9.3.3. Снижение горючести древесных материалов с помощью покрытий

Наиболее перспективным и эффективным методом огнезащиты древесных материалов в условиях строительной площадки является нанесение огнезащитных покрытий. Передача тепла через покрытие к защищаемому материалу происходит за счет теплопроводности самого покрытия и его твердых продуктов разложения. Поэтому решающим фактором, определяющим эффективность огнезащитных покрытий, является их теплоизолирующая способность, которая зависит от толщины покрытия, ее теплоизолирующих свойств.

Огнезащитные покрытия по механизму действия, толщине и функциональному назначению подразделяются на следующие типы [31,44]:

• огнезащитные обмазки толщиной 10...70 мм, для декоративных целей не используются;

• огнезащитные краски толщиной 1...10 мм; они могут выполнять декоративные цели, скрывая при этом цвет и текстуру древесины;

• декоративные покрытия, образующие защитную пленку толщиной до 1 мм, сохраняют цвет и текстуру древесины;

• вспучивающиеся покрытия;

• комбинированные покрытия.

В зависимости от области применения огнезащитные покрытия подразделяются на неатмосфероустойчивые, которые эксплуатируются только в закрытых отапливаемых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 70 %, и атмосфероустойчивые.

Огнезащитные обмазки представляют собой штукатурные растворы, в которых песок заменен легким наполнителем (асбестом, гранулированными шлаками, перлитом, вермикулитом и т.д.). Количество и природу вяжущего вещества (цементы различных марок, гипс, известь, глины, жидкое стекло и т.д.) выбирают в зависимости от условий эксплуатации, влажности, требуемой прочности слоя и т.п.

Обмазки нашли широкое применение из-за их дешевизны и доступности сырья, например, гипсовые, известковые и др.

В последние годы применяются обмазки на основе поливинилацетата, фурановых олигомеров, полиуретанов, мономера ФА, фенолофурилацетанового олигомера (марки ФЛ-1). На основе этих олигомеров приготовляют обмазки, содержащие в качестве наполнителей вермикулит, андезит, графит, асбест, диаммонийфосфат. Обработанные этими обмазками древесно-волокнистые плиты становятся трудновоспламеняемыми (потери массы менее 3 %). Интересен вариант обмазки в виде покрытия из пенополиизоцианурата, выдерживающего значительные тепловые нагрузки (до 900 ⁰С). Применяют также твердеющий в присутствии влаги полиуретановый форполимер, наполненный фенольными микросферами, обмазки на основе серы, в которую введен пластификатор (сульфиды металлов), антипирен (декабромдифенилоксид) и неорганические наполнители.

Огнезащитные краски представляют собой смесь связующего, пигмента и наполнителя, способную к самопроизвольному твердению, причем образующаяся пленка может служить как для огнезащитных, так и для декоративных целей. В качестве вяжущих компонентов в огнезащитных красках используются минеральные и органические (битумы, олифы, пеки, дегти) вяжущие, синтетические и модифицированные природные полимеры. Для улучшения физико-механических свойств красок на органических вяжущих и для придания им пластичности, в составы вводят пластификаторы (глицерин, пентахлордифенил, трикрезилфосфат и др.). Для окрашивания пленки используют в основном минеральные (окись цинка, сурик железный, мумия, охра, окись хрома, сажа, графит и др.) пигменты. Огнезащитные краски при нанесении на древесину закрывают ее текстуру, поэтому относятся к кроющим покрытиям.

Огнезащитные краски можно классифицировать по виду применяемого вяжущего компонента. Нашли применение силикатные и магнезиальные (хлоридные) краски на основе минеральных вяжущих.

Лучшими огнезащитными свойствами обладают краски, в которых жидкое стекло присутствует в избыточном количестве. Без этого избытка неплавкая пленка покрытия при сильном нагреве дает трещины и обнажает защищаемую поверхность; избыточное жидкое стекло, плавясь и выпучиваясь при нагревании, мешает образованию трещин.

Магнезиальные (хлоридные) краски получают на основе оксида магния MgO путем затворения его растворами хлористого магния или кальция. MgO плохо растворяется в воде и лучше в растворе MgCl₂. При гидратации MgO образуется твердый раствор Mg(OH)₂ в MgCl₂, отличающийся высокой прочностью и огнезащитными свойствами. Практическое применение нашли краски марки ХЛ-К для огнезащиты деревянных элементов в сухих помещениях.

