Огнезащита огнезащитные краски составы покрытия антикоррозионная защита. Огнезащитные вспучивающиеся покрытия Вспучивающиеся покрытия -функциональные покрытия, которые обеспечивают термоизоляцию

В последнее время на рынке появились огнезащитные вспучивающиеся краски, лаки, составы в таком огромном количестве, что часто сделать правильный выбор достаточно проблематично, даже для профессионала в этой области. Что поможет выбрать наиболее подходящий состав? На чем основан принцип работы огнезащитной вспучивающейся краски или других видов ЛКМ?

Принципы огнезащитного действия вспучивающихся покрытий

Почему огнезащита с помощью вспучивающихся составов настолько эффективна? Все дело в том, что расширяющиеся покрытия одновременно выполняют несколько важных функций. Что происходит при нагревании?

• Температура вспучивания составляет 180-220°C, может меняться в зависимости от изготовителя. В момент нагрева в реакцию вступают следующие процессы.
• Верхний слой вспучивающегося покрытия растрескивается. Образуются поры, через которые начинает поступать преобразовывающийся сухой остаток. При этом первоначальная толщина увеличивается от пяти до сорока раз.
• В результате реакции вспучивающийся огнеупорный состав выделяет большое количество кокса, который является превосходным теплоизоляционным материалом.
• Дополнительно в момент увеличения выделяется большое количество инертного газа, также предотвращающего горение.

В состав вспучивающегося состава нередко входит биозащита, что дает возможность предотвратить гниение или образование ржавчины.

Вспучивающиеся противопожарные краски и лаки

Принцип огнезащитного действия вспучивающихся красок и лаков заключается в следующем:

• Под воздействием пламени верхний слой разлагается с поглощением тепла.
• Выделяются инертные газы.
• Образуется вспененный теплоизоляционный слой.

Механизм огнезащитного воздействия вспучивающихся красок обеспечивает широкую популярность таких составов. Как выбрать наиболее подходящий ЛКМ?

Следует обратить внимание на следующие моменты:

Новейшие вспучивающиеся неорганические составы для огнезащиты спокойно выдерживают перепады температур и негативные атмосферные воздействия. Наносить краски можно с помощью специального пулевизатора, либо вручную валиком или кистью.

Для металлических поверхностей можно выбрать любую противопожарную органоразбавляемую вспучивающую краску. Наносится краска при температуре от +5 градусов. Возможно нанесение в несколько слоев.

Огнезащитные вспучивающиеся составы и обмазки

Преимущество вспучивающихся покрытий перед обычными состоит в их длительном сроке эксплуатации и более качественной защите во время пожара. Так как от качества обмазочных материалов зависит безопасность, проводятся специальные испытания. Рассчитывается формула коэффициента вспучивания, позволяющая установить через какой промежуток времени покрытие вступит в реакцию, и насколько большой будет толщина защитного слоя.

При выборе вспенивающейся обмазки также понадобится обратить внимание на следующие моменты:

• Состав - вспучивающаяся паста может содержать смесь газообразующих, термостойких и защитных веществ. Важен реагент, обеспечивающий вспучивание. Например, составы с поливинилхлоридом при образовании защитного слоя выделяют токсичный газ, обмазку с полифосфатом аммония придется готовить непосредственно на строительной площадке, что не всегда удобно.
  Огнезащитная водоэмульсионная вспучивающаяся паста легко наносится, а для доведения ее до необходимой консистенции при загустевании используется обычная вода. Нанесение водоэмульсионной пасты ограничено внутренними работами.
• Назначение - вспучивающиеся огнезащитные обмазки и пасты могут быть предназначены для дерева или металла.
• Степень защиты. Существует следующий метод определения коэффициента вспучивания. Металлическую пластину, обработанную материалом, помещают в муфельную печь и выдерживают там при температуре 600 градусов в течение 5 минут.
  В полевых условиях вспучиваемость определяется с помощью специального прибора КОР. Помимо этого на таре обычно указано, какая толщина слоя требуется для достижения определенной огнестойкости.
• Дополнительные свойства. Нередко можно встретить вспучивающуюся огнебиозащиту. Состав с биозащитными свойствами позволяет обойтись без предварительного грунтования поверхности различными составами против ржавчины или гниения.

