CC BY
157
УДК 667.6+678+699.812.3
ДВУХКОМПОНЕНТНЫЕ ОГНЕЗАЩИТНЫЕ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИНТУМЕСЦЕНТНОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНЫХ СВЯЗУЮЩИХ
TWO-COMPONENT FIREPROOF COATING MATERIALS OF INTUMESCENT TYPE ON THE BASIS OF EPOXY BINDERS
Шакиров Николай Русланович,
студент, e-mail: [email protected] Shakirov Nikolai R., student Абросимова Лилия Федоровна,
аспирант, e-mail: [email protected] Abrosimova Liliya F., graduate student Шакирова Ольга Григорьевна,
кандидат хим. наук, доцент, зав. кафедрой e-mail: [email protected] Shakirova Olga G., С. Sc., Associate Professor, Head of Department
ФГБОУ ВО «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» Россия, 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр-кт Ленина, 27
Komsomolsk-on-Amur State Technical University, 27, Lenin ave, Komsomolsk-on-Amur, 681013, Russia
Аннотация. Получены двухкомпонентные огнезащитные лакокрасочные материалы (J1KM) инту-месцентного типа на основе эпоксидных связующих и лакокрасочные покрытия (ЛКП), образованные данными JJKM. Изучены технологические, потребительские и эксплуатационные свойства ЛКМ и ЛКП.
Abstract. Two-component fireproofpainting materials of intumescent type on the basis of epoxy binders and coatings formed by these paints have been obtained. The technology, consumer properties and performance of these painting materials and coatings have been studied.
Ключевые слова: лакокрасочный материал, огнезащита, эпоксидные связующие, пенококсовый слой. Key words: painting material, fireproof, epoxy binders, coke foam layer.
Актуальность темы
Согласно сводной статистике пожаров в Российской федерации, с каждым годом количество пожаров на территории нашей страны сокращается уверенными темпами. Несмотря на благоприятные статистические данные, число погибших и раненых во время пожаров, а также материальные убытки оцениваются тысячами единиц. За 12 месяцев 2015 года на территории Российской Федерации зарегистрировано 145686 пожаров. На пожарах погибло 9377 человек, в том числе 459 детей; травмировано 10920 человек. Прямой материальный ущерб от пожаров составил 18,81 млрд. руб. Огнём уничтожено 41290 строений и 7663 единицы техники. В связи с неутешительными данными статистики современное законодательство Российской Федерации предъявляет особые требования в области пожарной безопасности [1].
Повышенное внимание и особые требования предъявляются как к вновь строящимся, так и ранее введенным в эксплуатацию зданиям и соору-
жениям. Одним из важнейших элементов системы пожарной безопасности зданий и сооружений является огнезащита строительных конструкций. Данная система служит для обеспечения повышения огнестойкости конструкций до необходимого уровня, снижения их пожарной опасности, предотвращения развития и распространения пламени. Выполнение этих требований снижает вероятность гибели людей и материальные потери от пожаров [2].
Одним из наиболее эффективных и доступных способов придания огнестойкости различным материалам служит окраска их огнезащитными ЛКМ. На сегодняшний день наиболее перспективными являются огнезащитные лакокрасочные материалы, образующие покрытия интумесцентного типа. Данные ЛКМ образуют на защищаемой поверхности пенококсовый карбонизированный слой, обладающий низкой теплопроводностью. Широкое применение данные материалы получили в силу своих декоративных свойств и экономических показателей. Так же отличительным явля-
ется удобство нанесения данных материалов, что очень важно для трудноступных частей металлоконструкций и конструкций сложных форм. Кроме того, огнезащитные ЛКМ обладают и рядом других преимуществ: ремонтопригодность, широкие возможности эксплуатации (возможность применять как в открытых, так и в закрытых помещениях, в условиях широкого диапазона температур и под воздействием различных производственных факторов) и др.
Интумесцентные ЛКМ делят на водорастворимые и органорастворимые (растворимые в уайт-спирите, сольвенте, толуоле, ксилоле, бутилацета-те). Преимуществами водорастворимых составов является их экологичность и технологичность. Они эффективны при пожарах, протекающих по типу целлюлозного горения. В условиях углеводородного горения (при стремительном нарастании температуры), не успевают превратиться в защитный слой и разрушаются. Покрытия на основе водорастворимых огнезащитных вспучивающихся ЛКМ рекомендуется эксплуатировать внутри помещений. Это обусловлено тем, что при пониженных температурах и высокой влажности они склонны к охрупчиванию и отслоениям, их развитая микропористость приводит к постепенному вымыванию антипиренов. Огнезащитные ЛКМ на основе органических растворителей являются более эффективными при пожарах углеродного типа, менее зависимы от температурно-влажностного режима эксплуатации, не способствуют развитию подпленочной коррозии металлических конструкций [3, 4].
