Огнезащитные покрытия

Содержание статьи

• Вспучивающиеся покрытия
• Свойства покрытий
• Состав покрытий
• Преимущества применения покрытий
• Толщина 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.

Вспучивающиеся огнезащитные 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.

Состав огнезащитных покрытий

1. Источник образования карбоновой основы. Образование углеродного скелета пенококса происходит в основном за счет присутствие в огнезащитных материалах многоатомных спиртов - полиолов. Причем, чем длиннее углеродная цепь в молекуле спирта, тем эффективнее образуется углеродный каркас пены.
2. Факторы дегидратации – определяют скорость коксообразования, а, следовательно, темп развития термоизолирующего слоя. Эту функцию выполняют гидроксильные группы полиолов.
3. Наличие катализаторов. Катализаторы увеличивают в несколько раз скорости образования углеродного каркаса. Эту роль играют кислоты, а также амины и амиды, входящие в состав огнезащитных покрытий.
4. Присутствие пенообразователя. Естественно, что для формирования вспучивающего покрытия необходимы компоненты, превращающие их пленки в пены. К таким агентам относятся амины, амиды, и образующиеся при нагреве углекислый газ, азот, аммиак и некоторые другие.
5. Пигменты и наполнители. Показано, что эти обязательные компоненты лакокрасочных материалов могут существенно изменять толщину пенного слоя и влиять на кинетику коксообразования. Так, например, пигменты щелочной природы значительно снижают высоту пенококса. Поэтому, их не стоит включать в рецептуры вспенивающихся огнезащитных покрытий. С другой стороны, известно, что такой широко используемый и традиционный наполнитель, как диоксид титана не влияет на процессы формирования карбонизированной пеномассы.
6. Пленкообразователи. Огнезащитные покрытия должны сохранять свои свойства в течение длительного времени. Кроме того, связующие компоненты их составов обязаны характеризоваться высокой термопластичностью. Этим свойства полностью удовлетворяют водно-дисперсионные системы, а также лакокрасочные материалы на основе ПВАД и сополимерах винилацетата.

Преимущества применения вспучивающихся огнезащитных покрытий

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.

Толщина 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.