Пасты и обмазки предоставляют более качественную защиту и имеют лучший коэффициент вспучивания. Наносятся с помощью шпателя или кистью.

Диагностика качества вспучивающихся огнезащитных покрытий для металлических и стальных конструкций
От качества огнезащитного покрытия строительных конструкций зависит пожарная безопасность всего здания. Поэтому, анализируя пожарную безопасность здания, следует уделять особое внимание качеству покрытия как после обработки конструкций, так и во время эксплуатации.

На сегодняшний день оценка качества огнезащитной обработки древесины регламентируется ГОСТ Р 53292−2009 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний». Для диагностики качества огнезащиты древесины широко применяются экспресс-метод испытания огнезащитного покрытия и портативный прибор ПМП-1. Оценка результатов позволяет получить достаточно информации о состоянии огнезащитного покрытия деревянной конструкции.

В то же время, контроль качества огнезащитного покрытия металлических конструкций осуществляется только по проверке его толщины и целостности по методике, изложенной в руководстве ВНИИПО МЧС России от 2011 года «Оценка качества огнезащиты и установления вида огнезащитных покрытий на объектах». Однако на строительных объектах не уделяется внимание контролю качества огнезащитного покрытия по такому важному показателю как интумесцентные свойства (способность покрытия к вспучиванию при нагревании и коксообразованию) и адгезионные свойства (качество сцепления с поверхностью). В статье мы попробуем разобраться, почему таким важным показателям не уделяется достаточно внимания при диагностике качества вспучивающихся противопожарных покрытий для металлоконструкций.

Оценка интумесцентных свойств вспучивающихся огнезащитных красок

В лабораторных исследованиях интумесцентные свойств огнезащитных терморасширяющихся материалов характеризует такой параметр, как коэффициент вспучивания . Для определения этого параметра металлическую пластину, на которую нанесена исследуемая вспучивающаяся огнезащитная краска толщиной 1 мм, выдерживают в муфельной печи при температуре 600 °С в течении 5 минут. Коэффициент вспучивания (Квс.) определяют как отношение толщины интумесцентного слоя (hвс.) к исходному слою покрытия (h0):

Квс. = hвс./ h0

Целесообразно подобным методом оценивать огнезащитные составы по металлу в полевых условиях. Для этого предлагается измерять коэффициент объемного расширения (КОР). Для его определения срезается образец покрытия с рабочей поверхности, при помощи штангенциркуля вычисляется его средний объем (проводится не менее трёх замеров). Далее огнезащитное покрытие на прободержателе помещают в устройство для определения КОР, где оно подвергается воздействию струи горячего газа температурой 600 °С (пламя газовой горелки средней части) в течение 1 минуты. Под воздействием высокой температуры поверхность образца вспучивается, образуя пенококсовый слой. После полного остывания определяют объем уже вспененного покрытия и вычисляют КОР по формуле:

Kрас. = V2/V1

V1 - объем исходного образца покрытия;
V2 - объем расширившегося покрытия.

Методика измерения коэффициента объёмного расширения считается информативной и легко воспроизводится, однако чёткие нормы значений коэффициента официально нигде не прописаны, также как и нет единой методики проведения исследования.

Оценка адгезионных свойств покрытий для огнезащиты металлоконструкций.

Составы для огнезащиты металлоконструкций необходимо проверять на адгезионные свойства, ведь от качества сцепления огнезащитного материала с защищаемой поверхностью зависит долговечность полученного покрытия. Кроме того, при низких показателях адгезии происходит осыпание теплоизолирующего слоя, снижающее качество огнезащиты металлических конструкций.

Качество сцепления огнезащитного состава с защищаемой поверхностью металлоконструкции зависит от нескольких условий:

• состав вспучивающейся огнезащитной краски,
• подготовка защищаемой поверхности,
• технология нанесения и расход состава,
• условия эксплуатации огнезащитного покрытия.

На сегодняшний день адгезия огнезащитного покрытия, если и оценивается, то в основном методом решетчатых и параллельных надрезов , согласно ГОСТ 15140-78. На металлоконструкцию, покрытую противопожарным составом, наносятся перпендикулярные надрезы, а затем визуально оценивается зона надрезов по шестибальной шкале. Оценка результатов приведена в ISO 2409:2007. Данный метод подходит для поверхностей до 250 микрометров, в то время как огнезащитное покрытия для металлоконструкций, как правило, толще 300 микрометров.

