Глава 6. ОГНЕЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ

Гипсовые обмазки. Во время пожара дегидрат сульфата кальция CaSО₄×2H₂O в процессе превращения в CaSО₄ выделяет пары воды (около 20 % своей массы) и поглощает большое количество тепла (696 кДж/кг гипса). За время дегидратации температура на необогреваемой стороне гипсового элемента не превышает 100 ⁰С. Нагревание этой стороны элемента толщиной 3 см до указанной температуры наступает через 1 ч, а элемента толщиной 5 см - через 2 ч.

Гипсовый раствор ручного приготовления рекомендуется применять только при выполнении мелких работ, например при заделке небольших отверстий, неплотностей и т.д. Гипсовый раствор, наносимый на поверхности путем торкретирования, приготовляется механически и содержит около 55 % воды. Торкретированный гипсовый слой имеет большую плотность (1200 кг/м³) и повышенную механическую прочность при сжатии. Специальный огнезащитный гипс содержит добавки вермикулита, перлита, минеральных волокон. В отличие от гипса без этих добавок специальный гипс в процессе огневого воздействия незначительно подвергается трещинообразованию.

При огневых испытаниях деревянных стоек с поперечным сечением 15×15 см, высотой 230 см с нагрузкой 10000 кг получены следующие показатели предела огнестойкости:

Неоштукатуренная стойка                                                                                            52 мин

Оштукатуренная по металлической сетке при толщине штукатурки, мм:

10                                           1 ч 21 мин

20                                           1 ч 58 май

В качестве специальных добавок к гипсу применяют также суперфосфат Ca(H₂PO₄)×H₂О в соотношении 3:7 (суперфосфат:гипс). Суперфосфат можно использовать в качестве самостоятельной неатмосфероус-тойчивой белой обмазки.

. Широко используют также известковые обмазки, состоящие из гашеной извести и наполнителя; известково-глиняные, (известковое тесто 1:1 - 100 мас. ч., глина — 5 мас. ч., вода—5 мас. ч.); известково-глино-солевые (с добавлением поваренной соли) и др. [2, 5].

В последние годы начали применять 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 древесноволокнистые плиты становятся трудновоспламеняемыми (потери массы менее 3 %) [1]. Интересен вариант обмазки в виде покрытия из пенополиизоцианурата, выдерживающего значительные тепловые нагрузки (до 900 °С). Применяют также отверждающийся 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 связующих для огнезащитных красок применяют минеральные и органические (битумы, олифы, пеки, дегти) вяжущие, синтетические и модифицированные природные полимеры. Для улучшения физико-механических свойств пленки на органических связующих и для придания ей пластичности в состав краски 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 и относятся к кроющим покрытиям.

Огнезащитные краски можно классифицировать по виду применяемого связующего. На основе минеральных вяжущих нашли применение силикатные и магнезиальные (хлоридныё) краски.

Силикатные краски изготовляют на основе калиевого или натриевого жидкого стекла с модулем не ниже 2,5. Состав жидкого стекла выражается формулой

М₂О×nSiO₂×mH₂O,

где m — калий или натрий; n= 1—5.

Силикатные краски имеют высокие огнезащитные свойства, но в связи с растворимостью жидкого стекла в воде имеют существенные недостатки: слабую устойчивость к атмосферным воздействиям; хрупкость, обусловливающую недолговечность покрытий на материалах и конструкциях, способных изменять размеры или вибрировать; меление.

Для повышения атмосферостойкости силикатных красок:

·         применяют калиевое жидкое стекло;

·         увеличивают модуль жидкого стекла, что приводит к уменьшению растворимости и увеличению устойчивости к действию СО₂;

·         вводят в состав краски вещества, образующие с жидким стеклом водонерастворимые соединения (мел, кремнефтористый натрий и др.), а также обладающие гидрофобными свойствами (совол, хлорпарафины и др.) и повышающие стойкость к действию СО₂;

·         обрабатывают поверхность краски после подсыхания растворами солей, взаимодействующих с жидким стеклом с образованием нерастворимых соединений;

·         уменьшают толщину слоя силикатной краски, что приводит к лучшему сцеплению с поверхностью древесины и меньшей подверженности краски растрескиванию.

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.

Недостатком метода обработки поверхности краски растворами солей является  разделение краски на два слоя с различными коэффициентами линейного расширения и эластичности. Верхний слой оказывается плотным, а нижний содержит избыток жидкого стекла. В результате этого покрытие получается неустойчивым к колебаниям температуры; при нагревании легко образуются трещины. Трещины возникают и в процессе твердения верхнего слоя вследствие его сжатия за счет происходящих химических реакций.

Для практического применения рекомендованы следующие составы силикатных красок [5, 8], % мас.:

Жидкое стекло используют также для получения комбинированных покрытий.

