Огнезащитные материалы. Классификация. Применение.

Огнезащитные материалы. Классификация. Применение.

Проблема защиты от огня была и остается одной из самых важных и актуальных на протяжении всего развития человечества. С бурным развитием технологического прогресса опасность пожаров растет практически в той же прогрессии. А пожар — это материальный ущерб, гибель людей и животных, угроза экологии. Горит практически все: древесина, бетон, полимерные конструкции, под воздействием огня металлические конструкции теряют свою несущую способность.

Пожар, как известно одно из наиболее страшных бедствий, которые обрушиваются на нас. Развитие общества в последнее время обостряет проблемы с обеспечением пожарной безопасности зданий и сооружений, в том числе с большим скоплением людей (торгово-развлекательные центры, спортивные сооружения, вокзалы и аэропорта, общественные здания). Очень часто пожары, которые возникают в зданиях, связанны с деятельностью человека.

В современном строительстве практически ни одно здание и сооружение не обходится без использования стальных конструкций. Любое строящееся здание и сооружение должно быть безопасным.

И одним из важнейших составляющих в системе мероприятий по защите от пожаров является огнезащита.

Огнезащитная обработка это мера способная:

  • Облегчить тушение пожара
  • Обеспечить прочность металлоконструкций, предотвратить их разрушение
  • Защитить оборудование и стены от повреждений открытым огнем
  • Повысить уровень пожарной безопасности объекта
  • Продлить время эвакуации персонала
  • Препятствовать распространение огня и сделать пожар локальным
  • Минимизировать затраты на восстановление после пожара
  • Обеспечить минимум риска работы сотрудников МЧС при тушении пожара

Существующие на сегодняшний день все методы огнезащиты подразделяют на две большие группы:

  1. активные методы огнезащиты - основаны на применении систем автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения, средств противодымной защиты, а также устройств, обеспечивающих ограничение распространения пожара.
  2. пассивные методы огнезащиты - основаны на использовании материалов, предотвращающих возгорание и препятствующих распространению огня, повышающих огнестойкость металлических строительных сооружений, инженерных систем и конструкций из древесины, пластмасс, бетона и железобетона.

Если активная огнезащита позволяет быстро обнаружить и ликвидировать очаг возгорания, то пассивная огнезащита позволяет предотвратить это возгорание, повысить огнестойкость строительной конструкции, снизить вероятность гибели людей и минимизировать материальные потери при пожаре.

Как правило, активная огнезащита весьма дорогостоящее мероприятие, требует немалых затрат на приобретение и монтаж оборудования. В данном случае пассивная огнезащита требует гораздо меньше затрат и наиболее проста в реализации.

Огнезащитные материалы

Современные методы пассивной огнезащиты можно условно разделить над два направления:

  • тонкослойная огнезащита (применение красок, лаков и составов, пропиток для древесины и тканей, когда материал наносится на защищаемую поверхность тонким слоем, сохраняя конфигурацию конструкции)
  • конструкционная огнезащита (применение составов штукатурного типа, обмазок, жидкостекольных мастик, комбинированных покрытий с применением теплоизоляционных полотен, обкладок облегченными плитами (вермикулитовые, перлитовые, на основе кремнеземистого волокна и пр.)).

У каждого способа есть свои преимущества и недостатки, поэтому выбор способа пассивной огнезащиты зависит от многих факторов:

  • величины требуемого предела огнестойкости
  • типа защищаемого материала
  • вида и возможности увеличения нагрузки на конструкции
  • климатических условий, как при выполнении огнезащитных работ, так и при эксплуатации
  • эстетических требований
  • срока службы покрытия.

На сегодняшний день среди всего многообразия способов огнезащиты широкую популярность приобрели вспучивающиеся краски (огнезащитные ЛКМ), во многом благодаря декоративности создаваемого покрытия и экономичности производимых работ.

Структура применения огнезащитных ЛКМ:

Принцип действия– химическое и физическое взаимодействие компонентов краски при тепловом воздействие, которое приводит к многократному увеличению объема покрытия и образованию пенококсового слоя с низким коэффициентом теплопроводности.

Целесообразность использования огнезащитных вспучивающихся покрытий обусловлена прежде всего тем, что они тонкослойны, при нагревании не выделяют токсичных веществ, обладают высокой огнезащитной эффективностью и могут быть нанесены на защищаемую поверхность различными механизированными методами.

