ОГНЕЗАЩИТНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ДРЕВЕСИНЫ И МЕТАЛЛА
FIRE RETARDANT FOR WOOD AND METAL

Предлагаемое техническое решение относится к области строительных материалов, в частности к огнезащитным составам для образования огнезащитных покрытий по металлу и древесине, и может быть использовано в цехах заводов и строительных площадок для нанесения покрытий на металлические и деревянные конструкции в целях повышения их огнестойкости.
Известно фосфатное огнезащитное покрытие по древесине [ГОСТ 23790-79. Покрытие по древесине фосфатное огнезащитное. Технические требования.]. Покрытие содержит: связующее - полиметафосфат натрия 35-40 мас.%, антипирен - гидроокись алюминия 14-16 мас.%, наполнитель - каолин или глина 4-6 мас.%, зола - унос ТЭЦ 14-16 мас.%, пигмент - железный сурик (окись цинка) 4-6 мас.%, мочевина (тиомочевина) - 18-22 мас.%.
Недостатки приведенного состава состоят в следующем: ограниченная область применения (покрытие только по древесине), жесткие условия его использования (покрытие применяется для огнезащиты конструкций, эксплуатируемых внутри помещений с относительной влажностью воздуха не более 75%, жесткие требования к условиям транспортировки и хранения), невыполнение этих условий приводит к снижению качества составляющих компонентов и, в конечном счете, к ухудшению огнезащитных свойств покрытия, низка огнезащитная эффективность главного компонента состава - наполнителя.
Известно огнезащитное покрытие по древесине [ГОСТ 25130-82. Покрытие по древесине вспучивающееся огнезащитное ВПД. Технические требования.]. Это покрытие содержит: меламиномочевиноформальдегидную смолу ММФ-50 31,9 мас.%, карбоксилметилцеллюлозу (КМЦ) (натриевая соль техническая марки 85-500) 15,9 мас.%, мелем 18,4 мас.%, дициандиамид технический 6,3 мас.%, аммофос марки А 27,5 мас.%.
Для него характерны те же недостатки, что и для предыдущего состава. Кроме того, использование в нем дефицитных и дорогостоящих исходных материалов повышает стоимость покрытия, не увеличивая эффективности огнезащиты. К тому же в обоих случаях применения описанных огнезащитных покрытий по древесине для их сохранности требуется дополнительное нанесение на поверхность высохшего покрытия влагозащитного слоя.
Известно фосфатное огнезащитное покрытие по стали [ГОСТ 23791-79. Покрытие по стали фосфатное огнезащитное. Технические требования.]. Покрытие содержит: асбест, жидкое стекло, нефелиновый антипирен. Недостатки его состоят также в ограниченной области применения (только для стали) из-за низкой адгезии к древесине. Кроме того, огнестойкость поверхностей стальных конструкций может быть повышена лишь при увеличении толщины слоя огнезащитного покрытия, последнее же ограничено техническими трудностями получения слоя большой толщины из-за возникающих отслоений, вздутий, трещин. Кроме того, возникают сложности и при обеспечении сохранности огнезащитного покрытия при высокой влажности воздуха и агрессивности среды внутри помещений как при нанесении покрытий (на стадиях сушки и отверждения), так и при эксплуатации. Все это не обеспечивает высокой эффективности огнезащиты стальных конструкций.
Ближайшим к предлагаемому техническому решению огнезащитным составом, принятом авторами за прототип, является силикатная огнезащитная композиция, приведенная в описании способа приготовления ее [Патент РФ №22223244. Способ приготовления силикатной огнезащитной композиции. Авторы - Зелинский В.Ю., Авакумов Е.Г., Еремина Н.В., заявл. 16.09.2002 г.]. Композиция предназначена для нанесения огнезащитных покрытий как на металлические поверхности, так и на деревянные (обладает повышенной адгезией одновременно по отношению к металлу и к дереву), она отличается повышенной огнестойкостью при хранении и влагостойкостью. Это достигается применением запатентованного способа.
Огнезащитный состав содержит: жидкое стекло 35,0-40,0 мас.%, мочевину 2,5-4,5 мас.%, наполнитель - оксид алюминия - остальное.
Недостатком этой огнезащитной композиции является то, что покрытие из этой композиции защищает деревянные и металлические поверхности от огня лишь механически и за счет низкой теплопроводности. Это не гарантирует максимальной эффективности огнезащиты их.
Целью предлагаемого технического решения является повышение эффективности огнезащиты покрытий для металлов и древесины путем использования в качестве наполнителя материала с повышенной теплопоглощающей способностью, сравнимой с теплотой испарения воды.
Другой целью изобретения является упрощение и удешевление техпроцесса подготовки наполнителя, а также стабилизация свойств наполнителя в процессе его транспортировки и хранения, и, как следствие, повышение качества и экономичности получения огнезащитного покрытия.
Кроме того, целью предлагаемого технического решения является расширение ассортимента наполнителей, применяемых для получения огнезащитных покрытий, и обеспечение возможности использования наиболее дешевых из них, в частности, в виде природных материалов.