Оптимальными эксплуатационными характеристиками обладают интумесцентные ЛКМ на основе эпоксидных смол. Данные ЛКМ выдерживают углеводородный тип горения, устойчивы к различным климатическим факторам (перепады температур, повышенная влажность и др.), воздействию агрессивных сред (растворы кислот, щелочей, морская вода и др.), что увеличивает их срок эксплуатации.
Огнезащитные ЛКМ интумесцентного типа -это многокомпонентные системы. Основными компонентами являются органические гидроксил-содержащие соединения с большим содержанием углерода, неорганические кислоты или вещества, выделяющие кислоту при 100 - 250 °С, органические или неорганические соединения, способные при термическом разложении выделять значительное количество негорючих газов [5-7]. Так же в состав вводят и другие минеральные наполнители, которые позволяют уменьшить относительное содержание горючей составляющей покрытия, изменяют его теплофизические характеристики, а также условия тепло- и массообмена при горении. Наибольшее применение среди таких наполнителей получили технический углерод, диоксид титана, оксид кремния, каолин, тальк, слюда, графит,
керамзит.
Эффективность огнезащитных свойств пено-коксового слоя зависят от множества факторов:
-кинетики и условий образования пенококса;
-его состава, строения;
-жесткости, термостабильности и теплопроводности;
-количества и толщины и др. [8].
На практике наиболее широко применяется состав: полифосфат аммония, пентаэритрит и ме-ламин (МА) [9-15]. Для получения ЛКМ компоненты совмещаются с каким-либо связующим, которое во многом определяет конечные свойства ЛКМ и ЛКП.
Цель работы
Целью данной работы является разработка двухкомпонентных огнезащитных лакокрасочных материалов интумесцентного типа на основе эпоксидных связующих и лакокрасочных покрытий, образованных данными ЛКМ. Изучение технологических, потребительских и эксплуатационных свойств ЛКМ и ЛКП. Выбор связующих обусловлен тем, что на сегодняшний день известно множество отвердителей для эпоксидных смол, позволяющих получить ЛКМ, которые способны образовывать ЛКП в широком диапазоне темпера-турно-влажностных режимов.
Методы исследования
В качестве связующего для ЛКМ использовали эпоксидную смолу марки ЭД-20 (30-40 % масс.), в качестве активного бифункционального разбавителя для эпоксидных систем использовали продукт конденсации эпихлоргидрина с диэти-ленгликолем (15-20 %), различные аминные отвердители эпоксидных смол (15-25 %). В качестве пенообразующего компонента (30-40 %) выбрана система полифосфат аммония - пентаэритрит - меламин в соотношении 2:1:1. Для увеличения пенококсового слоя использовали интеркали-рованный графит (0,1-0,4 %), для снижения дымо-образования бентонитовую глину (0,1-0,6 %), а так же минеральные наполнители (диоксид титана, гидроксид алюминия, стеклянные микросферы) и различные функциональные добавки (хлорпара-фины, модификатор реологии).
Условную вязкость определяли по ГОСТ 8240-74.
Массовую долю нелетучих веществ определяли по методике, описанной в ГОСТ Р 52487.
Степень перетира определяли согласно ГОСТ 52753-2007.
Для определения укрывистости пленки ЛКМ использовали визуальный метод, описанный в ГОСТ 8784-75 (метод 1).
Цвет ЛКП определяли согласно методике ГОСТ 29319-92.
Таблица 1 .Технологические, потребительские и эксплуатационные свойства.
