РАЗРАБОТКА ВСПУЧИВАЮЩИХСЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ СИЛИКАТА НАТРИЯ

Одним из способов повышения огнестойкости строительных конструкций является применение лакокрасочных покрытий вспучивающегося типа. Среди характерных для них преимуществ выделяют:

• тонкослойность;
• высокая огнезащитная эффективность;
• незначительный выброс токсичных веществ при горении.

В настоящее время вспучивающиеся покрытия на рынке достаточно распространены. Однако они имеют два существенных недостатка: высокую стоимость, что ограничивает их повсеместное использование, и низкую прочность вспененного слоя, находящегося в условиях мощных конвективных потоков продуктов горения. Поэтому разработка составов с улучшенными данными параметрами является актуальным.

Помимо вспучивающихся составов на основе органических веществ, деструкция которых приводит к образованию коксовой пены, существуют составы на основе соединений кремния. Соединения неорганической природы обладают более высокой термостойкостью, негорючестью и относительно низкой стоимостью.

Анализ научно-технической литературы показал, что в составы вспучивающегося покрытия входят следующие компоненты:

• пленкообразователь;
• карбонизирующие соединения (полиол);
• неорганическая кислота и её производная;
• вспенивающий агент (газообразователь, порофор);
• галогенсодержащие добавки и некоторые пигменты;
• наполнители.

Механизм вспучивания огнезащитных покрытий состоит из следующих стадий:

1) выделение неорганической кислоты, способной к образованию сложных эфиров карбонизирующихся соединений при соответствующей температуре;

2) повышение температуры, а также присутствие аминов, ускоряющих реакцию;

3) плавление компонентов, входящих в состав вспучивающегося покрытия, после и (или) перед образованием сложных эфиров;

4) химическая реакция между эфиром полиола и неорганической кислотой вследствие дегидратации;

5) образование горючих газов, при разложении вспенивающегося агента, которая происходит из-за дегидратации полиола;

6) желатинизация, а затем отверждение вспененной массы в момент завершения процессов коксования.

Для приготовления основы композиции вспучивающегося состава используют, например, силикат натрия. В качестве вспенивающего агента (глицин, нитрат цинка) и наполнителя (тальк, оксид алюминия, оксид кремния, оксид титана). Все компоненты являются легкодоступными, дешёвыми и экологически безопасными.

Силикат натрия является универсальным плёнкообразователем, который не отслаивается от поверхности и представляет собой гидрат, который при нагревании теряет влагу, а выделившийся пар вспучивает покрытие.

Однако коэффициент вспучивания составляет несколько единиц и довольно быстро, в процессе нагревания, пена теряет свою форму, образуя «кратеры» (рис.1, слева). Состав, состоящий из жидкого стекла и вспенивающегося агента, позволяет получить вспучивание средней толщины, относительно чистого вещества, однако он имеет существенный недостаток – большие полости внутри вспученного слоя (рис.1, справа). Так как выделение газа происходит неравномерно по объёму покрытия.

Рисунок 1. Вспучивание чистого силиката натрия (слева); появление внутренних полостей при добавлении вспенивающего агента (справа)

Добавление наполнителя приводит к образованию более однородной структуры (рис. 2, справа). Это обусловлено тем, что частицы наполнителя выступают в роли центров парообразования, когда в расплаве пленкообразователя начинает выделяться газ при разложении вспенивающего агента.

Рисунок 2. Структура вспененного слоя без наполнителя (слева); однородная структура вспененного слоя с наполнителем (справа)

Таким образом, можно сказать, что в результате проделанной работы по исследованию научно-технической литературы, были установлены обязательные компоненты, которые должны присутствовать во вспучивающихся огнезащитных составах, а также изучен механизм их вспучивания. Рассмотрены компоненты для получения композиций вспучивающихся составов на основе силиката натрия, применение которых показывают безусловную эффективность и перспективность данного направления.