Сущность предлагаемых технических решений состоит в следующем.
Предлагается огнезащитный состав для древесины и металла, включающий жидкое стекло с предварительно растворенной в нем мочевиной и наполнитель.
Огнезащитный состав отличается тем, что он содержит в качестве наполнителя гидроксид магния, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
гидроксид магния
20-70
мочевина
5-10
жидкое стекло
остальное.
Огнезащитный состав отличается также тем, что он содержит в качестве гидроксида магния брусит.
Это позволяет:
- повысить теплопоглощающую способность наполнителя;
- повысить эффективность огнезащитных покрытий для металлов и древесины;
- упростить и удешевить техпроцесс получения и подготовки наполнителя и, как следствие, обеспечить снижение эксплуатационных затрат;
- стабилизировать свойства наполнителя в процессе его транспортировки и хранения;
- повысить качество и экономичность получения огнезащитного покрытия;
- увеличить ассортимент наполнителей, используемых для получения огнезащитных покрытий;
- обеспечить возможность использования наиболее дешевых наполнителей, например, за счет наполнителей в виде природных материалов, и, следовательно, уменьшить капитальные затраты.
Ниже приводятся конкретные примеры использования предлагаемых технических решений, в том числе: составы огнезащитных покрытий, используемые исходные материалы для их получения, технологии их подготовки, технологии приготовления огнезащитных составов, способы их нанесения на металлические и деревянные поверхности, данные по эффективности огнезащиты.
Использование в качестве наполнителя огнезащитных составов для древесины и металла гидроксида магния (получаемого химически или в виде природного компонента) основано на следующем принципе.
В условиях пламени при высокой температуре гидроксид магния (в том числе брусит) разлагается на окись магния и пар:
2
2
Mq(OH)―MqO+НO (пар).
При этом происходит эффективное поглощение тепла. Это приводит к снижению температуры в зоне горения, а именно на поверхностях конструкций, защищаемых от огня, и образованию большого объема газообразных продуктов (пара), преграждающих доступ кислорода в зону горения. Поглощение тепла происходит в температурном интервале 90-250°С. Это обеспечивает высокую эффективность огнезащиты.
Соотношение компонентов (наполнителя и связующего - жидкого стекла с растворенной в нем мочевиной) в огнезащитном составе обусловлено, с одной стороны, отвечать критерию «достаточного и необходимого» для сохранения огнезащитных свойств покрытия, а с другой стороны, обеспечивать оптимальные условия при нанесении покрытия.
Понятно, что чем больше содержание наполнителя в составе, тем больше объем образующихся в зоне горения газообразных продуктов (пара), преграждающих доступ кислорода в зону горения, следовательно, больше эффективность огнезащиты.
Однако при низком содержании жидкого стекла в составе снижается текучесть смеси компонентов огнезащитного состава, что делает невозможным нанесение его распылением на поверхности конструкций (металлических или деревянных). Экспериментально установлено, что оптимальным верхним пределом содержания наполнителя для обеспечения требованиям текучести смеси при нанесении ее распылением является 70 мас.%.
Нижний предел содержания наполнителя должен обеспечивать оптимальные условия при нанесении покрытия: оно не должно течь, создавать подтеки, должно ложиться ровным слоем, без утолщений и прогалин. При этом должны максимально сохраняться огнезащитные свойства покрытия. Таким оптимальным нижним пределом содержания наполнителя (гидроксида магния) в огнезащитном составе является предел 20 мас.%. При этом огнезащитные свойства состава не ухудшаются; потеря массы образца при испытании составляет 4%, что соответствует первой группе огнезащитной эффективности состава (см. примеры).
Таким образом, оптимальное соотношение компонентов в огнезащитном составе для древесины и металла составляет (мас.%):
гидроксид магния
20-70
мочевина
5-10
жидкое стекло
остальное.
В предлагаемом огнезащитном составе в качестве наполнителя используется гидроксид магния либо в виде химического соединения либо в виде природного минерала - брусита.
Подготовка брусита состоит в измельчении его до фракции не более - 100 мкм.
Гидроксид магния как химическое соединение получают из оксида магния при его взаимодействии с водой по реакции:
2
2
MqO+НO=Mq(OH).
Полученный по этой реакции продукт имеет размеры менее 40 мкм.
Для приготовления огнезащитного состава в качестве связующего используют жидкое стекло с силикатным модулем 2,0-3,0 и плотностью 1,25-1,35.
Связующее приготавливают путем смешивания жидкого стекла с добавкой мочевины в количестве 5-10 мас.%.
Технологический процесс получения огнезащитного состава состоит в том, что в предварительно приготовленный раствор из жидкого стекла с добавкой мочевины вводят измельченный наполнитель в количестве 20-70 мас.% и тщательно перемешивают.