Наименование показателя НД на испытания Значение
Условная вязкость, с, не менее 14 19
Массовая доля нелетучих веществ, %, не менее ГОСТ Р 52487 98±2
Степень перетира, мкм, не более ГОСТ 52753 40
Укрывистость высушенной пленки, г/м2, не более ГОСТ 8784-75 (метод 1) 116
Цвет ЛКП ГОСТ 29319 От светло-желтого до коричневого
Внешний вид ЛКП ГОСТ 51691, п. 9.3 Поверхность глянцевая однородная, без кратеров, пор и морщин
Адгезия, баллы, не более ГОСТ 15140 (раздел 2) 1
Эластичность пленки при изгибе, мм ГОСТ 6806 1-3
Таблица 2. Стойкость покрытия к статическому воздействию жидкостей
Метод испытания Изменение декоративных свойств Изменение защитных свойств Очаги коррозии металла основы, % Адгезия (балл)
Вода диет, при 20 ±2 °С в течение 24 ч Изменение цвета - незначительное (осветление) Ц-1. Изменение блеска - незначительное Б-1. Грязеудержание - без изм. Меление - без изм. Растрескивание - без изм. Отслаивание - без изм. Выветривание - без изм. Образование пузырей - без изм. Сморщивание - без изм. Растворение- без изм. Отсутствуют 4
3 % раствор «морской соли», при 20 ±2 °С в течение 24 ч Изменение цвета - значительное (побеление) Ц-4. Изменение блеска - слабое Б-2. Грязеудержание - без изм. Меление - без изм. Растрескивание - без изм. Отслаивание - без изм. Выветривание - без изм. Образование пузырей - без изм. Сморщивание - без изм. Растворение- без изм. Отсутствуют 1
10% раствор соляной кислоты, при 20 ±2 °С в течение 24 ч Изменение цвета - очень значительное (до темно зеленого) Ц-5. Изменение блеска - умеренное Б-3. Грязеудержание - без изм. Меление - без изм. Растрескивание - без изм. Отслаивание - без изм. Выветривание - без изм. Образование пузырей - без изм. Сморщивание - без изм. Растворение- без изм. Отсутствуют 1
10 % раствор гидроксида натрия, при 20 ±2 °С в течение 24 ч Изменение цвета - очень значительное (побеление) Ц-5. Изменение блеска - умеренное (поматовение) Б-3. Грязеудержание - без изм. Меление - без изм. Растрескивание - без изм. Отслаивание - без изм. Выветривание - без изм. Образование пузырей - без изм. Сморщивание - без изм. Растворение- без изм. Отсутствуют 1
Оценку внешнего вида ЛКП проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 51691-2008, п. 9.3. ЛКМ наносили кистью на металлические пластины.
Адгезию ЛКП определяли по ГОСТ 15140 методом решетчатых надрезов. Затем визуально оценивали состояние покрытия по четырехбаль-
ной шкале (1 балл - нет признаков отслаивания; 2 балла - нарушение не более 5 % поверхности решетки, 3 балла - нарушение от 5 до 35 % поверхности; 4 балла - отслаивание покрытия, превышающее 35 % поверхности решетки).
Эластичность пленки покрытия определяли по ГОСТ 6806-73.
Стойкость к статическому воздействию жидкостей испытывали согласно методике ГОСТ 9.403-80 метод А.
Результаты и их обсуждение Исследованы технологические, потребительские и эксплуатационные свойства полученных ЛКМ и ЛКП: условная вязкость, укрывистость, цвет ЛКП, адгезия, эластичность пленки ЛКП, массовая доля нелетучих веществ, стойкость к статическому воздействию жидкостей. Сводные данные по результатам экспериментов представлены в табл. 1 и 2.
Данные проведенных испытаний показывают, что двухкомпонентные огнезащитные ЛКМ инту-месцентного типа на основе эпоксидных связующих подобранных составов соответствуют требованиям нормативных документов, действующих на территории РФ применительно ЛКМ.
Таким образом, в работе показано, что использование разработанных двухкомпонентных
огнезащитных лакокрасочных материалов инту-месцентного типа на основе эпоксидных связующих возможно в условиях агрессивных сред: 3 % -го раствора морской соли, 10 % - го раствора соляной кислоты, 10 % - го раствора гидроксида натрия. Использование дальнейших практических разработок по получению, изучению и применению новых материалов позволит расширить ассортимент огнезащитных составов и решить важную задачу повышения надёжности конструкций и сооружений в целом.
Исследования поддержаны грантом по программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («У.М.Н.И.К.») Федерального Государственного Бюджетного Учреждения «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере». Авторы признательны за оказанную финансовую поддержку.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Статистика пожаров РФ 2015 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://wiki-Г1ге.ог^Статистика-пожаров-РФ-2015.аз11х. (Обращение 10.03.16)
2. Павлович А.В., Владенков В.В., Изюмский В.Н., Кильчицкая С.Л. Смоленский лакокрасочный завод. Огнезащитные вспучивающиеся покрытия / Журнал Лакокрасочная промышленность, Май 2012.
3. Завьялов, Д.Е. Огнезащитные вспучивающиеся композиции на основе интеркалированного графита / Д.Е. Завьялов, О.А. Зыбина, С.С. Мнацаканов, Н.С. Чернова, А.С. Варламов // Химическая промышленность. -2009.- Т.86,№ 8. - С.414-417.
4. Завьялов, Д.Е. Сравнительное изучение поведения фосфатов аммония в огнезащитных вспучивающихся композициях/ Д.Е. Завьялов, О.А. Зыбина, В.В. Митрофанов, С.С. Мнацаканов // Журнал прикладной химии. - 2012. - Т.85, вып.1. - С. 157-159.
5. Машляковский, J1.H. Органические покрытия пониженной горючести / Л.Н. Машляковский, А.Д.Лыков, В.Ю. Репкин.- Л.: Химия, 1989 - 280 с.
