К.т.н. Павлов Е.А.

Ивановский институт ГПС МЧС России

Влияние интумесцентных добавок на физико-механические свойства лакокрасочных покрытий на основе акриловых дисперсий

Снижение воспламеняемости и горючести полимеров, создание пожаробезопасных материалов является актуальной проблемой, требующей постоянного внимания и неотложного решения.

Наиболее перспективными в группе теплоизолирующих покрытий можно считать органические покрытия вспучивающегося (интумесцентного) типа. Интумесцентная технология защиты изделий от воздействия пламени появилась сравнительно недавно и заключается в комбинации коксообразования и вспучивания лакокрасочного защитного покрытия под воздействием высоких температур. Образующийся вспененный ячеистый коксовый слой предохраняет окрашенную поверхность от воздействия теплового потока или пламени. В обычных условиях эксплуатации вспучивающиеся (или интумесцентные, или пеногенные) органические покрытия должны мало отличаться по внешнему виду от традиционных лакокрасочных систем, выполнять обычные защитно-декоративные функции и соответствовать необходимым малярным и эстетическим требованиям.

Огнезащитные вспучивающиеся краски представляют собой достаточно сложные многокомпонентные системы, поскольку в их состав, наряду с традиционными компонентами обычных, красок - пигменты, наполнители, пленкообразователь и добавки специального назначения, входят интумесцентые системы, включающие три основные компоненты: катализатор коксообразования, коксообразующий и вспенивающий агенты. В качестве катализатора, как правило, выступают фосфорсодержащие соединения и чаще всего аммоний полифосфат (АПФ). Содержание АПФ в краске во многих рецептурах составляет от 20 до 28 мас.% от состава краски. Это не согласуется с обычными представлениями о катализе и объясняется участием АПФ в образовании коксовой структуры.

В качестве сырья для образования углеродного каркаса вспененного слоя, как правило, используют полиспирты, а в качестве порофоров - органические амины или амиды, выделяющие при повышенных температурах негорючие газы - углекислый, азот, аммиак, вспенивающие систему. Наиболее популярными в современных рецептурах вспучивающихся красок из полиспиртов является глицерин и пентаэритрит, а из аминов – меламин и карбамид.

Для выполнения обычных защитно-декоративных функций и для длительного сохранения огнезащитных характеристик в процессе эксплуатации в качестве пленкообразователей при изготовлении огнезащитных вспучивающихся красок чаще всего используются термопластичные полимеры, а именно гомо- или сополимеры винилацетата или другие водно-дисперсионные связующие.

Недостатком вспучивающихся красок, содержащих в качестве интумесцентных добавок достаточно гидрофильные компоненты, рассмотренные выше, является исключительная чувствительность к воде образующихся лакокрасочных покрытий, их невысокая механическая прочность, снижение огнезащитных характеристик покрытий в процессе их эксплуатации вследствие выпотевания и смывания интумесцентных добавок, ограниченное время хранения готовых красок вследствие выкристаллизации гидрофильных компонентов интумесцентной композиции, что приводит к ухудшению малярных характеристик краски и качества получаемых покрытий, высокая стоимость красок из-за высокого содержания в краске дорогостоящего АПФ.

Технический результат данной работы заключается в устранении или уменьшении указанных недостатков водно-дисперсионных вспучивающихся красок. Этот технический результат достигается при использовании композиции следующего состава (табл. 1).

Таблица 1

Состав интумесцентной композиции

Наименование компонента	Содержание в композиции, масс. %
Ортофосфорная кислота (85 %-ная)	10 – 15
Пентаэритрит	20 – 25
Карбамид	10 – 15
Формалин (37 %-ный)	15 – 20
Водный аммиак (25 %-ный)	5 - 8
Вода	остальное

В качестве пленкообразователя был опробован ряд вододисперсионных связующих. По степени огнезащитной эффективности наиболее высокие результаты получены при использовании в качестве связующего дисперсии тройного акрилового сополимера [1] и акриловой дисперсии марки Primal E-822K, выпускаемой одним из крупнейших химических концернов Rohm&Haas[2], поскольку температура начала термического разложения дисперсий (примерно 250^oС) практически совпадает с таковой для огнезащитной композиции. Однако, использование первой дисперсии экономически не эффективно ввиду большого содержания дорогостоящего метилметакрилата, следовательно, дальнейшие исследования проводились с использованием дисперсии Primal E-822K.

Основные типичные показатели готовой водно-дисперсионной огнезащитной вспучивающейся краски приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Основные физико-химические показатели готовой водно-дисперсионной огнезащитной вспучивающейся краски

Показатели	Численное значение
Массовая доля нелетучих веществ	58…65
рН композиции	7,5 – 8
Укрывистость высушенной пленки	не более 135 г/м^2
Время отверждения до степени 3 при 20^oС	не более 2 ч
Морозостойкость	не менее 5 циклов
Адгезия к обезжиренной металлической поверхности	не менее 2 баллов
Водопоглощение за 24ч при 23^oС	~10
Стойкость пленки к статическому воздействию воды при 20^oС	не менее 24 ч
Вязкость по вискозиметру В3-246	не менее 30 с

Краска относится к четвертой группе огнезащитной эффективности по НПБ 236-97 при толщине покрытия 2,0 мм для двутавра 20 и расходе краски 2,4 кг/м² и первой группе огнезащитной эффективности по ГОСТ 16363 для древесины при расходе краски 0,29 кг/м².

Испытания покрытия по НПБ 244-97, СНиП 21-01-97 п.6.25 показали, что краска относится к группе Г1 - слабогорючая, группе В1 - трудновоспламеняемая, группе Д2 - с умеренной дымообразующей способностью и группе Т2 - умеренноопасная по токсичности продуктов горения. Эти показатели являются разрешающими для использования краски в местах эвакуации по любым подложкам.

Литература:

1. Е.А. Павлов, М.О. Месник, В.К. Горшков. Разработка акрилового катализатора отверждения для лакокрасочных композиций //Изв. Вузов. Химия хим. Технол.- 2009.- т.52, вып.2.-с. 100-103.

2. Е.Е. Казакова, О.Н. Скороходова. Водно-дисперсионные акриловые лакокрасочные материалы строительного назначения. М., Издат. Пейнт- Медиа, 2003. – 136 с.