-
Пройти Антиплагиат ©



Главная » Обеспечение безопасности зданий и сооружений » Декоративный огнезащитный лак для древесины



Декоративный огнезащитный лак для древесины

Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная. Уникализировать текст 



 

Левичев А.Н., Павлюкович Н.Г., Казиев М.М., Валецкий П.М.
ООО «Лаборатория строительных полимеров»

В настоящее время разработаны технические решения по строительству большепролетных сооружений с использованием клееных деревянных конструкций в качестве несущего каркаса. В РФ в последние годы построен ряд таких зданий, например, Ледовый дворец спорта в Крылатском г.Москва, гигантский склад для экспортируемых калиевых солей в Петербургском морском порту.
В тех случаях, когда элементы каркаса открыты для обозрения, они должны быть покрыты лаком. Такой лак, однако, как показал пожар в Манеже, должен также предотвращать воспламенение несущих конструкций и распространение пламени по поверхности.
На сегодняшний день в России сертифицированы более 100 огнезащитных составов для древесины. Большинство из них недолговечны и не выполняют декоративных функций.
Декоративный огнезащитный лак для древесины.
Пленки высохшего жидкого стекла является эффективным огнезащитным материалом для древесины. Попадая в огонь, образующий их силикат натрия Na2O * xSiO2 * yH2O, где силикатный модуль х=2÷3,5; а у=2÷5, полимеризуется с отщеплением воды. В результате образуется вязкая жидкость, постепенно превращающаяся в твердое пористое тело, имеющее низкую теплопроводность, и устойчивое до температуры около 700°С. Некоторое время пленка дополнительно охлаждается, теряя воду. При обработке древесины жидким стеклом с расходом 500 г/м2 и последующем высушивании потеря массы древесины в результате воздействия открытого пламени (ГОСТ 16363) составляет около 4,7%.
Пленка вышеуказанного силиката быстро разрушается под влиянием влаги, содержащейся в воздухе. Даже в сухих отапливаемых помещениях время до ее полного разрушения не превышает полугода. Повышение силикатного модуля жидкого стекла увеличивает долговечность покрытий, но уменьшает их способность к вспучиванию.
В патентной литературе описано множество огнезащитных составов на основе жидкого стекла. Для повышения долговечности в его состав предлагается вводить добавки, реагирующие с силикатом с образованием не растворимых соединений. Введение добавок делает составы непрозрачными.
Термостойкие покрытия на основе кремнийорганических каучуков отличаются долговечностью и хорошими декоративными свойствами, но не имеют огнезащитных свойств.
Целью настоящей работы является создание стойкого к воздействию факторов окружающей среды прозрачного декоративного покрытия, обеспечивающего эффективную огнезащиту древесины.
Сопоставление свойств силикатных и традиционных кремнийорганических материалов позволило сделать вывод, что полимерная основа декоративного огнезащитного покрытия должна сочетать гидрофобные кремнийорганические звенья с силикатными фрагментами, способными выделять при повышении температуры воду.
Жидкое стекло, выпускаемое промышленностью в больших масштабах, имеет низкую стоимость и является потенциально важным сырьевым ресурсом для получения полимерных материалов. Нами были изучены свойства материалов, образующихся при его сополимеризации с алкосисиланами.
Впервые получены новые полимеры на основе продуктов гидролитической соконденсации алкоксиалкилсиланов и водорастворимых силикатов. При твердении этого состава для покрытия гидрофобные кремнийорганические звенья оказываются на наружной поверхности высохшей пленки. Поэтому после высыхания покрытие, получаемое из водорастворимого полимера, оказывается гидрофобным и стойким к повторному растворению в воде.
Диалкоксидиметилсиланы и триалкосиметилсиланы были синтезированы по известным методикам [1] реакцией соответствующих спиртов и метилхлорсиланов или получены от производителей: General Electric, ОАО «Алтайхимпром», НПК «Пента».
Получение бутоксипроизводных алкоголизом смеси метилтрихлорсилана и диметилдихлорсилана описано в работе [2]. Смесь 29,6 М диметилдихлорсилана, 2,2 М метилтрихлорсилана и 78,4 М н-бутанола после нагревания до 90°С дала бутоксипроизводные, идентифицированные после ее разгонки как: диметилдибутоксисилан 29,6 М (67% от теоретически возможного выхода), а также линейные диметилбутоксисилоксаны и метилтрибутоксисилан. После завершения реакции образуется смесь продуктов реакции следующего состава:
 