Иногда адгезионные свойства покрытия проверяют методом Х-образного надреза (ASTM D 3359). При исследовании данным методом на огнезащитное покрытие на поверхности металлической конструкции наносятся два надреза, пересекающиеся под углом 30-45°. Затем на надрез приклеивается липкая лента и через 90 сек. лента удаляется. После этого проводится визуальный осмотр поверхности с надрезом и оценка адгезии по шестибальной шкале, приведённой в стандарте ASTM В 3359. Однако показатели адгезии, определяемые этим методом, не всегда отображают реальное положение вещей.

Третий метод оценки адгезионных свойств покрытий для огнезащиты металла - метод нормального отрыва (ISO 4624). Метод основан на измерении усилия отрыва металлического «грибка» стандартного размера от поверхности покрытия и оценке поверхности разрыва и характера разрушения. Подробная инструкция проведения исследования и оценки результатов описана в ISO 4624.

Метод нормального отрыва является самым трудоёмким, для него характерна наибольшая площадь разрушения огнезащитной поверхности металлоконструкции, требует наличия специального прибора - адгезиметра, но, по мнению специалистов в области огнезащиты, этот метод является самым информативным и эффективным. Кроме того, при использовании портативного адгезиметра возможно применение данного метода в полевых условиях.
При оценке результатов исследований необходимо учитывать тип используемого адгезиметра, т.к. различные приборы, даже соответствующие требованиям ISO 4624, выдают разные показания в одних и тех же условиях.

Основные выводы

Оценка интумесцентных свойств покрытия для огнезащиты конструкций из металла и стали осложняется отсутствием чётких границ нормы коэффициента вспучивания, а также утверждённой методики проведения оценки (какой размер образца взять для анализа, как часто осуществлять проверку покрытия). Мы считаем, что необходимо разработать нормативный документ, в котором были бы четко прописаны экспресс-методика оценки интумесцентных свойств огнезащитного покрытия и прибор для определения коэффициента вспучивания. Основным методом оценки адгезионных свойств покрытия предлагается нормативно закрепить метод нормального отрыва и также включить его в список обязательных исследований при диагностике качества огнезащитного покрытия металлических и стальных конструкций.

На сегодняшний день вспучивающиеся покрытия нашли широкое применение. Использование этих покрытий началось ещё в 80-х годах ХХ века. Они являются защитным средством для повышения огнестойкости конструкций и сооружений. Работает это средство следующим образом: когда на поверхность с огнезащитной краской воздействуют высокие температуры, краска начинает вспучиваться и при этом её объём увеличивается в несколько раз. Образуется пористый, термостойкий защитный слой, который не даёт воспламениться огнеопасным материалам.

Огнестойкая краска состоит из полимерных материалов, в которые добавлены связующие антипирены и вспучивающиеся добавки - специальные газообразующие примеси. Применяются такие краски в тех местах, где необходимо защитить от пожара деревянные конструкции или кабели.

Основные технические параметры вспучивающихся покрытий

Существует несколько характеристик, определяющих качество защитного покрытия, но основных параметра всего два. Первый - это адгезия (способность скрепления краски со старым покрытием), второй - эффективность теплозащиты. Второй параметр состоит из целого комплекса показателей, таких как теплопроводность, температуропроводность и т.д. Кроме основных, существуют ещё и такие параметры покрытия:

• время высыхания краски;
• твёрдость и эластичность;
• устойчивость цвета и т.д.

Чаще всего огнезащитные краски имеют белый цвет, но иногда заказчик желает цвет изменить на какой либо иной, более яркий. Однако это не всегда возможно, так как такие краски содержат много двуокиси титана (до 20%), который препятствует значительной колеровке. Поэтому эти покрытия могут иметь только светлые оттенки.

Современные огнезащитные краски способны сохранять свои свойства в течение 5 - 10 лет, при условии соблюдения всех инструкций.