6. Гравит М.В. Разработка рецептур огнезащитных вспучивающихся покрытий. Основные компоненты. ООО «НИЦС и ПБ» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ogneportal.ru/articles/coatings/1072.
7. Vandersall H.L. Intumescent Coating Systems. Their Development and Chemistry/ H L. Vandersall // J. Fire and Flamm. — 1971.- №2. — C. 97-140.
8. Ненахов, С.А. Влияние наполнителей на структуру пенококса на основе полифосфата аммония/ С.А. Ненахов, В.П. Пименова, Л.И. Натейкина// Пожаровзрывобезопасность.-2009.-Т.18, №8.-С.51-58.
9. Пат. № 20140005298 США. Composition for an intumescent fire protection coating, fire protection coating, its use and manufacturing process for an intumescent fire protection coating / V. Thewes —- Опубл. 02.01.2014
10. Пат. № 8729155 США. Intumescent material for fire protection/ M. Wierzbicki, J. Fernando, K. Packard, K. Miller — Опубл. 20.05.2014.
11. Пат. № 20140094539 США. Fire resistant coatings / Doug Bilbija — Опубл. 03.05.2014.
12. Пат. № 8519024 США. Intumescent fireproofing systems and methods/ R. Kreh — Опубл. 27.08.2013.
13. Пат. № 7863342 США. Fire resistant materials / D. Aslin — Опубл. 04.01.2011.
14. Пат. № 7820736 США. Intumescing, multi-component epoxide resin-coating composition for fire protection and its use / A. Reinheimer — Опубл. 26.10.2010.
15. Пат. № 20100209645 США. Water Based Intumescent Coating Formulation Especially Suitable For Structural Steel Components In Civil Engineering / C. Breen, S. Thompson — Опубл. 19.08.2010.
REFERENCES
1. Statistics of the Russian fires 2015 [electronic resource]. - Access: http://wiki-fire.org/OraTHCTHKa-пожаров-РФ-2015.ashx. (Title 03/10/16)
2. Pavlovich A.V., Vladenkov V.V., Izyumsky V.N., Kilchitskaya S.L. Smolensky paint factory. Fire retard-
ant intumescent coating / Journal Lakokr. industry, in May 2012.
3. Zavyalov, D.E. Fire retardant intumescent compositions based on intercalated graphite-lations / D.E. Zavyalov, O.A. Zybina, S.S. Mnatsakanov, N.S. Chernov, A.S. Varlamov // Chemical Industry. -2009.- V.86, № 8. - S.414-417.
4. Zavyalov, D.E. A comparative study of the behavior of ammonium phosphate in the Fire-proof materials, intumescent compositions / D.E. Zavyalov, O.A. Zybina, V.V. Mitrofanov, S.S. Mnatsakanov // Journal of Applied Chemistry. - 2012. - T.85, Issue 1. - S. 157-159.
5. Mashlyakovsky, L.N. Organic coatings low flammability / L.N. Mashlyakovsky, A.D. Lykov, V.Y. Rep-kin.- L .: Chemistry, 1989 - 280 p.
6. Gravit M.V. Development of formulations of intumescent fire retardant coating. Main components. [Electronic resource]. - Access: http://www.ogneportal.ru/articles/coatings/1072.
7. Vandersall H.L. Intumescent Coating Systems. Their Development and Chemistry / H L. Vandersall // J. Fire and Flamm. - 1971.-№2. - P. 97-140.
8. Nenakhov, S.A. Effect of fillers on coke foam structure based on polyammonium phosphate / S.A. Nena-khov, V.P. Pimenov, L.I. Nateykina // Pozharovzryvobezopasnost.-2009-T.18, №8.-S.51-58.
9. Pat. US 20140005298. Composition for an intumescent fire protection coating, fire protection coating, its use and manufacturing process for an intumescent fire protection coating / V. Thewes - Publ. 02.01. 2014
10. Pat. US 8729155. Intumescent material for fire protection / M. Wierzbicki, J. Fernando, K. Packard, K. Miller-Publ. 05/20/2014.
11. Pat. US 20140094539. Fire resistant coatings / Doug Bilbija - Publ. 05/03/2014.
12. Pat. US 8519024. Intumescent fireproofing systems and methods / R. Kreh - Publ. 08/27/2013.
13. Pat. US 7863342. Fire resistant materials / D. Aslin - Publ. 04.01.2011.
14. Pat. US 7820736. Intumescing, multicomponent epoxide resin-coating composition for fire protection and its use / A. Reinheimer - Publ. 26.10.2010.
15. Pat. US 20100209645. Water Based Intumescent Coating Formulation Especially Suitable For Structural Steel Components In Civil Engineering / C. Breen, S. Thompson - Publ. 19.08.2010.
Поступило в редакцию27.12.2016 Received 27.12.2016
