Исследование влияния содержания наполнителей на свойства огнезащитного покрытия на основе фосфорборсодержащего олигомера

УДК 667.6

В. Ф. Каблов, С. Н. Бондаренко, Л. А. Василькова,

О. В. Стоянов, Г. Е. Заиков

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА СВОЙСТВА

ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ФОСФОРБОРСОДЕРЖАЩЕГО ОЛИГОМЕРА

Ключевые слова: фосфорборсодержащий олигомер, наполнители, огнезащита.

В работе представлены результаты исследований, посвященных изучению влияния наполнителей на свойства огнезащитного покрытия на основе фосфорборсодержащего олигомера. Установлено влияние содержания наполнителей на физико-механические свойства покрытия. Выявлена зависимость свойств покрытия от количества вводимого в композицию наполнителя.

Keywords: phosphorusborcontaining oligomer, fillers, fire protection.

The article presents the results of studies on the influence offillers on the properties offlame retardant coating on the basis phosphorusborcontammg oligomer. Found influence of the content of fillers on the physical and mechanical properties of the coating. Identified dependence of the properties of the coating the amount of the filler of the composition.

Введение

Практика показывает, что применение огнезащитного покрытия является одним из наиболее экономичных способов достижения требуемой огнестойкости строительных конструкций. Для разработки огнезащитных покрытий перспективными являются композиции на основе фосфорсодержащих олигомеров. Эти полимерные добавки отличаются высокой стойкостью к различным внешним воздействиям и при относительно низком содержании фосфора являются эффективными антипиренами [1]. Большое многообразие таких соединений и возможность варьирования состава с помощью различных наполнителей позволяют получить материал с хорошими эксплуатационными свойствами.

Исследуемое покрытие относится к огнезащитным вспучивающимся материалам. Это относительно новый класс материалов, интерес к которым вызван как их достаточно высокой огнезащитной эффективностью, так и удобством применения. При воздействии огня и теплового излучения покрытие образует огнезащитный вспененный теплоизолирующий слой, имеющий объем во много раз больше первоначального объема покрытия [2].

Способность водорастворимых огнезащитных средств создавать на поверхности древесины, пропитанной такими средствами, в условиях ее возгорания обильный вспененный угольный слой показана в работе [3].

Имеющаяся в работах [4-7] информация по указанной тематике, позволяет лишь качественно судить о свойствах подобных составов, что затрудняет выбор наполнителя и его содержание в композиции. Влияние наполнителей, использование которых представляет практический интерес, недостаточно исследовано. Все вышеизложенное показало необходимость проведения более широкого исследования в этом направлении. В связи с этим, целью работы являлось исследование влияния наполнителей на свойства композиций на основе фосфорборсодержащих олигомеров.

Экспериментальная часть

В качестве фосфорборсодержащего олигомера использовался продукт, полученный на кафедре по ТУ-40-461-806-66-07. Наполнителями являлись древесная мука (ГОСТ - 16361 - 87), натриевая соль гликолевого эфира целлюлозы (ТУ 2231-03407507908), эпоксидная смола (ГОСТ 10587-84).

Соотношение компонентов в исследуемых составах было следующим: фосфорборсодержащий олигомер 25-100 масс. ч., эпоксидная смола 25-100 масс. ч., древесная мука 12,5-50 масс. ч., натриевая соль гликолевого эфира целлюлозы 13,3-29 масс. ч.

Исследование влагопоглощения образцов проводилось гравиметрическим методом. Использовался способ определения влагопоглощения в холодной воде. Образцы выдерживали в дистиллированной воде при 21 - 23° С в течение суток, после этого взвешивали.

Коэффициент вспучивания характеризует образование пористого кокса на поверхности образца. Коэффициент вспучивания определяется как относительное увеличение высоты коксового слоя после сжигания, по сравнению с первоначальной высотой покрытия.

Коксовый остаток определяли по относительному уменьшению массы образца, после выдерживания образцов в течение часа в муфельной печи при 600 °С.

Испытания образцов на теплостойкость и математическая обработка результатов эксперимента проводились по известной методике. Исследование поведения материалов при различных температурах проводилось неконтактным методом при помощи пирометра в интервале температур 20-500 °С.

Исследование огнестойкости образцов проводилось в соответствии с методикой (по ГОСТ 21793-76), согласно которой, огнестойкость образцов оценивалась по времени их самозатухания после воздействия источника открытого пламени.

Обсуждение результатов

Исследование влагопоглощения позволило сделать вывод о том, что количество эпоксидной смолы не влияет на влагопоглощение. По-видимому, это связано с тем, что в композициях используется неот-вержденная эпоксидная смола, и при её взаимодействии с водорастворимым ФБО образуется водорастворимый продукт. С увеличением содержания ФБО водостойкость композиций понижается. Это связано с тем, что ФБО хорошо растворяется в воде, и с увеличением его содержания в композициях, повышается их водорастворимость. На рис. 1 представлены зависимости влагопоглощения от состава композиций.