В обычных условиях эксплуатации эти покрытия похожи по внешнему виду на традиционные лакокрасочные покрытия и выполняют аналогичные защитно-декоративные функции.

Огнезащитные вспучивающие покрытия являются многокомпонентными композиционными материалами. Это предопределяет в свою очередь большое количество возможных взаимодействий между компонентами образовавшегося огнезащитного покрытия особенно при высоких температурах. При этом предсказать направление высокотемпературных реакций также достаточно сложно.

В настоящее время как в России, так и за рубежом для данных целей производят широкую гамму вспучивающихся (интумесцентных) огнезащитных составов на водной основе, на основе органических растворителей и безрастворные (100% сухого остатка) – эпоксидные композиции.

Эффективное вспенивание данных видов покрытий достигается только при обязательном наличии в их составе ряда специальных компонентов, выполняющих определенные функции, а также в оптимальном количественном соотношении между ними.

Обычно по своим функциям основные компоненты ОВП подразделяют на следующие группы:

  • пленкообразователи (например, стирол-акриловые и ПВА-дисперсии, эпоксидные и кремнийорганические смолы);
  • карбонизирующиеся соединения (образователь «скелета» пенококса) — источники углерода (пентаэритрит, дипентаэритрит и др.);
  • фосфорсодержащие соединения (обычно полифосфаты аммония) – катализаторы процесса коксообразования;
  • вспенивающие агенты — газообразователи, порофоры (меламин, мочевина и др.).
  • гидроксиды алюминия, магния, борат цинка – водосодержащие наполнители;

 

Кроме того, в состав ОВП входят галогенсодержащие добавки (чаще хлорпарафин, который может играть роль не только вспенивающего агента, но и карбонизатора), некоторые пигменты и наполнители.

В качестве пленкообразователей в интумесцентных красках широко используются практически все известные полимерные и неорганические связующие:

  • полиметилсилоксановые смолы, в том числе жидкие силоксановые каучуки;
  • полиметилфенилсилоксановые смолы, полиуретановые смолы на основе простых полиэфиров и дифенилметандиизоцианатов или толуилендиизоцианата;
  • акриловые сополимеры (например, сополимеры бутилметакрилата или метилметакрилата с метакриловой кислотой и дивинилом);
  • акриловые дисперсии (например, на основе стиролакрилового сополимера);
  • различные эпоксидные смолы, в том числе модифицированные и водные;
  • растворы различных каучуков в органических растворителях;
  • меламино и карбамидоформальдегидные смолы

При разработке огнезащитных красок используют модифицирующие и технологические добавки, что позволяет улучшить эксплуатационные характеристики покрытий. Например, в качестве современных инновационных ингредиентов, снижающих пожарную опасность покрытий, применяются полые стеклянные микрошарики (стеклосферы) и углеродные нанотрубки.

Использование в составах красок модифицирующих добавок на основе керамических микросфер обеспечивает такие технологические свойства покрытий, как изностойкость, глянец; стеклянные микросферы позволяют снижать плотность краски, улучшать ее совместимость с различными полимерными связующими, снижать усадку, повышать вязкость. Полые стеклосферы также принято относить к дорогим наполнителям: стоимость 1 килограмма составляет от 3 до 30 долларов США. Однако их применение экономически оправданно, поскольку содержание в полимере полых стеклосфер в количестве 5 – 20% за счет их низкой плотности существенно снижает стоимость материала.

В качестве наполнителей из группы минеральных компонентов в рецептурах, как правило, присутствуют: микроволластонит, каолин, мраморная крошка, слюда и (или) инертные баритовые наполнители; гидроксид алюминия или магния, вспученный и невспученный вермикулит, перлит и др. Минеральный наполнитель позволяет повысить термостойкость, химическую стойкость покрытия, улучшает его огнестойкие характеристики.

Основные принципы построения рецептур огнезащитных (интуменсцентных) красок аналогичны рецептурам лакокрасочных материалов: пленкообразователь, наполнители, пигменты, сиккативы. Главное отличие заключено в наличии интуменсцентной системы, отвечающей за образование пенококса.

Каждый компонент интуменсцентной системы выполняет свои определенные функции, и только в совместном действии, при определенном соотношении и количестве, начиная с 200 – 250°С проходит процесс коксообразования, достигающий пика при 500С°. Дальнейшее повышение температуры постепенно приводит к выгоранию органических составляющих покрытия.

