О нормировании, контроле и прогнозировании сроков службы огнезащитных полимерных покрытий для строительных конструкций Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ПЛЕНАРНОЕ ЗАСЕДАНИЕ

О НОРМИРОВАНИИ, КОНТРОЛЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИИ СРОКОВ СЛУЖБЫ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В. А. Андронов, проректор по научной работе, д. т. н., профессор Национальный университет гражданской защиты Украины,

г. Харьков

Ю. М. Данченко, зав. кафедрой общей химии, к. т. н., доцент Харьковский национальный университет строительства и архитектуры,

г. Харьков

Одной из составных частей общей системы мероприятий по предотвращению чрезвычайных ситуаций техногенного характера в технологических процессах, зданиях и сооружениях различного назначения, является огнезащита строительных конструкций с помощью огнезащитных полимерных покрытий и материалов. Гарантийный срок службы огнезащитного покрытия в условиях эксплуатации напрямую связан со сроком эксплуатации самих зданий и сооружений. В связи с тем, что сроки эксплуатации строительных конструкций исчисляются десятками лет, возникает вопрос сохранения эффекта огнезащиты покрытий в процессе длительной эксплуатации. Важность и необходимость решения этого вопроса становится очевидной, если учесть, что эффект огнезащиты покрытия может быть утрачен со временем частично или полностью.

На сегодняшний день в Украине отсутствует нормативный документ по определению сроков службы огнезащитных покрытий для строительных конструкций. В 2008 году в рамках совещания представителей департамента пожарной безопасности МЧС Украины, УкрНИИПБ и Государственного центра сертификации было решено адаптировать нормативные европейские документы по вопросу определения срока службы огнезащитных покрытий.

В Украине нашёл применение ГОСТ [1], в соответствии с которым гарантийный срок службы огнезащитного покрытия, нанесенного на конструкцию должен быть равен расчётному сроку эксплуатации оборудования (до капитального ремонта), но не менее 10 лет и должен подтверждаться методом ускоренных климатических испытаний по [2]. Однако, в редакции [1] речь идет об огнезащитных покрытиях интумисцентного типа, а [2] имеет отношение только к лакокрасочным системам. Этими стандартами не учитывается механизм огнезащитного действия и природа подложки, не говоря уже об учете всего спектра разнообразных условий эксплуатации огнезащитных покрытий.

Разработчики и производители отечественных покрытий при оценке долговечности покрытия пользуются существующими нормативными документами для ускоренных испытаний лакокрасочных покрытий [2] (в случае металлической подложки) и пропиточных составов [3] (в случае огнезащиты древеси-

ны). Как правило, они используются в сочетании с трудоёмкими и требующими длительного времени натурными испытаниями с последующим сравнительным анализом.

Несмотря на актуальность проблемы определения сроков службы или долговечности огнезащитных полимерных покрытий, исследований в данной области явно недостаточно. Представленные в литературе исследования часто не согласуются, направлены на изучение сроков службы конкретного материала в определенных условиях эксплуатации и не имеют общих подходов. Поэтому актуальной является задача создания обобщенного подхода для определения сроков службы полимерных огнезащитных покрытий. Для ее решения необходимо рассмотреть основные закономерности и процессы, протекающие в огнезащитном полимерном покрытии от момента его создания до момента утраты им основных эксплуатационных характеристик.

Механизм огнезащитного действия полимерного покрытия зависит, прежде всего, от компонентного состава и физико-химического взаимодействия между компонентами до и после воздействия высоких температур и пламени. Физико-химическими методами снижения горючести полимерных материалов при введении различных химических соединений (замедлителей горения или анти-пиренов) достигается целенаправленное изменение структуры полимерной матрицы, состава и соотношения компонентов, что приводит к изменению кинетики и механизма химических реакций термического разложения покрытий, воспламенения и горения горючих продуктов, к ингибированию этих реакций. Вследствие этого получают покрытия с различными механизмами огнезащитного действия (трудногорючие, трудновоспламеняемые, самозатухающие, теплостойкие, интумисцентные или вспучивающиеся и др.).