Краски на основе синтетических полимеров можно классифицировать по виду применяемого полимера. В основном в качестве вяжущих применяют поливинилхлорид и перхлорвинил, содержащие 56 и 60 – 80 % хлора соответственно. Поливинилхлорид применяют чаще для получения вспучивающихся покрытий. Для повышения эластичности используют пластификаторы – антипирены: хлорпарафины, трикрезилфосфат, алкилдифенилфосфат и др. На основе перхлорвинила разработаны и получили распространение краски марки ПХВО и перхлорвиниловая эмаль ХВ-5169. Перхлорвинил лучше растворяется в растворителях и менее горюч, чем поливинилхлорид, обладает более высокой клеящей способностью.

Для защитных красок (для древесины) применяют также сополимер винилхлорида с винилиденхлоридом. Сополимер обладает высокой коррозионно- и водостойкостью, выпускается и используется преимущественно в виде водных дисперсий (латексов). Латекс СВХ-40, пластифицированный дибутилфталатом , и наполненный графитом, наносят на поверхность плит ДВП и ДСП в виде водной эмульсии шестью-восемью слоями с подсушкой каждого слоя в течение 0,5 ... 1 ч. В результате на поверхности образуется прочный огнезащитный слой, обладающий, кроме того, высокими изоляционными свойствами (хорошо противостоит действию влаги, растворов серной, соляной, кремнефтористой кислот). Испытания огнезащитных свойств латексного покрытия показали, что образцы, покрытые составом на основе латекса СВХ-40, теряют в массе при огневых испытаниях не более 2 %, при удалении из пламени прекращают самостоятельное горение, не тлеют на воздухе.

Лаки – огнезащитные композиции; образуют на защищаемой поверхности тонкую прозрачную пленку, позволяющую сохранить текстуру древесины, обладают декоративными свойствами, защищают от возгорания и распространения пламени по поверхности. В МГСУ разработаны огнезащитные декоративные покрытия марок ПНФА, ЭДАМ и АЖМ.

Составы наносят на поверхность кистью или распылением. Жизнеспособность составов 20 – 30 мин. Расход 0,4... 0,6 кг/м². После отвердения составов (8 – 12 ч) получают прозрачные, водостойкие и долговечные покрытия. Они имеют хорошую адгезию к дереву (20 – 25 МПа), прочность при ударе – 0,2 ‑ 0,4 кгм, водопоглащение – 0,5 – 1 % по массе и потерю массы по методу КТГ ‑ 8,5 %.

Используются также зарубежные прозрачные огнезащитные покрытия, изготовленные на основе высокохлорированного (до 64 %) сополимера Haloflex ‑ 202, полиэфирных, эпоксидных, алкидных или акриловых полимеров, поливинилацетата или хлоркаучуков. Используют также покрытия на основе полиуретанов, ацетобутиратцеллюлозы, хлорпарафина и модифицированного гексаметилендиизоцианата. Оптимальная толщина покрытия – 127-152 мкм.

Вспучивающиеся покрытия (ВП) являются наиболее перспективными покрытиями для огнезащиты строительных конструкций. Они наносятся тонким слоем и в процессе эксплуатации выполняют функции декоративного материала. При действии высоких температур покрытие вспучивается, значительно увеличиваясь в объеме и образуя коксовый пористый слой. Проблема разработки ВП с высокими огнезащитными свойствами связана как с обеспечением вспучиваемости и стабильности угольного слоя при действии высоких температур, так и адгезии к древесине, сохранении декоративных и огнезащитных свойств при длительной эксплуатации.