Бутанол 26,0%
Диметилдибутоксисилан 53,7%
С4Н9O(СН3)2SiOSi(СН3)2OС4Н9 и СН3Si(OС4Н9)3 9,3%
С4Н9O(СН3)2SiOSi(СН3)2OSi(СН3)2OС4Н9 и др. полисилоксаны 11,0%.
 
Перегонкой из этой смеси могут быть выделены индивидуальные вещества. Бутоксипроизводные готовили, руководствуясь методикой [2], а также модифицировав ее, взяв для реакции больший избыток бутанола или иное соотношение диметилдихлорсилана и метилтрихлорсилана. О завершении реакции судили по прекращению выделения хлористого водорода и его отсутствию в реакционной смеси.
Диметилдихлорсилан и метилтрихлорсилан были подвергнуты алкоголизу с получением соответствующих алкоксипроизводных, которые вводили в реакцию с жидким стеклом, проводившуюся при 90÷100°С в течение 3÷25 часов. В качестве спиртов были исследованы метанол, этанол, изопропанол, нормальный и вторичный бутанолы.
Другим важным коммерчески доступным продуктом для синтеза лаков по настоящему изобретению являются алкилсиликонаты, общей формулы: МzH(3-z)O3SiR1 , где М = Na. K, Li или аммоний, также могут быть использованы. Их получают гидролизом триалкоксиалкилсиланов водным раствором щелочи. Промышленностью РФ под марками ГКЖ-10 и ГКЖ-11 выпускаются водные и в водно-спиртовые растворы натриевых солей алкилсиликонатов. При высыхании растворов ГКЖ выделяется кристаллогидрат формулы R1SiO3Na3*6,8H2O. В составах ГКЖ-10 и ГКЖ-11 содержится около 50% нелетучих веществ соответствующих этой формуле или 30% безводной соли R1SiO3Na3. Могут быть использованы также калиевые или литиевые соли указанных соединений, получаемые способами аналогичными производству натриевых солей, а также моно- и дизамещенные соли алкилсиликоновых кислот.
Были изучены также свойства композиций, содержащих производные 3-аминопропилсилана (АГМ-9),
γ–уреидопропилтриметоксисилана (А-1524)),
γ–изоцианатопропилтриметоксисилана (A-35) и
винилсилана (А-171).
Полученные составы для получения покрытий по приводимым в описании примерам наносят на древесину. При их высыхании при комнатной температуре образуются прозрачные твердые покрытия, относящиеся к первой группе огнезащитной эффективности по классификации НПБ-251-98 при расходе материала до 500 г/м2. Обычно потеря массы испытываемых образцов древесины, покрытых лаками по приводимым в описании примерам, не превышает 6%. При попадании в огонь покрытия вспучиваются, образуя вспененный слой, препятствующий быстрому прогреву древесины и ее термодеструкции с образованием горючих газов. Огнезащитные свойства коррелируют со способность покрытий к вспучиванию при нагреве. Коэффициенты вспучивания (Квсп), равные отношению объемов исследуемого образца после и до нагрева, полученные при температурах 300 и 900°С составляют не менее 5 и 2, соответственно. Потеря массы образцов (Δm) при этих температурах в результате дегидратации лака составляет порядка 25% и 35%, соответственно.
Получаемые лаковые пленки устойчивы к старению. Исследовались свойства покрытий и их изменение за время климатических испытаний в течение 72 суток на открытом воздухе под навесом, не препятствующем естественной инсоляции. Продолжительность испытаний соответствовало среднему времени жизни пленок из силиката натрия, не содержащего добавок. Обнаружено, что наилучшими свойствами обладают продукты конденсации бутоксипроизводных и жидкого стекла. Покрытия для дерева на их основе (огнезащитный лак ЭОЛ) относятся к материалам первой (высшей) группы огнезащитной эффективности по ГОСТ 16363. Они образуют прозрачные глянцевые покрытия с высокой долговечностью. Срок службы не менее 3 лет. Поверх гидроизоляционной пленки можно наносить антимикробный лак ХТ-5000, обеспечивающий биозащиту древесины и стерилизующий воздух внутри помещений.