Какие факторы снижают надёжность покрытий

Во-первых, больше всего на надёжность покрытия влияют условия его эксплуатации. Если огнезащитное покрытие не предназначено для низких температур, а оно применяется в зимний период или же в случае применения гидрофобных покрытий в условиях повышенной влажности, то это приводит к снижению эффективности от 50 до 100% в течение месяца. Также сильно влияет наличие блуждающих электротоков. Этот фактор снижает адгезия краски и в итоге надёжность покрытия. Сильно влияет на надёжность краски наличие в воздухе агрессивных химических реагентов, таких как, например сернистый газ или же повышенное воздействие солнечных лучей, влаги и т.д.

В итоге, при планировании состава огнезащитного покрытия нужно учитывать все факторы, снижающие его огнезащитные свойства. Это низкие температуры, влажность, химические пары, воздействие солнца и т.д.

Испытания огнезащитных покрытий проводятся как обычными методами, применяемыми для испытания всех красок, так и специальными, предназначенными именно для огнезащитных покрытий. К таким специфическим методикам относятся испытания теплопроводности, степени вспучивания краски, рентгенофазный анализ, термические анализы и многие другие.

Аккредитованная лаборатория из г. Санкт-Петербурга «МНИЦСиПБ» давно занимается исследованиями огнезащитных покрытий. Специалисты этой лаборатории утверждают, что главными факторами, влияющими на эффективность огнестойкой краски, являются характеристики пор в покрытии, т.е. их размер и плотность пенококса, а так же потеря массы покрытия и скорость этой потери при определённых экстремальных температурах в диапазоне 100 - 600°С. По сведениям этой лаборатории, если кратность вспучивания покрытия находится в диапазоне 40 - 50 мм, такое покрытие будет надёжным и долговечным. При этих условиях поры в покрытии должны быть малого размера и распределяться по всей поверхности с такой плотностью: поры размером до 1 мм не должны превышать 30 %, а поры размером до 2 мм не должны превышать 3% от общего числа. Что касается потери массы, то при испытании образца покрытия и последующем термогравиметрическом анализе она не должна составлять менее 45% при температурах до 600°С.

Все теоретические исследования, которые проводятся на этапе проектирования покрытия, помогают подобрать нужный химический состав для покрытия, а также помогают выполнить огневые испытания, подобрать нужный компонент для вспучивания краски.

Сегодня в аккредитованной лаборатории ООО «МНИЦС и ПБ» проводятся научные исследования в сфере прогноза срока эксплуатации защитных покрытий в зависимости от состава краски, наличия и количества примесей в ней, от температуры, влажности и других характеристик при эксплуатации покрытия.

Главный вывод, который делают специалисты - все вспучивающиеся огнезащитные покрытия требуют повышенного внимания к соблюдению всех правил хранения, нанесения на поверхности и эксплуатации. При соблюдении всех рекомендаций такие покрытия будут служить долго и надёжно.

Вспучивающиеся огнезащитные покрытия от компании Jotun (Норвегия)

Вспучивающиеся огнезащитные покрытия серии Steelmaster компания Jotun разработала в 1999 году. С тех пор огнезащитные покрытия производства Jotun зарекомендовали себя как качественный, надежный продукт по всему миру (Брошюра Fire protection for structural Steelmaster). Если говорить об опыте Российских внедрений, то в качестве примера внедрений можно привести предприятие «БИАКСПЛЕН» нефтехимического холдинга СИБУР.

Огнезащита для металлоконструкций

• Steelmaster 120WF

Тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные покрытия серии Steelmaster

Основное назначение огнезащитных покрытий серии Steelmaster - это обеспечение повышения пределов огнестойкости конструкций из металлов:

• Металлоконструкции балочного типа (балки)
• Стальные профили
• Колонные металлоконструкции
• Для поверхностей из углеродистой и оцинкованной стали
• Поверхности сплавов алюминия

Краска предназначена как для внутренних, так и наружных огнезащитных работ.

Steelmaster 60WB - огнезащитное покрытие на водной основе. Материал можно наносить при температуре внешней среды не ниже 5°С и не выше 40°C. Посредством применения Steelmaster 60WB обеспечивается защита до 120 минут для стальных конструкций в условиях целлюлозного горения. Steelmaster 60SB - продукт на органическом растворителе для нанесения в более холодное время года, при температуре ниже нуля °C. Jotachar JF750 - инновационное решение, покрытие нового поколения для обеспечения пассивной огнезащиты в условиях углеводородного и струйного горения, на эпоксидной основе, не требующее специального слоя армирующей сетки.

