ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты ИК-спектрального анализа огнезащитного состава на основе антипирена, содержащего азот и фосфор. Предложен механизм огнезащитного покрытия азотных, фосфорсодержащих антипиренов и покрытий на основе эпоксидных смол, а также представлена экспериментальная схема определения огнезащитных свойств покрытий для металлических изделий и конструкций. В ходе лабораторных испытаний на металлическую поверхность наносили огнезащитное покрытие на основе фосфора, азота, остаточных олигомерных антипиренов и эпоксидной смолы. На основании ГОСТ-Р-53295-2009 определены тепловые потоки через покрытие и зависимость этих процессов от времени. Поверхность металлической пластины, на которую не наносили вспучивающееся покрытие, а на поверхность металлической пластины, на которую наносили огнезащитное вспучивающееся покрытие, наносили фосфорные, азотные, антипиреновые и связующие на основе эпоксидных смол.

ABSTRACT

The article presents the results of IR spectral analyses of a flame retardant based on a flame retardant containing nitrogen and phosphorus. A mechanism for flame retardant coating of nitrogen, phosphorus-containing flame retardants and epoxy resin-based coatings is proposed, and an experimental scheme for determining the flame retardant properties of coatings for metal products and structures is presented. During laboratory tests, a flame retardant coating based on phosphorus, nitrogen, residual oligomeric flame retardants and epoxy resin was applied to the metal surface. Based on GOST-R-53295-2009, heat flows through the coating and the dependence of these processes on time are determined. The surface of the metal plate on which the swelling coating was not applied, and the surface of the metal plate on which the flame retardant swelling coating was applied, phosphorous, nitrogen, flame retardants, flame retardants and epoxy resin-based binders were applied.

Ключевые слова: металл, покрытия, огнестойкий материал, вспучивающиеся покрытия, термический анализ, азот, фосфор.

Keywords: metal, coatings, fire-resistant material, bulging coatings, thermal analysis, nitrogen, phosphorus

Введение. Задачи повышения огнестойкости металлических конструкций решаются по-разному. Одним из них является использование огнезащитных покрытий. Разрушаемые металлоконструкции зданий и сооружений нуждаются в защите от высоких температур. Тепловое воздействие, вызванное пожаром, может привести к их деформации, разрушению и повреждению сохранности жизни и ценного имущества [1].

Принцип работы огнезащитных покрытий. Поверхность металлической конструкции покрыта вспучивающимся огнезащитным покрытием. Под воздействием огня верхний слой покрытия разрушается и поглощает тепло. Покрытие набухает или вспенивается, образуя теплоизоляционный слой с высокопористой углеродной структурой, называемый толстым пенококсом [2-3]. Такое покрытие повышает огнестойкость металлических конструкций. Проще говоря, благодаря защитным свойствам огнеупорного состава металлическая конструкция обладает более длительной стойкостью к огню. Это дает пожарным больше времени для борьбы с огнем [4-5].

Результаты экспериментальных исследований показали, что полученный состав является огнезащитным и даже при нанесении тонкого слоя на поверхность обеспечивает хорошую теплозащиту. Огнестойкие покрытия имеют такие преимущества, как обеспечение эффективной защиты при возгорании, простота нанесения, хорошая адгезия к поверхности, и после высыхания образуют прочный и долговечный слой, высокие декоративные свойства [6].

Методы исследования. В экспериментах использованы химические и ИК-спектроскопические методы анализа.

Результат. ИК-спектроскопические исследования проводили для выяснения характера взаимодействия между составляющими компонентами соединений. ИК-спектры поглощения исходных компонентов и исследуемых соединений регистрировали на спектрофотометре-SPECOID IR в области частот 4000-400 см^-1, образцы готовили прессованием с КВr. В ИК-спектре металлсодержащего олигомера кривые поглощения, образованные колебаниями группы (–N–Н), находятся в валентности -3450 см^-1, в валентности 1651 см^-1 группа (–С=N), в 1556 см^-1 группа (–С–N=O) образует ассиметричные колебания, в валентности 1436 см^-1 группа (–CH₂ ), в 1392 см-1 группа (–CH₃ ), в 1247 см^-1 (–P=O) образуют ассиметричные колебания, в 1130 см^-1 группа (–С–ОH) образует симметричные колебания, в 1066 см -1 группа (–С–О–C–) образует симметричные колебания, в 1033см -1 группа (–Р–О–C).

В ходе лабораторных испытаний на металлическую поверхность наносили огнезащитное покрытие на основе фосфора, азота, остаточных олигомерных антипиренов и эпоксидной смолы. Покрытая поверхность металла нагревается над открытым пламенем. Время нагрева металлической пластины и записи температуры с ее обратной стороны составило 120 минут (рис. 1).

Рисунок 1. Экспериментальная схема определения огнезащитных свойств покрытий металлических изделий и конструкций

На основании ГОСТ-Р-53295-2009 определены тепловые потоки через покрытие и зависимость этих процессов от времени. Экспериментқ проводили на поверхности металлической пластины, на которую не наносили вспучивающееся покрытие, а также на металлической пластины, на которую обработали огнезащитном покрытием, которые содержат фосфорные, азотные, антипирены и связующие на основе эпоксидных смол. Было замечено, что температура на тыльной стороне непокрытого металла достигает критической отметки в течение 15-20 минут. Температура на задней стороне металла с покрытием достигала 500 ^oC за 60 минут. Согласно ГОСТ-Р-53295-2009 принадлежность предлагаемых покрытий группы 7 к группам 4 и 5 определялась контрольными опытами (рис. 2).

Рисунок 2. Прохождение теплового потока через покрытие и зависимость этих процессов от времени

Выводы. Таким образом, огнезащитное вспучивающееся композитное покрытие, полученное в результате вышеуказанного исследования, показало высокую эффективность. На основании этих данных применение огнезащитных вспучивающихся покрытий при огнезащите металлоконструкций, применяемых в строительстве, нефтегазовой и химической промышленности, может дать экологически и экономически выгодные результаты.

Список литературы:

1. Нуркулов Э. Н. Результаты СЭМ и элементного анализа вспучивающегося покрытия на основе антипирена и эпоксидной смолы, содержащих азот фосфор //Universum: технические науки. – 2023. – №. 4-5 (109). – С. 44-47.
2. В. И. Натеева, Л. И. Кельдышева. Исследование вспучивающихся огнезащитных покрытий на основе водо- и органорастворимых пленкообразователей с дешевым наполнителем// Вестник технологического университета. 2017. Т.20, №15. С-50.
3. S. Duquesne, S. Magnet, C. Jama, R. Delobel, Thermoplastic resins for thin film intumescent coatings - towards a better understanding of their effect on intumescence efficiency, Polym. Degrad. Stab. 88 (2005) 63–69, https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.01.026.
4. X. Hu, X. Zhu, Z. Sun, Effect of CaAlCO 3 -LDHs on fire resistant properties of intumescent fireproof coatings for steel structure, Appl. Surf. Sci. 457 (2018) 164–169, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.06.165.
5. A. Lucherini, C. Maluk, Intumescent coatings used for the fire-safe design of steel structures: A review, J. Constr. Steel Res. 162 (2019) 105712.
6. L. Yan, X.u. Zhisheng, N. Deng, Effects of polyethylene glycol borate on the flame retardancy and smoke suppression properties of transparent fire-retardant coatings applied on wood substrates, Prog. Org. Coat. 135 (2019) 123–134.