Расчет величины устойчивости к старению R проводили по формуле R= Σ ki(xi-xi0), где xi и xi0 наблюдаемое и исходное свойство, оцененное в баллах, ki – весомость i-го свойства, выбранное таким образом, что полной сохранности покрытия соответствовала величина R=3, а полному разрушению – величина R=-10. Покрытия с положительными значениями величины R считали устойчивыми к старению. В качестве свойств покрытия рассматривали: внешний вид – прозрачность, твердость, отсутствие трещин, блеск, а также адгезию и гидрофобность. В испытаниях использовали плоские образцы отшлифованной древесины размером 50х70 мм и образцы раскладки волнистой структуры длиной 70 мм. В каждом испытании использовали не менее 4 образцов: по 2 образца различной формы. Полученная для каждого образца величина R суммировалась по всем образцам и затем делилась на их количество, давая среднюю величину.
Наибольшее разрушающее действие на покрытия оказывали колебания влажности воздуха. Образцы материалов, помещенные в атмосферу с низкой и постоянной относительной влажностью, за время наблюдений свойств не меняли – R=3.
Обнаружено, что добавка алкилсиликоната натрия существенно улучшает свойства жидкого стекла: растворы становятся более прозрачными и гомогенными, улучшается их растекаемость, увеличивается долговечность и адгезия сухих пленок к металлу и дереву. Уже при комнатной температуре достигается легкое и полное смешение компонентов при их любых соотношениях. Были получены смеси жидкого стекла и раствора алкилсиликоната ГКЖ-11 с различным соотношением компонентов. Обнаружено, что смеси, содержащие более 10% ГКЖ, не сохнут при комнатной температуре, сохраняя консистенцию вязкой липкой жидкости.
Натриевое жидкое стекло по ГОСТ 13078-81 представляет собой водный раствор силиката натрия, после высыхания которого образуется твердая пленка состава Na2O*xSiO2*yH2O, где силикатный модуль x≈y меняется в пределах 2,5÷3,5. При низких значениях силикатного модуля пленки характеризуются высокой способностью к вспучиванию при нагреве, но низкой долговечностью (полное разрушение в условиях У-2 менее чем за 0,2 года). Рост силикатного модуля приводит к увеличению долговечности, но уменьшается вспучиваемость покрытий. Водный раствор силиката при концентрации 50% нелетучих веществ соответствует формуле Na2O*3SiO2*20H2O. При величине у=20÷17 растворы жидкого стекла сохраняют текучесть, дальнейшее снижение у (в результате испарения воды) приводит к резкому нарастанию вязкости. Первоначально образующиеся при сушке растворов силиката натрия пленки формулы Na2O*3SiO2*3,5H2O продолжают терять воду. Это приводит к разрушению материала и потере им прозрачности. Встраивание в эту структуру алкилсиликонатов формулы NazH(3-z)O3SiR1 приводит к уменьшению скорости разрушения.
Бутоксисиланы, в отличие от других исследованных алкоксисиланов дают составы для лаков с наилучшими свойствами. Образующиеся пленки характеризуются высоким блеском и прозрачностью. Замена ДМБС на диметилдиэтоксисилан в процессе получения таких лаков в большинстве случаев приводит к получению растворов, содержащих включения твердых веществ и имеющих более низкую гидрофобность.
Дополнительное улучшение свойств лаковых пленок дает добавка сахарозы. В кристаллическом виде она растворяется в жидком стекле при слабом нагревании. Более удобным является добавление ее в виде водного 50%-ного раствора, смешивающегося с жидким стеклом на холоду.