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 следующего состава, % мас.:

Оксид магния                                                                                              25

Литонон                                                                                                      20

Раствор хлористого кальция (плотностью 1370 кг/м³)                                   5

Раствор хлористого магния  (плотностью 1270 кг/м³)                        42,5

Вода                                                                                                             7,5

Масляные краски на основе олифы обладают более высокой атмосферо- и водостойкостью, чем рассмотренные выше. Для снижения горючести олифы (как натуральной, так и искусственной — оксол) вводят большое количество минеральных наполнителей (в том числе и асбеста) и пигментов; антипирены (бура, смеси хлорпарафина и триоксида сурьмы и т.д.) или модифицируют ее хлорсодержащими полимерами.

Примером масляной огнезащитной краски может служить краска МХС, разработанная во ВНИИПО [5]. В зарубежной практике применяют масляные огнезащитные краски на основе льняного масла модифицированного алкидными полимерами с добавлением хлорпарафина, полиамида № 93, масла «Изано». Добавление хлорпарафина, содержащего 40 % хлора, позволяет экономить примерно 25 % алкидного связующего. Минеральными компонентами краски являются диоксид титана, борат цинка, сульфат и карбонат свинца, оксид цинка. Объемное содержание пигментов в данной краске составляет 24 %.

Для окраски внутри помещений применяют краски на основе алкидных полимеров, модифицированных хлоркаучуком и силиконовой смолой; Минеральные компоненты краски: диоксид титана, фосфат аммония; объемное содержание пигмента в данной краске составляет 67%. Силиконы значительно повышают стойкость покрытий к мытью.

Расход льняного масла может быть значительно (до 50 %) сокращен при использовании в красках хлорпарафина, содержащего 70 % хлора. Такие краски сохраняют свои декоративные и защитные свойства в течение нескольких лет в условиях субтропического климата. Для окраски деревянных конструкций льняное масло из составов может быть полностью исключено и заменено, смесью хлорпарафинов. Рекомендуется, например, такой состав, мас. ч.:

Хлорпарафин-70 (60%-ный раствор в уайт-спирита)                            22,8

Хлорпарафин-40                                                                                        3,4

Железный сурик                                                                                         3,2

Триоксид сурьмы                                                                                      2,1

Стеарат аммония                                                                                        0,4

Сульфат бария                                                                                            2,8

Асбестин                                                                                                     3,3

Растворитель                                                                                                          62

Для красок на основе алкидных полимеров, пластифицированных хлорпарафином, наиболее подходящими пигментами являются борат цинка, карбонат кальция, силикаты свинца и магния, оксид цинка. Содержание пигмента должно быть 40—60 % по объему. В качестве пластификаторов для огнезащитных полимерных красок используют мета- и паракрезилборат, три (тетра) гидрофурфурилборат, три (метилизобутилкарбонил) борат; бис (2-этилгексил) фосфат, бис (хлорэтил) винилфосфат и другие соединения. Масляные краски» содержащие буру или оксид сурьмы, дают гладкую, хорошо моющуюся поверхность. Эти краски пригодны для защиты при кратковременном воздействии пламени.

Краски на основе синтетических полимеров можно классифицировать по виду применяемого полимера. В основном в качестве связующих 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 [2] и перхлорвиниловая эмаль ХВ-5169 [5]. Перхлорвинил лучше растворяется в растворителях и менее горюч, чем поливинилхлорид, обладает более высокой клеящей способностью. Состав краски ПХВО следующий, % мас.:

Перхлорвинил                                                                      10,5

Растворитель                                                                     63,2

Сплав                                                                                    4,2

Хлорпарафйн                                                                                   7,4

Пигменты                                                                           14,7

Состав растворителя, % мас.:

бутилацетат                                                                      15

ацетон                                                                                 25

толуол                                                                                  60

Пигментом в основном служит оксид цинка, а также добавка цветного пигмента для получения требуемого оттенка. Краску наносят в четыре слоя с подсушкой каждого не менее 3 ч. Расход краски должен быть не менее 0,6 кг/м². Для повышения огнезащитных свойств краски в нее рекомендуется вводить пылевидный асбест (11...12 %) — краска марки ПХВО-А. Норма ее расхода 0,5 кг/м². Однако асбест увеличивает гигроскопичность защитного слоя.

Для защитных красок по древесине 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 в смеси с ОП-7 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 огнезащищенный 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.

Известны составы огнезащитных красок на основе поливинилацетата, кремнийорганических, алкидных полимеров и др. Например, огнезащитные краски на основе поливинилацетатной дисперсии получают при введении в их состав борного антипирена «Боротерм». Состав краски в расчете на сухие вещества следующий, % мас.:

Поливинилацетат                                                              30

«Боротерм»                                                                        14

Пигменты (диоксид титана, литонон, слюда, глина)   56

Для снижения горючести ПВАД используют также хлорпарафины и минеральные наполнители.

На основе мочевиноформальдегидного олигомера изготовляют огнезащитную краску МФК, состоящую из твердой и жидкой частей. Твердую сухую часть краски приготовляют из следующих компонентов, % мас.:

Моноаммонийфосфат                                                       61,2

Мочевина                                                                             24,6

Формалин                                                                            14,2

Рецептура жидкой части, % мае:

Мочевина                                                                             12,1

Дицианднамид                                                                     12,1

Формалин                                                                            75,8

Для приготовления твердой части краски в нержавеющую емкость, снабженную мешалкой, загружают согласно рецептуре мочевину и формалин, перемешивают их до растворения мочевины и добавляют постепенно моноаммонийфосфат. Полученную смесь выливают на противни под вытяжным устройством и оставляют до полного затвердения. Затем твердую массу подсушивают при температуре 40—60 ⁰С, измельчают и просеивают через шелковое сито № 35 (1225 отверстий на 1 см²).