Какие преимущества получает российский потребитель при использовании огнезащитных покрытий Jotun:

• Уверенность в качестве огнезащитного покрытия. Лучшим подтверждением этих слов являются выполненные проекты по огнезащите, в которых используется материалы Jotun: международные аэропорты, станции метро, стадионы, офисные и торговые центры, пешеходные переходы, крупнейшие заводы, многоэтажные здания.
• Огнезащитная эффективность покрытий, подтверждена многочисленными сертификационными испытаниями. Мы всегда готовы по запросу предоставить сертификаты на покрытия Jotun.
• Соответствие стандартам BS 476 (30, 45, 60 минут). Сертификаты соответствия С-GB.ПБ04.B.01022, С-GB.ПБ04.B.01211, С-GB.ПБ04.B.01023, С-GB.ПБ04.B.01212, ISO 22899, ISO 20340, NORSOK M-501, System 5A, Rev. 6 и другие.
• Лучшее время высыхания покрытия по сравнению с отечественными аналогами
• Совместимость с различными грунтами и верхними покрытиями. Производитель предлагает широкий ассортимент промышленных покрытий, используемых в комбинации с огнезащитным покрытием
• Однокомпонентная упаковка
• Срок службы на систему огнезащитного покрытия (грунт + огнезащита + финишное покрытие) до первого капитального ремонта может быть от 12 до 30 лет.
• Простота в нанесении покрытия.
• Минимальное влияние на окружающую среду, низкое содержание ЛОС.
• Краска обладает слабым специфическим запахом, который сразу исчезает после нанесения покрытия
• Удовлетворяет всем требованиям безопасности при проведении окрасочных работ
• Возможность экономии средств за счет нанесения краски за один проход для набора необходимой толщины (нанесение до 2 мм слоя краски за один проход)
• Сокращение полных эксплуатационных затрат, минимизация совокупной стоимости владения (TCO)
• Уменьшается трудоемкость окрасочных работ

Каждая задача по обеспечению пожарной безопасности объектов защиты с учетом функционального назначения конструкции, условия окружающей среды - индивидуальна . Наши специалисты всегда готовы проконсультировать и порекомендовать Вам различные варианты огнезащитных покрытий для Вашей задачи.

В современном строительстве практически ни одно промышленное здание и сооружение не обходится без использования стальных конструкций. Для повышения фактических пределов их огнестойкости применяются различные средства огнезащиты, которые создают на поверхности теплоизолирующий экран, замедляющий нагревание металла и сохраняющий его функциональные свойства в условиях пожара в течение заданного периода времени.

На сегодняшний день среди всего многообразия способов огнезащиты широкую популярность приобрели вспучивающиеся краски, во многом благодаря декоративности создаваемого покрытия и экономичности производимых работ. Основные принципы построения рецептур огнезащитных вспучивающихся (интумесцентных) красок аналогичны рецептурам лакокрасочных материалов: пленкообразователь, наполнители, пигменты (если необходимо), реологические ингредиенты, сиккативы (отвердители), если покрытие отверждаемого типа. Главное отличие заключено в наличии интумесцентной системы, отвечающей за процесс образования пенококса.

В общем случае интумесцентая система состоит из трех основных компонентов: пенообразователь − вещество, разлагающееся с образованием паров или газов; вещество, образующее скелет пенококса – углеводородную структуру, которая формируется газообразователем; неорганические кислоты или вещества, выделяющие кислоту, являющуюся катализатором коксообразования (фосфорная кислота, ее эфиры и соли, соли аммония, меламинфосфат и полифосфат аммония).

Для вспучивающихся покрытий применяют специальные компоненты, подразделяемые на четыре группы:
полиолы – органические гидроксилсодержащие соединения с большим содержанием углерода (пентаэритрит, ди-, трипентаэритрит, крахмал, декстрин и др.);
неорганические кислоты или вещества, выделяющие кислоту при 100 − 250 ºС (фосфорная кислота, ее эфиры и соли, соли аммония, меламинфосфат и полифосфат аммония);
амиды или амины (мочевина, дициандиамид, гуанидин и др.);
галогенсодержащие соединения, чаще всего хлорпарафины с 70%-м содержанием хлора.