Изучено влияние добавок метиловых и этиловых эфиров 3-изоцианатопропил силиконовой кислоты и винилтриметоксисилана на свойства композиций ЭОЛ на основе силиката натрия, ГКЖ-11 и сахарозы. Обнаружено, что замена алкоксигруппы в 3-изоцианатопропил-триалкоксисилане существенно влияет на его реакционную способность этого соединения. Лаки, полученные с использованием 3-изоцианатопропилметоксисилана, для своего получения требуют меньшего времени нагревания и обеспечивают более высокое качество пленок, чем аналогичные композиции, использующие 3-изоцианатопропил-триэтоксисилан. Такие композиции обладают высокой атомосферостойкостью (особенно в сочетании с дополнительным гидроизоляционным слоем) и могут быть, по-видимому, использованы даже для наружных работ. Наличие дополнительного слоя хлорированных полимеров не препятствует проявлению огнезащитных свойств силикат-силоксановой пленкой.
Наряду с сахарозой другие углеводы или полиолы также могут быть использованы в составе композиций ЭОЛ. Изучено влияние на свойства композиций ЭОЛ на основе силиката натрия, ГКЖ-11 и алкоксисиланов фруктозы, глицерина, глюкозы и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ).
Добавка аммиака повышает огнезащитную эффективность лаков ЭОЛ. Водный концентрированный раствор аммиака ограниченно смешивается с жидким стеклом. В тоже время после добавки вышеперечисленных компонентов водный аммиак смешивается с лаком в любой пропорции. Он также благоприятствует повышению концентрации водных растворов карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ), являющейся весьма эффективной добавкой для лаков ЭОЛ.
Добавка боратов повышает твердость пленок лаков ЭОЛ. Обнаружено, что наилучшие свойства демонстрируют лаки, в которые бораты вводят в виде растворов в глицерине. Следует отметить, что введение боратов отрицательно влияет на долговечность лаковых пленок. Долговечность сохраняется, если боратные составы использовать совместно с наружным покрытием из хлорированных полимеров.
Оценка огнезащитной эффективности средств огнезащиты древесины по ГОСТ 16363 или НПБ 251-98 заключается в определении потери массы стандартными образцами древесины при огневом испытании в керамическом коробе, имеющим снизу газовую горелку.
Для испытания подготавливают не менее 10 образцов из прямослойной воздушно-сухой древесины сосны плотностью от 400 до 550 кг/м3 и влажностью не более 15%. Образцы древесины изготавливают в виде прямоугольного бруска с поперечным сечением 30х60 мм и длиной 150 мм. На кондиционированные образцы древесины со всех сторон наносят испытываемое покрытие, образцы взвешивают и высушивают. Керамический короб помещают на подставку и, регулируя расход газа, устанавливают в верхней части короба температуру 200±5°С. После выдержки установленной температуры в течение 5 мин испытываемый образец опускают в керамический короб. Через 2 мин прекращают подачу газа в горелку и оставляют образец в приборе до остывания. Остывший образец извлекают из короба, остужают и взвешивают.
Если при испытаниях огнезащищенной древесины потеря массы образца меньше 9% исходной массы, то такие средства относятся по этому стандарту к первой (высшей) группе огнезащитной эффективности.
Проведенное исследование позволило создать эффективную рецептуру лака ЭОЛ и технологию его применения для огнезащиты деревянных конструкций внутри помещений.
 
