueousfoaming composition / Ted H. Schaefer ; опубл. 19.07.2003.
14. Пат. 5445754 США. Water-based, thermal paint / Neil R. Nelson ; опубл. 29.08.1995.
15. Пат. 6228914 США. Intumescent composition and method / Ford B. M., Hutchings D. A., Fo-ucht M. E., Qureshi S. P., Garvey C. E., Krassowski D. W. ; опубл. 05.08.2001.
16. Матвейчев П. M. Водно-дисперсионные краски по металлу // Промышленная окраска. — 2007. — № 5.— С. 10-13.
17. Варламова Л. П., Извозчикова В. А., Аверченко А. С., Семчиков Ю. Д., Рябов С. А. Огнезащитные полимерные композиции на основе поливинилхлорида и перхлорвиниловой смолы //Журнал прикладнойхимии. — 2008. —Т. 81, вып. 4. — С. 681-683.
18. Страхов В. Л., Крутов А. М., Давыдкин Н. Ф. Огнезащита строительных конструкций / Под ред. Ю. А. Кошмарова. — М. : Информационно-издательский центр "Тимр", 2000. — 443 с.
19. Страхов В. Л., Гаращенко А. Н. Огнезащита строительных конструкций: современные средства и методы оптимального проектирования // Строительные материалы. — 2002. — № 6. — С. 2-5.
20. Балакин В. М., Полищук Е. Ю., Литвинец Ю. И. и др. Изучение огнезащитной эффективности азот-фосфорсодержащих составов для древесины // Пожаровзрывобезопасность. — 2007. — Т. 16, № 5. — С. 39-40.
21. Балакин В. М., Полищук Е. Ю., Горбунова Е. М. и др. Исследование огнезащитных и физико-химических свойств фосфорсодержащих карбамидоформальдегидных олигомеров // Пожаровзрывобезопасность. — 2008. — Т. 17, № 5. — С. 54-56.
Материал поступил в редакцию 16 февраля 2010 г.
Электронные адреса авторов: balakin_v.m@mail.ru,
seleznev_a.m@mail.ru.
Издательство «П0ЖНАУКА»
Представляет новую книгу
А. А. Антоненко, Т. А. Буцынская, А. Н. Членов. )СН0ВЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ СИСТЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ: учебно-справочное пособие / Под общ. ред. д-ра техн. наук А. Н. Членова. -М.: 000 "Издательство "Пожнаука", 2010. - 210 с.
В учебно-справочном пособии изложены основы современного подхода к проблеме комплексного обеспечения безопасности объектов хозяйствования с помощью технических средств и систем; приведены сведения о технической эксплуатации комплексных систем безопасности, а также справочно-методическая информация для решения практических задач по эксплуатации. Дано основное содержание эксклюзивной разработки — ГОСТ Р 53704-2009 "Системы безопасности комплексные и интегрированные", входящего в отраслевой комплект нормативно-технической документации по данной проблеме.
Книга предназначена для практических работников в области систем безопасности и может быть использована как учебное пособие для подготовки и повышения квалификации специалистов соответствующего профиля.
121352, г. Москва, ул. Давыдковская, д. 12, стр. 7; тел./факс: (495) 228-09-03; e-mail: mail@firepress.ru