Известно, что при введении минеральных наполнителей уменьшается относительное содержание горючей составляющей покрытия, изменяются его теплофизические характеристики, а также условия тепло- и массообмена при горении. Такое действие оказывают практически все инертные, заметно не разлагающиеся при температуре пламени минеральные пигменты и наполнители, из которых наибольшее применение получили технический углерод, диоксид титана, оксид кремния, каолин, тальк, слюда, графит, керамзит.

Кроме того, ряд наполнителей (гидроксид алюминия Аl (OH)3 6H2O, оксалаты, карбонаты металлов, борная кислота и ее соли, фосфаты, содержащие кристаллизационную воду) также проявляет свойства антипиренов. Огнезадерживающее действие наполнителей-антипиренов обусловлено выделением паров воды при разложении в пламени. В некоторых случаях происходит образование оксидной пленки на горящей поверхности, выделение газов, не поддерживающих горение.

Очень часто используются галогенсодержащие антипирены, их доля в общем выпуске составляет почти 25%. В качестве добавок к полиолефинам применяют хлорпарафины, которые хорошо совмещаются с полимером, они достаточно эффективны, однако могут выпотевать; гексахлорциклопентадиен, его димеры и аддукты с бутадиеном, дивинилбензолом, циклооктадиеном, дивинилбензолом или малеиновым ангидридом; броморганические циклоалифатические соединения – гексабромциклододекан, тетрабромциклооктан и др. Если сравнивать эффективность различных галогенов в их смесях с оксидом сурьмы (Sb2O3), то бром проявляет наибольший эффект. Так, при одновременном присутствии в системе хлора и брома преимущественно образуются бромиды сурьмы, а хлор выделяется в виде хлороводорода.

Широко известны неорганические и органические соединения фосфора. В настоящее время только эфиры фосфорных кислот составляют более 15% всех антипиренов-добавок. Также существенное значение имеют реакционноспособные фосфорсодержащие антипирены, например, фосфорсодержащие полиолы. Введение фосфорсодержащих фрагментов в системы покрытий не только снижает их горючесть, но и повышает адгезию, противокоррозионную стойкость и улучшает важные свойства. Добавки на основе фосфора единственные препятствуют тлению − фосфорсодержащие антипирены действуют на начальных стадиях процесса горения, предотвращая разогрев и вызывая дегидратацию полимера, ускоряя его коксование, поэтому они больше подходят для зоны пиролиза.

В настоящее время наметилась тенденция к использованию для огнезащиты безгалогенных материалов на основе меламина (например, меламинцианурат), кроме того, минимизируются добавки оксидов сурьмы. Требования к таким веществам следующие: они не должны подвергаться коррозии ни в течение переработки, ни в случае пожара; выделять при сгорании минимальное количество дымогазовой смеси; по возможности исключать возникновение диоксинов. Применительно к этим веществам должна быть указана термостабильность, т. е. температура, при которой возникают первые признаки разложения. Они должны быть нерастворимы в воде и индифферентны к полимерам. Соединения подобного вида очень безопасны, выделяют небольшой объем дыма при пожаре и обладают низкой токсичностью газов сгорания. Меламинамилфосфат также может использоваться в качестве эффективного заменителя оксида сурьмы как огнезащитного вещества в эластичных поливинилхлоридах. При этом существенно уменьшается потребность в количестве вводимого одновременно тригидрата алюминия, что было установлено в испытаниях, проводимых компанией Synthetic Products Inc. В отличие от тригидрата алюминия меламин не проявляет синергизма с галогенами, но хорошо диспергируется в основном веществе, не ухудшая его термостабильности.

В качестве добавок, снижающих пожарную опасность покрытий, в настоящее время начинают применять стеклосферы, полые стеклянные микрошарики, и углеродные нанотрубки. Это достаточно новый, но уже доказавший свою перспективность материал, представляющий собой полые трубки размером от 20 до 30 тысяч нм, состоящие из свернутых слоев углерода.

Выбор полимерного связующего определяется требованиями к физико-химическим, эксплуатационным и огнезащитным свойствам вспучивающихся красок. Для получения лакокрасочных материалов можно использовать пленкообразующие системы различных видов, в том числе водные дисперсии, органодисперсии и 100%-е пленкообразующие системы. Наиболее распространены однофазные пленкообразующие системы, представляющие собой растворы пленкообразующих в органических растворителях.