Выводы
 
Покрытие ЭОЛ пригодно для использования в качестве декоративного огнезащитного лака для древесины, Оно отличается стойкостью к помутнению, растрескиванию и влагоустойчивостью, вспучивается при нагреве, защищая от огня нижележащий материал. Потеря массы образцов древесины, обработанных таким лаком из расчета 500 г/м2 составляет всего 4,0%, т.е. по огнезащитной эффективности он превосходит жидкое стекло. Температура, при которой начинается термодеструкция полимера с отщеплением метильных групп, превышает 500°С.
Рекомендуемый расход для получения покрытия первой группы огнезащитной эффективности 350÷500 г/м2. При повышении температуры свыше 150°С покрытие быстро увеличивается в объеме, создавая вспененный слой с низкой теплопроводностью.
При кратковременном (до 8 мин) действии мощного источника зажигания (температура 650°С) покрытие предотвращает воспламенение древесины. При длительном воздействии огня (в течение 60 мин) древесина, защищенная покрытием, выгорает с меньшей скоростью, чем без огнезащиты. Можно предположить, что клееные деревянные конструкции (балки, изгибаемые прямолинейные элементы арок и рам) покрытые лаками ЭОЛ, при воздействии огня будут сохранять несущую способность длительное время. Пленка огнезащитного лака предотвращает распространение горения вне зоны воздействия источника зажигания. Лаки ЭОЛ не смачиваются водой при кратковременном контакте. При длительном контакте вода может разрушать пленку. Для предотвращения преждевременного разрушения пленок ЭОЛ рекомендуется перекрыть водоизоляционным составом ХП-112 с расходом 100÷200 г/м2.
Свойства огнезащитного лака ЭОЛ
1 Внешний вид покрытия Глянцевое, не содержащее открытых пор
2 Долговечность в помещении, лет 5
3 Пленкообразователь Силикат-силоксановый сополимер
4 Способ применения Окрашивание, распыление
5 Коэффициент вспучивания при 300°С 3
6 Адгезия к дереву, МПа 0,9
7 Плотность лака, г/см3 1,3-1,4
8 Расход для 1 группы огнезащитной эффективности, кг/м2 0,45-0,50
9 Токсичность при нанесении и эксплуатации Не токсичен
10 Растворитель Вода
     
 
Список литературы
 
Бажант В., Хваловски В., Ратоуски И. «Силиконы. Кремнийорганические соединения, их получение, свойства и применение» М., ГНТИ хим. Литературы, 1960, 711с.
Sauer R.O. «Derivatives of methylchlorosilanes. III. n-Butyl Ethers» J.Am.Chem.Soc. 68, №1, 138-139 (1946).
Левичев А.Н., Павлюкович Н.Г., Казиев М.М., Валецкий П.М. «Огнезащитный лак». Заявка на выдачу патента РФ №2005116003 от 26.05.2005г.



Лекция, реферат. Декоративный огнезащитный лак для древесины - понятие и виды. Классификация, сущность и особенности. 2021.

Оглавление книги открыть закрыть

Техническое регулирование условий безопасности зданий в процессе их эксплуатации
Стойкость зданий против прогрессирующего разрушения при комбинированных особых воздействиях. Общий подход и метод оценки
Программная система для анализа опасностей и рисков чрезвычайных ситуаций в городском окружении на основе технологии «виртуальной реальности»
Анализ опасностей и рисков при столкновении самолёта с высотным зданием
Устойчивость зданий при внешних аварийных взрывах
Устойчивость зданий при внешних аварийных взрывах - 2
Концепция обеспечения пожарной безопасности высотных многофункциональных зданий ММДЦ «Москва-сити»
Исследование причин массовой гибели людей в зданиях торгового назначения и рекомендации по их предотвращению
Применение gps для мониторинга объектов при строительстве и эксплуатации
Наземное лазерное сканирование, как новейшая система мониторинга геометрических параметров для оценки безопасности строительных объектов
Биоциды нового поколения, обеспечивающие экологическую безопасность жизнедеятельностьи в зданиях и сооружениях
Биодеструкция строительных конструкций и их защита
Экологически чистые реагенты на основе возобновляемого растительного сырья для обеспечения пожарной безопасности в строительстве
Конструктивные способы обеспечения пожарной безопасности жилых зданий
Нормирование применения отделочных материалов на путях эвакуации
Рациональный способ огнезащиты клеедеревянных конструкций
Декоративный огнезащитный лак для древесины




« назад Оглавление Следующая глава »
Рациональный способ огнезащиты клеедеревянных конструкций « | »






 

Похожие работы:

Воспользоваться поиском

 

Учебники по данной дисциплине

БЖД. Безопасность жизнедеятельности. Шпаргалка.
Основы ОБЖ
ЭКСТРЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ ПОМОЩЬ ПРИ ХИМИЧЕСКИХ, БИОЛОГИЧЕСКИХ И РАДИАЦИОННЫХ ПОРАЖЕНИЯХ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Организация службы безопасности и защиты информации на предприятии
Основы экономической безопасности учебник