Полностью универсальных вспенивающих систем антипиренов со строго определенным соотношением компонентов не существует, и все композиции разрабатываются эмпирически, поэтому при разработке вспучивающейся краски всегда встает задача обоснованного и оптимизированного подхода к выбору компонентов вспенивающихся систем антипиренов.

Компания Техноимпекс занимается поставками антипиренов на российский рынок уже более 10 лет. За это время у нас сформировался достаточно широкий ассортимент продукции, отвечающий современным требованиям производителей огнезащитных ЛКМ. Используя наш опыт производства и продажи органических пигментов, мы можем грамотно предлагать антипирены, следя за качеством и выбирая лучшее для потребителя.

Классическая тройка, на которой строятся практически все огнезащитные вспучивающиеся составы: меламин, микронизированный пентаэритрит и полифосфат аммония.

Полифосфат аммония

Аммонийные соли полифосфорной кислоты в наибольшей степени ответственны за защитное действие, обусловленное многократным вспучиванием огнезащитного материала и высокой сохранностью карбонизированного пенококсового слоя на поверхности защищаемого материала.

Одним из основных достоинств полифосфата аммония является его экологическая безопасность-продукт не содержит галогены. ПФА имеет разветвленную структуру с большим молекулярным весом, высокой степенью полимеризации и высокой термической стабильностью. Незаменим при производстве огнезащитных вспучивающихся красок, лаков и герметиков для покрытия металлоконструкций, кабелей древесины.

Огнезащитные материалы

На сегодняшний день в нашем ассортиментном портфеле есть несколько марок ПФА для различных систем.

Для формирования ассортимента мы первоначально выбрали надежного производителя и посетили производства ПФА в Китае, где согласовали методики входного контроля, оборудование, при заключении контрактов подписали расширенные спецификации (показатели качества) на ПФА. С 2018 года являемся одним из дистрибьютеров по ПФА - производство Юкуань. Осуществляем техническую поддержку совместно с техническими специалистами производителей. Также у нас есть возможность проведения входного контроля ПФА в своей собственной лаборатории в Москве.

Мы владеем проблемными вопросами применения ПФА, в частности- знакомы с проблемой высолов на поверхности покрытий – знаем с чем она связана (причины) и как с ней справится. Проводим термогравиметрический анализ ПФА, контролируем гранулометрический состав.

Высокомолекулярный антипирен кристаллической фазы II

  • Полифосфат аммония Kylin APP 201 Шифанг – степень полимеризации N>1000- для водных систем.
  • Полифосфат аммония EXFLAME APP 201 – степень полимеризации N>1500 – как для водных, так и для органических.
  • Химическая формула – NH4PO3
  • Упаковка: многослойные бумажные мешки весом 25 кг

Технические характеристики

P2 O5,% , не менее

71

Азот, % , более

14,0

Растворимость(г/100 мл H 2O, 25 С)

 0,3

Вязкость при 25 °С в 10 % суспензии, мПа*с, менее

20

pH, в 10% водном растворе

5,5-7,5

Размер частиц , менее 45 мкм, %

Средний размер частиц,  мкм

99,5

20

Меламин

Является невоспламеняющимся, не имеющим запаха, низкотоксичным и неопасным химическим веществом. Широко используется для получения меламин-формальдегидных смол в лакокрасочной промышленности. Введение меламина повышает водостойкость и химическую стойкость покрытий, стойкость к механическим воздействиям (износ, царапание, истирание), атмосферостойкость и огнестойкость покрытия.

При производстве вспучивающихся лакокрасочных материалов меламин используется как вспучивающий агент или газообразователь, который помогает образованию пенококсового слоя.

Меламин микронизированный - является обязательным компонентом в производстве вспучивающихся огнезащитных лакокрасочных материалов. Используется для изготовления термоотверждаемых и порошковых покрытий для твердых пластиков

  • Химическая формула- С3H6N6
  • Упаковка: многослойные бумажные мешки по 25 кг

 

Технические характеристики:

Содержание меламина, %, более 

99,8

Зола, % , не более

0,03

Растворимость (г/100 мл H2O, 20 С)

0,4

Влажность, % ,не более

0,1

pH, в 10% водном растворе

7,5-9,5

Плотность , г/см 3 

1,573

Размер частиц , мкм, менее

40

Температура плавления, 0С

354

Также согласовывается сертификат анализа по основным показателям меламина – влага, содержание основного вещества, гранулометрический состав и т.д.

