Разработка огнезащитного покрытия для деревянных конструкций

Л. И. Казанская, И. А. Абдуллин, Н. Х. Валеев

РАЗРАБОТКА ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ДЕРЕВЯННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Ключевые слова: огнезащита, древесина, покрытие, жидкое стекло, латекс, бура.

В статье приведены результаты исследований влияния состава лакокрасочного материала на его структуру и огнезащитные свойства. Рекомендована технология приготовления и нанесения покрытия на деревянные конструкции.

Key words: fire protection, wood, covering, liquid glass, latex, drill.

In article results of researches of influence of structure of a paint and varnish material on its structure and fireproof properties are resulted. The technology of preparation and covering drawing is recommended for wooden designs.

Древесина по-прежнему является широко применяемым материалом. Деревянные конструкции используются в жилищно-гражданском и сельскохозяйственном строительстве, для строительства предприятий с агрессивной средой, для транспортных нужд и т.д. Среди деревянных конструкций в огнезащите нуждаются несущие, цельнодеревянные конструкции, а также ограждающие сооружения [1]. Это экологичный, доступный, имеющий отечественную сырьевую базу материал, обладающий простой технологией обработки и комфортностью конечных конструкций. Одним из недостатков древесины является горючесть. Разработан ряд способов снижения горючести древесины. Наиболее часто для защиты древесины от разрушающего воздействия огня применяется способ нанесения на поверхность конструкции лакокрасочных покрытий.

Покрытие должно обладать высокой адгезией к поверхности конструкций, бездефектностью, по внешнему виду, эластичностью, легко наноситься на защищаемую поверхность, не выделять токсичных продуктов при действии высоких температур.

Покрытие должно переводить материал в группу трудносгораемых. Как правило, трудносгораемые материалы разрушаются в зоне непосредственного действия пламени и ограниченно распространяют горение за ее переделами [2].

Ранее на кафедре ХТГС был разработан состав покрытия для защиты деревянных конструкций на основе жидкого натриевого стекла и наполнителей - смеси доломита и диатомита [3]. Для обеспечения качественного покрытия необходимо нанести три слоя покрытия, что значительно увеличивает время технологического цикла. Целью данной работы является разработка огнезащитного покрытия и технологии его изготовления. Анализ литературных данных позволяет определить набор компонентов для создания композиции с заданными свойствами:

1. Жидкое натриевое стекло (ГОСТ 13078-81) - связующее

2. Дистиллированная вода (ГОСТ 16109-72) - растворитель

3. Тетраборат натрия, бура (ГОСТ 8429 -77) - газообразователь - антипирен

4. Тринатрийфосфат (ГОСТ 201-76) - стабилизатор

5. Гидроксид натрия (ГОСТ 2263-79) - стабилизатор

6. Латекс ДВХБ (бутадиенвинилиден хлоридный) (ГОСТ 14053-78) - пластификатор

7. Мел

Из обширной группы связующих на основе органических и минеральных связующих самым дешевым и доступным является жидкое натриевое стекло. Твердение жидкого стекла связано с выделением гидросиликатов кремнезема (тЗЮ2пН2О) обладающего цементирующими свойствами [1,6]. Образующееся покрытие обладает хрупкостью. Для предотвращения растрескивания покрытия при силикатизации (твердении) в состав покрытия необходимо вводить пластификатор. В качестве пластификатора предлагается использовать латекс (ДВХБ). При введении пластификатора в жидкое стекло возможно образование коагуляционных структур, снижающих устойчивость дисперсных систем. Воздействовать на устойчивость коагуляционных структур происходит за счет поверхностно активных веществ неионогенного типа. Их стабилизирующая функция заключается в обволакивании частиц коллоидного раствора, образования слоя, предотвращающего слипание частиц. Для минеральных связующих целесообразно использовать неорганические вещества: тринат-рийфосфат (Ыа3РО4), аммиачная вода (ЫН4ОН), щелочи (ЫаОН) [1, 5].

В настоящее время для защиты деревянных конструкций используются вспучивающиеся покрытия, которые при воздействии огня (температуры) утолщаются за счет выделения негорючих газов и образования слоя изолирующего материала, состоящего из лакокрасочного композита с включениями газообразных продуктов горения (разложения). Для образования вспученного теплоизоляционного слоя в состав композиций входят такие добавки, как тетраборат натрия (выделяется газ В2О3), смесь формалина с перекисью водорода (выделяется СО2), моно - и триаммоний фосфат, фосфат мочевины и др.