Для получения огнезащитного покрытия полученную смесь наносят с помощью распыляющего аппарата, например пистолета-краскораспылителя, на предназначенные для огнезащиты поверхности металлических и деревянных конструкций. В отдельных случаях огнезащитный состав можно наносить кистью или шпателем.
Ниже приводятся примеры приготовления огнезащитных составов для древесины и металла при различном соотношении в них компонентов. Оценка огнезащитной эффективности составов производилась при их испытаниях согласно ГОСТ 16363-98 «Средства огнезащитные для древесины. Методы определения защитных свойств».
Пример 1
3
В подготовленное жидкое стекло плотностью 1,30 г/см в количестве 800 мл вводят 50 г мочевины, тщательно перемешивают; добавляют в смесь измельченный до - 100 мкм брусит в количестве 300 г (21 мас.%) и также перемешивают. Наносят огнезащитный состав кистью или распылением на поверхности конструкций, обеспечивая огнезащитный слой.
Таблица 1
Результаты испытаний
Номер образцов
Масса образца, г
Потеря массы образца, г
Потеря массы образца, %
До обработки
Перед сжиганием
После
сжигания
1
100,1
120,9
115,7
5,2
4
2
100,0
121,6
116,7
4,9
4
3
100,1
121,7
116,0
5,7
5
Ср.значение
4
Пример 2
3
В подготовленное жидкое стекло плотностью 1,3 г/см в количестве 800 мл вводят 50 г мочевины, тщательно перемешивают; добавляют в смесь гидроксид магния в количестве 300 г (21 мас.%). Смесь тщательно перемешивают. Огнезащитный состав наносят на поверхности конструкции кистью или распылением.
Таблица 2
Результаты испытаний
Номер образцов
Масса образца, г
Потеря массы образца, г
Потеря массы образца, %
До обработки
Перед сжиганием
После
сжигания
1
100,0
121,0
115,7
5,1
4
2
99,8
120,6
116,7
4,3
4
3
100,2
121,9
115,7
6,2
5
Ср.значение
4
Пример 3
В подготовленное жидкое стекло в количестве 800 мл вводят 50 г мочевины, тщательно перемешивают; добавляют в смесь измельченный до - 100 мкм брусит в количестве 700 г (39 мас.%) и также перемешивают. Наносят кистью огнезащитный состав на поверхности конструкций, обеспечивая огнезащитный слой.
Таблица 3
Результаты испытаний
Номер образцов
Масса образца, г
Потеря массы образца, г
Потеря массы образца, %
До обработки
Перед сжиганием
После
сжигания
1
100,3
121,9
116,4
5,5
4
2
100,5
122,1
116,4
5,7
5
3
99,9
121,5
116,2
5,3
4
Ср.значение
4
Пример 4
3
В подготовленное жидкое стекло плотностью 1,3 г/см в количестве 800 мл вводят 50 г мочевины, тщательно перемешивают; добавляют в смесь гидроксид магния в количестве 700 г (39 мас.%). Полученную композицию тщательно перемешивают. Огнезащитный состав наносят кистью на поверхности конструкций, обеспечивая огнезащитный слой.
Таблица 4
Результаты испытаний
Номер образцов
Масса образца, г
Потеря массы образца, г
Потеря массы образца, %
До обработки
Перед сжиганием
После
сжигания
1
100,0
120,0
115,9
4,1
3
2
99,8
120,8
116,7
4,1
3
3
100,2
121,9
116,0
5,9
5
Ср.значение
4
Пример 5
3
В подготовленное жидкое стекло плотностью 1,3 г/см в количестве 800 мл вводят 50 г мочевины, тщательно перемешивают, добавляют в смесь гидроксид магния в количестве 1600 г (60 мас.%). Полученную композицию тщательно перемешивают. Наносят шпателем огнезащитный состав на поверхность конструкций, обеспечивая огнезащитный слой.
Таблица 5
Результаты испытаний
Номер образцов
Масса образца, г
Потеря массы образца, г
Потеря массы образца, %
До обработки
Перед сжиганием
После
сжигания
1
100,8
123,0
119,0
4,0
3
2
99,5
122,9
118,7
4,2
3
3
99,9
123,4
117,4
4,0
3
Ср.значение
3
Исследования свойств всех приведенных огнезащитных составов показали, что средняя потеря массы образца составила 4% (Примеры 1-4), кроме последнего (Пример 5), у которого средняя потеря массы образца 3%. Это соответствует 1 группе огнезащитной эффективности испытуемых составов.
Поставка огнезащитного состава потребителям осуществляется в виде двух компонентов: 1 - в виде раствора жидкого стекла с мочевиной и 2 - в виде порошка гидроксида магния. Это обеспечивает стабилизацию свойств состава в процессе его транспортировки и хранения.
После соединения этих компонентов и перемешивания их и последующего нанесения ее на поверхности конструкций смесь через 2-3 дня схватывается в монолит за счет образования силиката магния из части гидроксида магния и жидкого стекла.
Преимущественное использование брусита в качестве наполнителя огнезащитных составов обусловлено чрезвычайной его дешевизной.