Химия и химические технологии/3. Лаки, краски, эмали, пигменты, герметики

Богданов В.Н., Сахнова Л.Ю., к.х.н. Воронцова О.А.

Белгородский государственный национальный исследовательский университет, Россия

Разработка пожаровзрывобезопасного защитно-декоративного покрытия

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов - совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, могут быть пожар (диффузионное горение) или взрыв (дефлаграционное горение предварительно перемешанной смеси горючего с окислителем).

Большинство применяемых в настоящее время лаков и красок имеют в качестве пленкообразователя органические вещества, которые являются токсичными, легко горючими веществами. Нами было разработано защитно-декоративное покрытие для минеральных и металлических подложек пленкообразователем которого является водные нанодисперсные растворы силиката калия (50-60масс%) и полимерной дисперсии (10-20масс%), Также в состав покрытия входят пигменты и наполнители: мел, микрокацит, оксид цинка,

Согласно ГОСТ 12.1.044-89 [1], для твердого вещества, которым является высохшее (отвержденное) покрытие применяют следующие показатели характеристики пожаровзрывоопасности:

1. Группа горючести - классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению. Горение – экзотермическая реакция, протекающая в условиях ее прогрессивного самоускорения. Применяют при классификации веществ и материалов по горючести и включают эти данные в стандарты и технические условия на вещества и материалы; при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

2. Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение. Воспламенение – пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления. Применяют при определении группы горючести вещества, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности.

3. Температура самовоспламенения – наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества. Самовоспламенение - резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом. Применяют при определении группы взрывоопасной смеси для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов, а также включают в стандарты или технические условия на вещества и материалы.

4. Температура тления – температура вещества, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций окисления, заканчивающихся возникновением тления. Тление – беспламенное горение твердого вещества (материала) при сравнительно низких температурах (400—600°С), часто сопровождающееся выделением дыма. Применяют при экспертизах причин пожаров, выборе взрывозащищенного электрооборудования и разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности технологических процессов, при оценке пожарной опасности полимерных материалов и разработке рецептур материалов, не склонных к тлению.

5. Условия теплового самовозгорания – экспериментально выявленная зависимость между температурой окружающей среды, количествам вещества (материала) и временем до момента его самовозгорания. Самовозгорание – резкое увеличение скорости экзотермических процессов в веществе, приводящее к возникновению очага горения. Применяют при выборе безопасных условий хранения и переработки самовозгорающихся веществ.

6. Кислородный индекс – минимальное содержание кислорода в кислородно-азотной смеси, при котором возможно свечеобразное горение материала в условиях специальных испытаний. Применяют при разработке полимерных композиций пониженной горючести и контроле горючести полимерных материалов, тканей, целлюлозно-бумажных изделий и других материалов. Кислородный индекс необходимо включать в стандарты или технические условия на твердые вещества (материалы).

7. Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами – это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ. Применяют при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов; при выборе или назначении средств пожаротушения.

8. Коэффициент дымообразования – показатель, характеризующий оптическую плотность дыма, образующегося при пламенном горении или термоокислительной деструкции (тлении) определенного количества твердого вещества (материала) в условиях специальных испытаний. Применяют для классификации материалов по дымообразующей способности.

9. Индекс распространения пламени – условный безразмерный показатель, характеризующий способность веществ воспламеняться, распространять пламя по поверхности и выделять тепло.

10. Показатель токсичности продуктов горения полимерных материалов – отношение количества материала к единице объема замкнутого пространства, в котором образующиеся при горении материала газообразные продукты вызывают гибель 50% подопытных животных. Применяют для сравнительной оценки полимерных материалов, а также включать в технические условия и стандарты на отделочные и теплоизоляционные материалы.

Образцы черного металла и силикатного кирпича с нанесенным и отвержденным покрытием был подвергнут нагреванию в муфельной печи с доступом воздуха до температуры 400°С, 500°С, 600°С, 700°С, 800°С. Образцы визуально осматривали в печи при нагревании через каждые 30минут. Затем образцы охлаждали до комнатной температуры. При этом поверхность образцов не покрывалась трещинами, кратерами, не изменяла своего цвета, не было замечено визуальных признаков задымленности, горения, тления или возгорания. Однако после охлаждения было отмечено повышении уровня меления покрытия (до нагрева меление отсутствовало). Данное испытание позволяет сделать следующие выводы:

1. Группа горючести: покрытие относится к негорючим (несгораемым) — веществам и материалам, не способным к горению в воздухе. НГ.

2. Температура воспламенения: покрытие не является воспламеняющемся веществом.

3. Температура самовоспламенения: покрытие не является самовоспламеняющимся материалом.

4. Температура тления: покрытие не относится к материалам, подверженным тлению.

5. Условия теплового самовозгорания: покрытие не относится к самовосгорающимся материалам.

6. Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами: покрытие не воспламеняется и не горит при взаимодействии с водой и кислородом воздуха.

7. Индекс распространения пламени: индекс распространения пламени равен 0 (пламя не распространяется по поверхности покрытия).

Стоит также отметить, что в самом начале процесса нагревания, примерно до температуры 200°С можно ощутить посторонний запах, который не является раздражающим, очевидно, в это время происходит разложение органической части пленкообразователя. Это объясняет тот факт, что при остывании меление образцов возрастает, так как наполнитель-мел уже не связан в каркасную сетку полимером-пленкообразователем.

Согласно ФЗ-123 РФ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности" [2], разработанное защитно-декоративное покрытие характеризуется минимальным классом пожарной опасности строительных материалов - КМ0.

Литература:

1. Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения.

2. Федеральный закон Российской Федерации от 22 июля 2008 г. N 123-ФЗ "Технический регламент о требованиях пожарной безопасности".