Стоит отметить, что не бывает полностью универсальных вспенивающихся систем антипиренов со строго определенным соотношением компонентов. Все композиции разрабатываются эмпирически и рассматриваются как одно целое, поэтому при создании вспучивающейся краски всегда стоит задача обоснованного подхода к выбору компонентов.

В качестве катализатора карбонизации во вспенивающихся композициях широко используются различные фосфаты. Большинство из них водорастворимы, и, следовательно, их существенным недостатком является низкая водо- и атмосферостойкость. Поэтому главным критерием при выборе должна стать невысокая растворимость в воде.

С другой стороны, для интенсивного пенококсообразования и обеспечения эффективной огнезащиты необходимо, чтобы процессы, происходящие в покрытии при воздействии на них теплового потока, протекали в строго определенной последовательности, и, если учесть, что она зависит в первую очередь от температуры разложения составляющих компонентов покрытия, следующим критерием является значение температур при начале разложения фосфатов.

Наиболее целесообразно использовать в качестве катализатора фосфат меламина, пирофосфат аммония, полифосфат аммония, так как эти соединения нерастворимы в воде, а температуры их разложения лежат в области температур эффективного разложения выбранных пленкообразователей (100 − 200 ºС). Среди подобных материалов самым доступным считается полифосфат аммония. Рассмотрим его свойства на примере полифосфатов аммония марок JLS (Таблица 1).

Таблица 1. Свойства антипиренов серии полифосфат аммония JLS-APP

	Фосфор , % (m/m)	Азот , % (m/m)	Р2О5,% (m/m)	Вязкость, mPas	Водораство-римость % , (m/m)	Характеристики
JLS — APP	31.0-32.0	14.0-15.0		≤100	≤0.50	кристаллический, фаза II, n>1000
JLS-APP Special	31.0-32.0	14.0-15.0		≤5	≤0.50	JLS — APP более мелкие и правильные гранулы, чем JLS — APP
JLS — APP 101	28.0-30.0	17.0-20.0		≤20	≤0.50	дает меньшуювязкость и более стабилен в акриловых системах чем JLS — APP
JLS-APP 101R	28.0-30.0	17.0-20.0		≤20	≤0.50	модифицированный меламином полифосфат аммония, свободный от формальдегида; мельче, чем JLS — APP 101 лучше диспергируется в пластиках и эластомерах, чем JLS — APP 101
JLS-APP 102	31.0-32.0	14.0-15.0		≤10	≤0.50	обработан силиконом менее гигроскопичен, чем JLS — APP; лучше водонепроницаемость по сравнению с JLS — APP
JLS-APP 103	31.0-32.0	14.0-15.0		≤100	≤0.50	лучше диспергируется в полиолах, чем JLS — APP; лучшая стабильность вязкости в полиолах
JLS-APP 104	29.0-31.0	12.5-14.5		≤10	≤0.20	мультипроцессинговая обработка; отличная водонепроницаемость; меньше «мыльность», чем у других марок JLS — APP; может давать прозрачное покрытие

Основной характеристикой полифосфата аммония для огнезащитного состава является содержание азота и фосфора, которые должны находится в пределах 14 − 15% азота и не менее 70% фосфора соответственно. Более низкое содержание фосфора не позволит достичь нужной высоты (кратности) пены. Полифосфат аммония существует в двух видах: с кристаллической фазой I (степень полимеризации n < 1000) и кристаллической фазой II (n > 1000). Для первого типа характерны линейная структура, более низкая температура разложения и высокая степень водорастворимости, поэтому в производстве красок используется полифосфат фазы II с высокой степенью полимеризации.

Другим важным компонентом огнезащитного вспучивающегося покрытия считается карбонизирующий материал, который в условиях высокотемпературного пиролиза в смеси с катализатором карбонизации способен образовывать устойчивые конденсированные структуры. В качестве такого материала, к примеру, применяют пентаэритрит, ди- и три-пентаэритриты, различные углеводы, аминоформальдегидные олигомеры и др.

Для дополнительного усиления эффективности катализатора карбонизации и карбонизирующего материала в огнезащитные вспучивающиеся материалы добавляют вспенивающие агенты (газообразователи). Последние, благодаря выделению большого количества негорючих газов при терморазложении, способствуют образованию вспененного слоя (Таблица 2).