Классификация физико-химических методов, представленных в литературе, основана на механизме огнезащитной эффективности антипиренов в полимерном покрытии. Если за основу для классификации методов снижения горючести взять химическую природу антипиренов, то их можно разделить на 4 группы:

1. Галоген (хлор-, бром-) содержащие органические и неорганические соединения. Эффективны как ингибиторы горения в поверхностной и предпла-менной зонах, кроме того, они выделяют негорючие продукты горения. Обычно разлагаются при сравнительно низких температурах с образованием галогенво-дородов (HCl, HBr) и/или галогенов (Cl2, Br2). Органические соединения, содержащие хлор, широко применяются в качестве антипиренов в сочетании с соединениями переходных металлов, в первую очередь с оксидом сурьмы Sb2O3. Хлорсодержащие антипирены можно условно разделить на несколько групп:

- хлорированные линейные углеводороды - хлорпарафины;

- хлорированные циклоалифатические соединения, в первую очередь

- производные гексахлорпентациклодиена;

- хлорированные ароматические соединения;

- хлорированные полимеры, представляющие собой трудногорючие и негорючие соединения и применяемые в качестве антипиренов-добавок для других полимеров.

Бромсодержащие антипирены представляют собой бромированные ароматические соединения и их производные, бромированные алкены и циклоалифа-тические соединения. Наиболее известными и широко применяемыми являются гексабромбензол и декабромдифенилоксид.

2. Фосфорсодержащие органические и неорганические соединения облегчают пиролитические реакции элиминирования водорода, воды, галогенводо-родов, являясь катализаторами этих реакций, а также процессов циклизации, что способствует образованию углеродного каркаса. В большинстве случаев применяется фосфорная кислота, её эфиры и соли, меламинофосфат, полифосфат аммония и др. Фосфорсодержащие добавки при термическом воздействии превращаются в фосфорную кислоту, образующую сплошную стеклообразную плёнку полифосфорной кислоты на поверхности горящего полимера, которая действует как барьер, препятствующий передаче теплоты и кислорода. Соединения этой группы, кроме фосфора часто содержат (в разных сочетаниях) галогены, азот, металлы, что иногда приводит к синергическому эффекту. В частности, интумисцентные свойства системы зависят от соотношения количества атомов углерода, азота и фосфора.

3. Азотсодержащие органические и неорганические соединения действуют по принципу поглощения тепла и образования негорючих газов в зоне огня. В качестве таких добавок используются органические и неорганические соли аммония, амиды, выделяющие в условиях высоких температур негорючие газы (С02, N2, КН3 и др.). Меламин, меламинцианурат, гуанидин, глицин, мочевину используют в качестве пенообразователей во вспучивающихся покрытиях.

4. Металлсодержащие неорганические наполнители - оксиды, гидрокси-ды, карбонаты алюминия, цинка, сурьмы, кальция, магния, а также дисперсные минеральные наполнители - цеолит, каолин, пемза, гипс, перлит и др. При их введении снижается доля органической горючей части в покрытии, а при температурах 400-500 °С они разлагаются с выделением углекислого газа и паров воды, которые снижают температуру в зоне горения. Во вспучивающихся покрытиях применяют нейтрализованный термически вспучиваемый графит, карбонаты металлов и гидратированные неорганические соли металлов.

В большинстве случаев в огнезащитных полимерных покрытиях химические соединения, обеспечивающие их огнезащитное действие, находятся в определённых соотношениях. Синергизм их совместного действия обеспечивает огнезащитную эффективность покрытия при повышенных температурах во время пожара. Однако до возникновения вышеуказанных условий покрытие долгое время может контактировать с атмосферным воздухом или воздухом рабочей зоны помещений, влагой, солнечным излучением, подвергаться неустойчивому температурному воздействию, а также воздействию различных жидких и газообразных веществ, подвергаясь газовой, химической, электрохимической, биологической и биохимической коррозии.

Под действием этих факторов может существенно измениться как качественный, так и количественный состав композиции и полностью утрачивается огнезащитное действие покрытия.