Вспучивающиеся покрытия являются многокомпонентными системами, состоящими из связующего, антипирена и пенообразователей – вспучивающих добавок. В качестве связующих в основном используют полимеры, проявляющие склонность к реакциям циклизации, конденсации, сшивания и образования нелетучих карбонизированных продуктов: аминоальдегидные полимеры, латексы на основе сополимеров винилиденхлорида с винилхлоридом, галоидированные синтетические и натуральные каучуки, эпоксидные полимеры, полиуретаны и др. Компоненты, обусловливающие вспучивающие и огнезащитные свойства покрытий, подразделяются на следующие группы:

1. Вещества, разлагающиеся в интервале 100... 250 ⁰С с образованием солей кислот. К ним относятся неорганические соли фосфорной и борной кислот (ортофосфаты аммония, полифосфаты аммония, бура и др.) и фосфорорганические вещества (фосфаты мочевины или меламина, фосфокрилат, полифосфориламид и др.).

2. Вещества, разлагающиеся с выделением паров воды или негорючих газов (полисахариды): крахмал, декстрин, пентаэритрит и его гомологи, стереоизомерные гекситы — манит, сорбит и др.

3. Синергиты. К ним относятся мочевина, меламин, дициандиамид, гуанидин, мелем. Также известно применение сульфогуанидина ароматических сульфамидов, 5-амино-2-нитробензойной кислоты, сульфатов аминобензойной кислоты, производных триазина и других соединений.

4. Галогенсодержащие вещества типа хлорпарафина, совола, трихлорэтилфосфата, галогенсодержащие полимеры и сополимеры, которые оказывают пластифицирующее действие и являются источниками галоидоводородов, которые способствуют как вспениванию покрытий, так и огнезащите.

Под действием высоких температур ВП разлагаются, выделяя пары или газы, которые блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляют пламя вблизи слоя покрытия и уменьшают радиационным поток тепла. Образующийся пористый слой обуглившегося ВП является теплозащитным слоем между источником тепла и защищаемой поверхностью. Объем образовавшегося обугленного слоя в зависимости от состава может составлять от 5 до 200 первоначальных объемов покрытия.

Комбинированные покрытия представляют собой комбинацию нескольких слоев (с различными физико-механическими показателями), нанесенных на поверхность защищаемого материала:

1. Комбинация неатмосферостойкого покрытия, как вспучивающегося, так и не вспучивающегося, с нанесенным сверху атмосферостойким покрытием с пониженной горючестью (например, эмали ХВ-5169).

2. Двухслойные покрытия на основе одного связующего с различным содержанием и видом наполнителя и антипирена. В нижний слой обычно вводят большое количество наполнителя, например 65…70 % тригидрата оксида алюминия. Верхний слой представляет собой вспучивающееся покрытие. Кроме того, в нижний слой вводят теплоизоляционные и волокнистые наполнители и другие добавки. Известны также покрытия, состоящие из двух или более слоев вспенивающихся покрытий на основе фенолоформальдегидных полимеров, разделенных промежуточным слоем из эпоксидного полимера.

Для повышения устойчивости минеральных и особенно силикатных красок и покрытий к действию влаги и углекислоты сверху наносят защитный слой, на основе реакционноспособных олигомеров (например, эпоксидного олигомера марки ЭД 20... 100 мм, фурилового спирта 5 мас. ч., полиэтиленполиамина 10 мас. ч.) или растворов полимеров с добавками антипиренов или даже без них. Защитный слой полимера обладает хорошей адгезией к силикатному покрытию, практически не снижает огнезащитные свойства покрытия в целом, в то же время превращает это покрытие в атмосферостойкое. Такие покрытия можно отнести ко второму виду. К ним также относятся минеральные покрытия с адгезионным слоем и трехслойные покрытия: адгезионный слой – минеральное покрытие – атмосферостойкое покрытие.

Для защиты деревянных конструкций применяют также покрытия, представляющие собой многослойные системы, приклеиваемые к защищаемой поверхности. Они состоят из листового материала (асбестовой и целлюлозной бумаги или ткани), пропитанного вспучивающейся композицией. Второй слой – защитный, состоящий из полимера с пониженной горючестью или алюминиевой фольгой. Эти покрытия крепятся на защищаемую поверхность с помощью клеев.

Распространенным способом отделки древесных плитных материалов является облицовка их декоративными трудновоспламеняемыми полимерными (поливинилхлоридными) пленками. Процесс облицовки плит менее трудоемок, чем нанесение лакокрасочных покрытий. Для наклейки пленок применяется огнезащитный перхлорвиниловый клей.