Согласно представленным данным, целесообразно использовать меламин и дициандиамид. Хлорпарафин же играет роль не только вспенивающего агента, но и карбонизатора. Несмотря на токсичные газообразные продукты, выделяемые в процессе пиролиза, концентрация хлорпарафина варьируется от 2 до 8%, причем этот материал выполняет также функцию пластификатора, например, в рецептурах с акрилстирольными смолами.

Несомненно, в связи с неблагоприятной экологической ситуацией наиболее распространены водно-дисперсионные вспучивающиеся покрытия, производство и применение которых не связано с использованием токсичных и пожароопасных органических веществ. Тем не менее при окраске различных сооружений возникает необходимость в атмосферостойких вспучивающихся ЛКМ, применяемых в условиях повышенной влажности (по мокрым поверхностям), с повышенной морозостойкостью при условиях нанесения в зимний период и возможностью транспортировки в районы с холодным климатом. Кроме того, в процессе строительства краски могут наноситься на конструкции недостроенных объектов без стеновых и крышных панелей, поэтому разработка вспучивающихся огнезащитных покрытий на основе органических растворителей до сих пор остается актуальной.

Таблица 2. Свойства некоторых вспенивающих агентов

Название соединения	Растворимость в воде	Температура разложения°С	Основные продукты разложения
Мочевина	растворим
Гуанидин	растворим
Бутилмочевина	не растворим		NH 3 , H 3 PO 4 , H 2 O, CO 2
Тиомочевина	мало растворим		NH 3 , H 3 PO 4 , H 2 O, CO 2
Хлорпарафин	не растворим		H 2 O, CO 2, НСl
Дициандиамид	не растворим		NH 3 , H 2 O, CO 2
Меламин	не растворим		NH 3 , H 2 O, CO 2

Органические растворители, используемые для этих целей, играют большую роль в процессе формирования покрытий, оказывая сильное воздействие на структуру и свойства пленок, полученных из растворов полимеров.

Если до недавних пор подбор оптимального состава растворителей осуществлялся в основном эмпирическим путем, то в последнее время при выборе растворителей руководствуются термодинамическим сродством в системе полимер – растворитель и летучестью растворителя. От сродства компонентов системы зависит скорость растворения пленкообразователя, стабильность и реологические свойства растворов или дисперсий, в определенной степени – структура и свойства покрытий. Летучесть растворителя сказывается на технологических характеристиках лакокрасочных материалов и внешнем виде покрытий, которые также находятся в зависимости от методов нанесения.

В качестве пленкоообразователей для атмосферостойких растворных вспучивающих составов применяют хлосульфированный полиэтилен, пентафталевые лаки, хлорвиниловые, стирол-акриловые полимеры. Наиболее оптимальны для таких связующих системы растворитель-разбавитель, где в качестве растворителя используются ароматические растворители (толуол, ксилол, бутилацетат). Разбавителем выступают сольвент или уайт-спирит. Время высыхания до степени «3» ГОСТ 19007 – 73 при температуре 20 °С таких покрытий составляет, как правило, не более 6 часов.

В целом, для разработки рецептур огнезащитных вспучивающихся красок чаще применяют систему полифосфат аммония – донор фосфорной кислоты, меламин – газообразующий агент, пентаэрит – карбонизатор в начальном соотношении 20:10:10. Практически все производители смол и дисперсий предлагают клиентам базовые рецептуры и описание технологического процесса: растворение смол (если речь идет об органорастворимых красках), затем введение наполнителей, пигментов и реологических добавок. К примеру, такого подхода придерживается компания ELIOKEM для смол марок Pliolite.

Подводя итоги, можно сказать, что все эксперименты по подбору компонентов для вспучивающейся краски показывают, что даже незначительное изменение процентного содержания компонентов оказывает сильнейшее влияние как на огнезащитные, так и на эксплутационные свойства. При разработке такого материла необходимо опираться не только на пленкообразователь, но и на взаимодействие его с компонентами, которые непосредственно отвечают за коксообразование при температурном воздействии.

Марина Викторовна Гравит, к.т.н., зам. генерального директора ООО «НИЦС и ПБ»