Экспериментальные результаты позволяют выделить следующие основные процессы, приводящие к уменьшению сроков службы покрытий в процессе эксплуатации:

- химические процессы в покрытии, в том числе на поверхности наполнителей, являющиеся результатом диффузии внешних реагентов (кислорода, активных газов, воды, растворов кислот, щелочей и др.) и активизирующих факторов (солнечное излучение, температура и др.); примером таких процессов в огнезащитных покрытиях могут быть реакции гидролиза солей, образованных слабыми кислотами (фосфаты, карбонаты) и слабыми основаниями (соли аммония); растворение с последующим вымыванием растворимых в воде неорганических (сульфаты, фосфаты) и органических (амиды, амины, мочевина и др.) соединений; реакции окисления с участием кислых газов (СО2, SO3, N02 и др.), а также кислорода; реакции замещения и обмена в случае контакта с растворами солей, кислот, щелочей; под воздействием температуры могут протекать реакции термического разложения неустойчивых органических соединений, например гуанидина (:дестр ~ 160°С), мочевины (;дестр ~ 130°С), хлорпарафинов (tдестр ~ 160°С) с образованием газообразных продуктов разложения аммиака, хлорводорода, углекислого газа, паров воды и др.

- фотохимические процессы, протекающие под воздействием тепла и солнечного излучения; имеют место в покрытиях, содержащих галогенсодержащие антипирены, которые разлагаются по радикальному механизму с образованием газообразных галогенводородов и галогенов;

- физико-химические процессы, приводящие к структурным изменениям в покрытии за счёт активации сегментальной подвижности макроцепей солнечным излучением и температурой;

- электрохимические процессы, протекающие в зоне адгезионного контакта (в случае металлической или железобетонной подложки);

- биохимические процессы (биохимкоррозия), являющаяся результатом биологического повреждения (грибами, бактериями или продуктами их жизнедеятельности) компонентов покрытия, чаще всего полимерного связующего и антипиренов.

Однако в большинстве случаев к уменьшению огнезащитной эффективности покрытий приводит одновременное протекание нескольких видов процессов. Это в значительной степени осложняет задачу оценки долговечности огнезащитного полимерного покрытия. Таким образом, можно утверждать, что долговечность и сроки службы огнезащитных полимерных покрытий в процессе эксплуатации будет определяться несколькими факторами:

- физико-химическими и биохимическими процессами в полимерной матрице с потерей технологических, прочностных и др. эксплуатационных характеристик;

- химическими, биохимическими фотохимическими и физико-химическими процессами с потерей огнезащитных характеристик;

- физико-химическими и электрохимическими процессами на границе покрытие-подложка с потерей адгезионных характеристик.

Конечный срок службы покрытия будет определяться теми процессами, скорость и интенсивность которых будет преобладать.

Вышеизложенные подходы могут быть основой для разработки единой оценки продолжительности сохранения покрытием огнезащитной эффективности, что напрямую связано с предупреждением возникновения чрезвычайных ситуаций во время пожара. Впоследствии возможно создание национального нормативного документа, регламентирующего определение сроков службы покрытий в условиях эксплуатации, учитывающего все особенности процессов потери ими огнезащитной эффективности.

Список использованной литературы

1. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность технологических процессов. Общие требования. Методы контроля: ГОСТ Р 12.3.047-98. - [Дата введения 2000-01-01]. - М.: Госстандарт России, 1998. -88с. - (Государственный стандарт Российской Федерации).

2. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов: ГОСТ 9.401-91. - [Дата введения 01.07.92]. - М.: Госстандарт Союза ССР, 1991. - 61с. - (Государственный стандарт Союза ССР).

3. Средства огнезащитные для древесины. Методы определения огнезащитных свойств: ГОСТ 16363 - 98. - [Дата введения 01.07.1999]. - Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1998. - 11с. - (Межгосударственный стандарт).

К ВОПРОСУ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМА ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ВЕРОЯТНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРОВ НА ХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ

С. Н. Тростянский, д. т. н., профессор кафедры физики

Ю. Н. Зенин, начальник института Г. А. Бакаева, к. т. н., доцент кафедры пожарной безопасности

технологических процессов Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж

Общее количество пожаров, возникающих на хозяйственных объектах за единицу времени на определенной территории можно представить в виде суммы количества пожаров, возникающих по причинам, обусловленным нарушениями требований пожарной безопасности, т. е. профилактируемыми Государственной противопожарной службой (ГПС) Кр и количеством пожаров, происходящих по причинам, не профилактируемым ГПС факторами Кп, т. е.