Пентаэритрит микронизированный

Многофункциональное химическое вещество, растворим в глицерине, воде, практически нерастворим в органических растворителях. Широко и эффективно применяется в качестве антипирена в производстве вспучивающихся (терморасширяющихся) огнезащитных материалов (красок, лаков, мастик), как на водной основе, так и на основе органических растворителей. В составе огнезащитных материалов пентаэритрит применяется в комплексе с полифосфатом аммония и меламином, что позволяет достичь максимальной огнезащитной эффективности.

Пентаэритрит МИКРОЛОН 98 используется как источник углерода - органическое вещество, которое обугливается при горении и под воздействием полифосфорной кислоты образует структуру пенокосксового слоя. Является агентом пенобразования, выделяя воду.

 В ассортименте есть как китайский пентаэритрит микролон, так и метафраксовский  и производства Рошаль-Груп.

  • Химическая формула- С5Н12О4 (или С(СН2ОН)4)
  • Упаковка: многослойные бумажные мешки весом 25 кг

 

Технические характеристики:

Массовая доля монопентаэритрита ,  %, более 

98

Температура плавления, °С

250

Массовая доля гидроксильных групп, %

49

Массовая доля золы, %, менее

0,02

Массовая доля воды, %, менее

0,01

Размер частиц , мкм,   менее

30,0

Борат цинка

Является высокоэффективным антипиреном, дымоподавителем и антикоррозионным пигментом. Огнегасящие свойства бората цинка, в основном, являются следствием его способности образовывать прочное угольное покрытие после первоначального высвобождения содержащейся в нем кристаллизационной воды.

Борат цинка применяется как агент, подавляющий тление и как антиискрящий агент, агент подавляющий процесс коррозии, повышает адгезию покрытия к подложке. Широко применяется в лакокрасочных материалах на водной основе, придает покрытиям стойкость к действию плесени и бактерий. Может эффективно действовать при температуре плавления более 760 ℃ и обеспечивать защиту от окисления при нагреве в течение длительного периода времени. Рекомендован для применения в производстве широкого ряда лакокрасочных материалов водных и на основе органических растворителей.

  • Химическая формула-2ZnO 3B2O3 3,5H2O
  • Упаковка: многослойные бумажные мешки весом 25 кг.

 

Технические характеристики

Содержание цинка, в пересчёте на оксид ZnO, %

37,71

Содержание бора, в пересчёте на оксид B2O3, %

47,72

Содержание влаги %

0,28

Показатель преломления

1,58

Кристаллизационная вода, %

13,5

Размер частиц, мкм

3.34

Белизна, %

98.0

Температура  плавления, 0С

980

Окисленный терморасширяющийся графит

Имеет различные степени расширения. В нашем ассортименте терморасширяющийся графит марок EG -250, EG-350. Обладает антикоррозионными, теплоизоляционными и огнезащитными свойствами., не плавится и сгорает труднее, чем алмаз.  Уникальным свойством окисленного графита уже при температуре 140-150 ℃ является его способность к вспучиванию (терморасширению), в результате которого он увеличивает собственный объем в сотни раз с образованием вспененного графита.  Это делает его очень эффективным антипиреном. На пластичность графита не влияют ни повышение температуры, ни термоциклирование, соответственно, изделия из него, с течением времени, не теряют массу, объем и эластичность. Могут использоваться при высоких температурах и в агрессивных средах.

Окисленный графит незаменим при производстве огнезащитных вспучивающихся красок, лаков, мастик , используется в металлургической промышленности. Степень терморасширения может доходить до 1000%, что делает возможным наносить огнезащитное покрытие тонким слоем.

  • Марки Графита окисленного EG-250, EG-350
  • Упаковка: многослойные бумажные мешки весом 25 кг

 

Технические характеристики

Содержание углерода, %

96,3

Зольность, % 

4,89

Влажность, % 

< 1

Степень расширения, мл/г

275

Размер  частиц (80 mesh)

> 80%

pH водной суспензии

5

Первоначальное расширение

153

Согласованы методики входного и выходного анализа по всем 6 основным показателям, в спецификациях на поставку прописаны согласованные данные.