С целью оценки горючести деревянных конструкций использовался стандартный метод огневой трубы, позволяющий оценить группу горючести материала (ГОСТ 1636376). Группу горючести определяют по потере массы деревянного бруска размером 10х10х150 мм, подвергнутого воздействию открытого пламени. Потерю массы определяют по формуле:

Ат = ^ - т2)/т1-100, %, где т1 - масса образца до испытания, г; т2 - масса образца после испытания, г.

Если потеря массы бруска менее 9 % материал считается негорючим, при потере массы не более 20 % - трудногорючим, более 20 % - горючим.

Кроме горючести оценивается адгезия покрытия к дереву (ГОСТ 15140-78) и водостойкость (ГОСТ 9.403-80).

Для изготовления покрытия используется жидкое натриевое стекло, плотностью 1,25 г/см3, в которое вводились затем латекс ДВХБ-70, стабилизаторы в виде смеси три-натрийфосфата, гидроксида натрия и аммиачной воды, в качестве антипирена - бура, а также инертный накопитель - мел для снижения стоимости покрытия.

Исследовались различные композиции для их качественной оценки по розливу. Удовлетворительным считается розлив покрытия, при нанесении которого он удерживается, не стекает с поверхности подложки, в то же время позволяет под влиянием поверхностного натяжения скрыть штрихи, образовавшиеся под действием кисти (ГОСТ 683-75). Удовлетворительным розливом обладают композиции, содержащие 47^48 % жидкого стекла, 48-49 % мела и 4 % буры. Данные покрытия через сутки после силикатизации растрескивается из-за низкой эластичности. При введении в композицию латекса ДВХБ-70 растрескивание не наблюдается. Важное значение имеет технология введения латекса: однородная композиция образуется при смешении латекса с водой, а затем с жидким стеклом. При использовании других схем система коагулирует. Коагуляция не наблюдается

при использовании в виде стабилизатора тринатрийфосфата и гидроксида натрия. Использование аммиачной воды нецелесообразно, та как при смешении образуется, так называемая пенка.

В работе исследовалось влияние состава и расхода покрытия на группу горючести древесины. Расход материала изменяется в зависимости от количества слоев, нанесенных на поверхность подложки.

На рисунках представлены кривые зависимости огнезащитной эффективности от расхода материала покрытия для состава, не содержащего ДВХБ-70 (рис. 1) и содержащего ДВХБ-70 (рис. 2).

Рис. 1 - Зависимость огнезащитной эффективности от расхода материала покрытия

Рис. 2 - Зависимость огнезащитной эффективности от расхода материала покрытия, содержащего латекс ДВХБ-70

Экспериментальные исследования показывают, что для перевода древесины в группу трудносгораемых материалов необходимо использовать состав с 48 % мела, так как расход покрытия равен 284 г/м2, в отличие от состава, содержащего 47 % мела, для которого расход составляет 363 г/м2 (2 слоя).

Для получения эффективного покрытия достаточно нанесение трех слоев. Однако без ДВХБ-70 покрытие растрескивается и тем больше, чем больше слоев. При введении ДВХБ-70 (рис. 2) эффективность покрытия увеличивается. Достаточно нанесения одного слоя для перевода древесины из второй группы горючести (трудногорючий) в первую (негорючий). При этом расход материала покрытия не изменяется: при содержании 48 % наполнителя он менее чем при содержании 47 %.

Для получения максимальной эффективности огнезащитного покрытия рекомендуется нанесение двух слоев, что позволяет обеспечить удовлетворительный розлив, эластичность материала и негорючесть древесины.

Литература

1. Романенков, И. Г. Огнезащита строительных конструкций / И. Г. Романенков, Ф. А Левитис. -М.: Стройиздат, 1991. - 320 с.

2. Малахов, В. Г. Методы исследования пожароопасности веществ / В. Г. Малахов. - М.: Химия, 1979. - 423 с.

3. Патент на изобретение №2006139426/64(043021) 25.10.2006г.

4. Зонтом, Г. Коагуляция и устойчивость дисперсных систем / Г. Зонтом, К. Штрамс. - Л.: Химте-орет, 1973. - 152 с.

5. Кузмичев, В.И. Водорастворимые пленкообразователи и лакокрасочные материалы на их основе / В.И. Кузмичев [и др.]. - М.: Химия, 1986. - 152 с.

6. Гмырь, В.Д. Материаловедение для отделочников строителей / В.Д. Гмырь. - М.: Высшая школа, 1990. - 150 с.

© Л. И. Казанская - канд. техн. наук, доц. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ; И. А. Абдулин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химии и технологии гетерогенных систем КГТУ, проректор КГТУ, ilnur@cnit.ksu.ras.ru; Н. Х. Валеев - канд. техн. наук, доц. той же кафедры.