30

±0

*

че

~ 30

30

:

ё

7- 10

-10

-20

) 4 ) £ 1——

-251ЖС.Ч.ЭД-20 - 100 асс.ч.эд-20

Содержа! 1е ФБО Л —50 иаю.Ч.ЭД-20

Рис. 1 - Зависимость влагопоглощения от содержания ФБО

позиции, содержащие меньшее количество КМЦ имеют низкие значения коэффициента вспучивания. Количество древесной муки в образцах незначительно влияет на значение коэффициента вспучивания. На рис. 3 показана зависимость значения коэффициента вспучивания от содержания в композициях КМЦ.

I

ш

т

го

I

по

о

395

295

195

95

58 63 68 73 78 83 88 Содержание КМЦ, %

Рис. 3 - Влияние содержания КМЦ на значение коэффициента вспучивания

Существенное влияние на коксообразование оказывает количество содержащегося фосфора (атома), который является эффективным катализатором процесса коксообразования. При исследовании влияния наполнителей на коксооборазова-ние образцов выявлено повышение коксового остатка с увеличением содержания ФБО в композициях (рис. 4).

Из представленной на рис. 2 зависимости видно, что с увеличением содержания древесной муки заметно значительное увеличение влагопоглощения образцов. Это связано с тем, что древесная мука хорошо впитывает влагу и набухает. Кроме того, есть композиции, которые вообще не поглощают воду. Можно предположить, что в этих образцах высока эффективность адсорбционного взаимодействия между данным наполнителем и олигомером.

45

40 35 30 3я 25

I 20

& 15

О

Е 10 о

т

-4

г

>

К

к

3 ; 5 3 7 5 и

-100 м.ч. ФБО -50 м.ч. ФБО

- 75 м. ч. Ф Б О Содержание Д М, м .ч.

Рис. 2 - Влияние содержания древесной муки на влагопоглощение

Наиболее высоким значением коэффициента вспучивания характеризуются составы, содержащие большее количество воды (с большим содержанием КМЦ). Очевидно, что на значение коэффициента вспучивания оказывает влияние количество выделяющихся паров воды и газов при термической деструкции. Ком-

хр

Содержание ФБО, %

Рис. 4 - Влияние содержания ФБО на коксообо-разование

Для практической эксплуатации огнезащитного покрытия важным условием является его способность препятствовать прогреванию защищаемой поверхности. Из данных, представленных на рис. 5, выявлено, что в течение первых 2 минут происходит интенсивный прогрев, затем температура образцов существенно не изменяется. Наблюдается достижение определенного для каждого образца устойчивого значения температуры. Это может объясняться тем, что при данной температуре происходит интенсивное коксообразование, что препятствует дальнейшему прогреву. Образцы, содержащие минимальное количество ФБО и ЭД-20 показали самые лучшие результаты.

---------N23 ------------N*5 -------------N<6 ---------- N£9 - N±10

---------N±11 -------------N±12

Рис. 5 - Зависимость прогрева образцов от состава композиций

Выводы

Таким образом, выявлены закономерности влияния содержания наполнителей на коксообразование, вспучивание, влагопоглощение теплостойкость огнезащитных композиций на основе фосфорборсодержащего олигомера. Установлено, что введение большого количества водорастворимых наполнителей приводит к увеличению растворимости состава. Показано, что при введении в состав древесной муки происходит значительное увеличение водопоглощения композиций. Выявлено, что начало прогрева образцов, независимо от природы и количества наполнителей, происходит при 150-200 0С. Оценка теплостойкости показала, что образцы,

содержащие наименьшее количество ФБО и ЭД-20, обладают более высокой теплостойкостью. Выявлено влияние природы и содержания наполнителей на значение коэффициента вспучивания и установлено, что повышенным вспучиванием обладают образцы, наполненные КМЦ.

Литература

1. Фосфор - ингибитор горения. - режим доступа: http://www.sci-innov.ru/catalog/

2. Трушкин, Д.В. Проблемы определения горючести строительных материалов / Д. В. Трушкин, И. М. Аксенов // Пожаровзрывобезопасность. - 2001. - №4 - с. 3-8.

3. Куприянов, А.В. Жидкие лакокрасочные материалы и технологии их нанесения / А. В. Куприянов // Строй-ПРОФИль. - 2004. - №6 - с. 25-34.

4. Пат. 2249579 Россия. Огнезащитный состав «ОФП-НВ» / Ю. В. Кривцов, И. Р. Ладыгина. - заявлено

23.12.03 ; опубл. 05.06.05.

5. Пат. 2250204 Россия. Огнезащитное покрытие / Е. Н. Дёмин, С. А. Ходусов. - заявлено 20.12.02 ; опубл.

02.08.05.

6. Пат. 2262523 Россия. Огнезащитная композиция для покрытий / В. Г. Кустов, Г. Ю. Сечина. - заявлено

05.06.03 ; опубл. 12.04.05.

7. Пат. 2273616 Россия. Огнестойкая композиция / М. З. Керимов, Б. А. Сулейманов. - заявлено 15.08.03 ; опубл.

16.10.06.

© В.Ф. Каблов - д-р техн. наук,, проф. директор Волжского политехнического института; С.Н. Бондаренко, Л.А. Василькова - сотрудники Волжского политехн. института (филиал) Волгоградского государственного технического университета; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, stoyanov@mаil.ru; Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф. Института биохимической физики РАН, chembio@sky.chph.ras.ru.