Опубликована статья о роли полифосфата аммония в защите металлоконструкций

23 июля
Огнезащита металлоконструкций — это не роскошь, а неотъемлемая составляющая для зданий общественного назначения: стадионов, аэропортов, больниц, торговых центров, выставочных площадей. В связи с тем что нормативно-техническая база предусматривает неукоснительное соблюдение правил пожарной безопасности, а гражданская архитектура диктует новые тенденции в строительстве, особенно актуальным становится применение надежных средств для защиты от огня, отличающихся экологичностью и не вредящих эстетичности.

Интумесцентные покрытия для металлических изделий — отличная возможность объединить декоративность с требованиями пожаробезопасности. Они позволяют скрыть неопрятный вид сухих гипсовых панелей, являясь при этом дополнением спринклерной системы.

Несмотря на то что сталь не воспламеняется, она теряет свои прочностные характеристики под воздействием температуры свыше 500 °С. В результате может произойти полное обрушение конструкций. Огнезащитные покрытия вспучиваются или вспениваются, предохраняя тем самым металл от перегрева. При отсутствии пространственных ограничений образующийся на его поверхности вспучивающийся слой может в сто раз превышать по толщине оригинальное покрытие, что обеспечивает сильный термоизоляционный эффект.

Такие элементы, как стальной каркас, могут быть классифицированы в зависимости от того, как они ведут себя в процессе пожара. Время, в течение которого они не теряют своих эксплуатационных свойств, устанавливается при соответствующих испытаниях. Определяемая огнестойкость выражается в минутах и подразделяется на классы. Согласно европейской системе, предел огнестойкости обозначается как FRT, показатель F употребляется в Германии, R — в странах Евросоюза и России. Вопреки тому что незащищенные металлические элементы демонстрируют минимальную огнестойкость (6-15 минут), существенным становится определение типа и толщины используемой стали.
Для восприимчивых к воздействию огня стальных профильных листов с большим периметром и малой площадью сечения требуется дополнительная термоизоляция.

Правильная рецептура
В состав водно-дисперсионных и органорастворимых огнезащитных вспучивающихся покрытий входит множество ингредиентов, на общую эффективность которых в значительной степени влияют количество и качество отобранного сырья. Любые компромиссы и экспромты могут отрицательно сказаться на свойствах и долговечности конечного продукта. Среди компонентов, отбор которых должен проводиться особенно тщательно, — источники кислоты, связующие, вспучивающие добавки и пигменты.

Процессы, которые инициирует пожар в интумесцентном покрытии, имеют достаточно сложный характер. На первой стадии связующее вещество растворяется, а высвобождающаяся полифосфорная кислота вступает в реакцию с источником углерода (углеводом, пентаэритритом, дипентаэритритом, крахмалом), в результате чего получается эфир. При его распаде образуется богатая углеродом структура, которая раздувается под воздействием газов, высвобождающихся при разложении вспучивающего компонента. В качестве пенообразователя обычно применяются меламин, циановый аммоний, мочевина. В процессе распухания и вспенивания создается прочный защитный слой. Для того чтобы реакция продолжилась, связующее должно образовать с пластификатором стабильный раствор. Полученная пена начинает обугливаться по мере воздействия высокой температуры. После этого в реакцию вступает полифосфорная кислота, которая предохраняет защитный слой от разрушения. Посредством взаимодействия с пигментом образуется жесткая углеродистая пленка, которая изолирует материал от воздуха, предохраняет от нагрева и препятствует развитию пламени. Чрезвычайно важно, чтобы во вспучивающемся слое не появлялось трещин, только в таком случае покрытие будет способно обеспечивать защиту стальных конструкций самой сложной формы.

Выбор полифосфата аммония
Источник кислоты, в данном случае полифосфат аммония (АРР), является ключевым элементом в цепочке реакций вспучивания покрытий, будь то составы на основе воды или органических растворителей. Его качество может иметь определяющее значение для производительности и стойкости огнезащитных красок, лаков, пропиток, мастик и пр.

Полифосфат аммония представляет собой неорганическую соль фосфорной кислоты, которая применяется в качестве пламязамедляющей добавки, иными словами, выступает в роли эффективного антипирена. Он совместим с большинством связующих добавок, таких как акрилаты (соли акриловой кислоты), эпоксиды (эпоксидные смолы), кремниевые соединения, полиуретаны.

Среди достоинств АРР — экологическая безопасность, так как вещество не содержит галогенов. Подробный доклад об огнезащитных материалах, опубликованный Федеральным агентством по охране окружающей среды Германии (Umweltbundesamt) в 2001 году, сообщает, что «... с точки зрения токсичности, полифосфат аммония зарекомендовал себя как совершенно безопасный антипирен».

На сегодняшний день в мире известно два типа АРР: с кристаллической фазой I и со степенью полимеризации п<1000, а также с кристаллической фазой II со степенью полимеризации п> 1000.

Для полифосфатов аммония с кристаллической фазой I характерна линейная структура с варьирующейся длиной цепи, более низкая температура разложения и повышенная водорастворимость.

АРР второго типа обладают сложной и разветвленной структурой. Также их отличает больший молекулярный вес, высокая термическая стабильность и более низкая растворимость в воде. Их свойства возможно модифицировать, обработав частицы различными добавками (меламиноформальдегидной смолой, меламином, силиконом), это позволяет адаптировать компоненты под определенные промышленные задачи. В целом, доля полифосфата аммония в составе огнезащитной краски может достигать 25 % от общего состава. 

Соответствие международным стандартам

Пожарная безопасность регулируется законами и отраслевыми стандартами. Основные положения, касающиеся элементов зданий и сооружений, определены в нормативах, которые составляются и публикуются национальными и международными организациями по стандартизации, в частности Британским институтом стандартов (BSI), Немецким институтом стандартизации (DIN), Американским обществом по материалам и их испытаниям (ASTM) и многими другими (Таблица 1). При этом в развитых странах производители огнезащитных материалов, испытательные лаборатории и контролирующие органы взаимодействуют с соответствующими техническими комитетами по стандартизации.

В рамках ЕС разработаны общие требования относительно прочности и стойкости к механическим повреждениям материалов, пожаробезопасности, санитарии и гигиены, защиты окружающей среды, теплоизоляции.

Системы пожарной безопасности должны соответствовать классификации пределов огнестойкости материалов и конструкций: F30, F45, F60, F90, F120, F180 и F240. Только огневые испытания, проводимые с учетом международных стандартов, подтверждают, что проверенная продукция пригодна для огнезащиты зданий и сооружений.
Тем не менее при внимательном изучении вопроса легко обнаружить разницу в действующих положениях в зависимости от страны или региона. С этой проблемой постоянно приходится сталкиваться производителям интумесцентных красок. В связи с этим возрастает важность правильного подбора сырьевых компонентов, а также постоянного консультирования с поставщиками продукции, которые способны предоставить не только исчерпывающую техническую информацию, но и обозначить тенденции, превалирующие на рынке.

С момента возникновения вспучи-вающихся покрытий (в середине 1980-х годов) спрос на них постоянно увеличивается. Аналогичным образом обстоит ситуация и со столь ценным антипиреном, как полифосфат аммония. Существуют все предпосылки к тому, что эти процессы продолжатся и в дальнейшем, так как промышленный сектор всерьез обеспокоен эффективностью и экологичностью применяемых материалов. Не последнюю роль в этом вопросе играет декоративность защищаемых поверхностей, в частности, для гражданского и муниципального строительства. 

Источник: журнал «Промышленные покрытия», № 5–6, 2013 
Текст статьи: http://www.ogneportal.ru/articles/coatings/1596