Хлорпарафин

Хлорпарафин – порошок от светло - кремового до светло - коричневого цвета. Используется в различных отраслях промышленности. Наиболее широко применяется при изготовлении химводостойких и огнезащитных красок на основе перхлорвиниловой смолы, хлоркаучука и других полимеров. Применяют в качестве добавки к полимерным материалам   и резиновым смесям для снижения горючести и усиления самозатухающих свойств.

Хлорпарафин марка ХП -66 Т

  • Химическая формула - -Cn H2n+2-x Clx, где X = 18-23, C = 12-30
  • Упаковка:  Мешки технические для сыпучих продуктов из полипропиленовой рукавной ткани  весом 15 кг

 

Технические характеристики

Массовая   доля хлора, %,  не менее

70

Температура начала  плавления, 0С, не менее  

70

Термостабильность, % 

0,2

Массовая доля  остатка на сите с сеткой 0,4К, %

4

Цветность по йодной шкале, мг J2/100см3, не более

8

Температура размягчения по кольцу и шару (К и Ш), 0С

90-100

Хлорпарафин марки ХП – 470

  • Химическая формула CnH2n+2-xClх, где n = 10-30; х=1 – 7
  • Внешний вид: Вязкая жидкость от желтого до коричневого цвета
  • Тара: стальные бочки вместимостью 243 дм3

Используется в качестве пластификатора эмульсионной смолы, в производстве паст ПВХ и пластизолей; как жидкий наполнитель для снижения себестоимости некоторых продуктов; как заменитель дефицитных и дорогих трикрезилфосфата, диоктилфталата, дибутилфталата и некоторых других пластификаторов (в зависимости от технологии и рецептуры содержание хлорпарафина – наполнителя от 2 до 50%); как компонент жирующих композиций для обработки синтетических материалов, натуральной кожи, химически стойких красок и лаков; в резинотехнической и кожевенной промышленности для аппретирования тканей; для пропитки брезента, бумаги, тканей, полимерных плёнок препаратами на основе жидких хлорпарафинов с целью придания изделиям влагостойкости и огнебезопасности; используется в качестве присадки к смазочным материалам, предназначенным для сверхвысоких давлений; как дополнительный или вторичный пластификатор композиций ПВХ, в кабельных пластикатах (содержание хлорпарафина в этом качестве – от 2 до 10%); при производстве нитроцеллюлозных лаков для обработки древесины и плотных картонов; в больших объёмах – при изготовлении красок: силикатных эмалей, автоэмалей, дорожных красок, алкидных красок, акриловых красок, ЭД эмалей.

Технические характеристики

Массовая доля хлора, %,  не менее

45-49

Температура начала  плавления, 0С, не менее  

70

Плотность при 20 0С, кг/м3, в пределах

1,185-1,235

Термостабильность в пересчете на массовую долю отщепленного хлористого водорода (НСl), %, не более

0,2

Массовая доля железа, %, не более

0,004

Массовая доля кислот в пересчете на HCl, %, не более:

0,0005

Температура вспышки, 0С

270

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м хК) (40º С)

0,117

Цветность по йодной шкале, мг J2 /100 см3, не более

5

Обычно огнезащитные покрытия – белые с ненормируемым оттенком, но зачастую специальные условия эксплуатации либо желание заказчика вынуждают окрашивать конструкцию в определенный цвет.  Может предложить широкий выбор пигментов. Но следует отметить, что огнезащитные краски содержат большое количество (5-20 %) диоксида титана, что не позволяет проводить их интенсивную колеровку, не снижая при этом огнезащитных свойств. В итоге возможно получить только материал светло-пастельных оттенков.

Основные принципы построения рецептур огнезащитных (интуменсцентных) красок аналогичны рецептурам лакокрасочных материалов: пленкообразователь, наполнители, пигменты, сиккативы. Главное отличие заключено в наличии интуменсцентной системы, отвечающей за образование пенококса.

Полностью универсальных вспенивающих систем антипиренов со строго определенным соотношением компонентов не существует, и все композиции разрабатываются эмпирически, поэтому при разработке вспучивающейся краски всегда встает задача обоснованного и оптимизированного подхода к выбору компонентов вспенивающихся систем антипиренов.

Другая промышленная химия