Для приготовления жидкой части в нержавеющую емкость загружают со рецептуре формалин, нейтрализованный 10 %-ным едким натром до рН = 7, затем добавляют необходимое количество мочевины и дициандиамида до полного растворения.

Краску ФМК приготовляют из 200 г порошка, 80 г жидкой части и 65—70 г воды. Жидкую часть сначала разбавляют водой, а затем вливают при перемешивании в порошок, после чего краска готова к употреблению. Предназначается она для окраски деревянных конструкций внутри помещений. Наносят краску кистью на очищенную поверхность два раза с расходом 0,6 кг/м² при положительной (не ниже 10 °С) температуре и относительной влажности воздуха не более 90%. Перерыв между нанесением слоев не менее 72 ч. Потеря массы окрашенных деревянных образцов после огневого испытания — менее 20 %.

При совмещении мочевиноформальдегидного олигомера и мономера ФА разработана краска ФАМ [5]. В мономер ФА вводят сухой карбамидный олигомер, а затем добавляют ацетоновый раствор бензолсульфокислоты. Сухой карбамидный олигомер получается поликонденсацией мочевины (18,5 %), формалина 30 %-ного (35,7 %) и моноаммонийфосфата (45,8 %). После перемешивания компонентов краски состав выдерживают 8—10 ч, после чего наносят на материал с расходом не менее 0,3 кг/м².

Краска ФАМ предназначена для окраски деревянных конструкционных элементов, ДВП и ДСП, эксплуатируемых в условиях повышенной влажности воздуха (до 90%). Цвет — черный. Для повышения влагозащитных свойств рекомендуется нанесение сверху краски — эмали ХВ-5169 в два слоя с расходом не менее 0,2 кг/м³ [5].

На основе сульфато-целлюлозного щелока, представляющего собой отход производства целлюлозы по сульфатному способу, изготовляют огнезащитную краску, предназначенную для внутренних покрасок сухих помещений. Цвет их в основном темный. При введении в состав суперфосфата и каолина можно получить краски более светлых тонов (краски ССК-К). Но эти краски неустойчивы к действию дереворазрушающих грибков даже при введении 3 % антисептика — фтористого натрия. Для практического применения рекомендуется краска СГ-К следующего состава, мас. ч.: сульфитной щелок (70 %-ный) 25, глина жирная 50, вода 25 [5].

На основе продуктов хлорирования тяжелой фракции зеленого масла (продукт ХЗМ) разработана краска ХЗМ [3]. Сочетание продукта ХЗМ, олифы С или краски СЖ и портландцемента в соотношении 1:1:1 позволяет получать покрытия, которые при расходе 0,6—0,7 кг/м² (двухразовое нанесение) обладают водостойкостью с удовлетворительными огнезащитными свойствами.

Покрытия, образующие защитную пленку. Создание огнезащитных прозрачных покрытий, сохраняющих цвет и текстуру древесины, является довольно сложной задачей.

В МИСИ им. В. В. Куйбышева разработаны огнезащитные декоративные покрытия марок ПНФА, ЭДАМ и АЖМ.

1. Марка ПНФА. Его состав, мас. ч.: полиэфира ПН-1 — 50, фосфакрилата — 50; гипериза — 3; ускорителя «В» — 5...8.

2. Марка ЭДАМ. Его состав, мас. ч.: эпоксидный олигомер ЭД-20— 100; трикрезилфосфат — 40...50; полиэтиленполиамин — 10.

3. Марка АЖМ. Изготовляют на основе мочевино-формальдегидного олигомера с содержанием сухого остатка не менее 60 % (например, можно использовать олигомер марки МФ-17 и др.)—20 мас. ч.; в качестве пластификатора используют совол; в качестве отвердителя — сернокислый алюминий 3 мас. ч.; контакт Петрова — 0,375 мас. ч.; вода — 6 мас. ч. Составы наносят на поверхность кистью или распылением. Жизнеспособность составов 20—30 мин. Расход 0,4... 0,6 кг/м². После отверждения 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, водопоглощение 0,5...1 % по массе и потерю массы по методу КТ 7...8,5 %.

Для получения огнезащитных декоративных покрытий можно применять бромсодержащий эпоксидный олигомер марки П-631 или эпоксидный олигомер марки УП-614, содержащий до 20 % хлора. Покрытия на основе УП-614 наряду с огнезащитными свойствами отличаются эластичностью и высокой коррозионной стойкостью. В качестве основы защитных покрытий представляют интерес фосфорсодержащие аллиловые полимеры.

За рубежом прозрачные огнезащитные покрытия изготовляют 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 лакокрасочного декоративного материала. При действии высоких температур покрытие вспучивается, значительно увеличиваясь в объеме с образованием коксового пористого слоя. 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, сохранения декоративных и огнезащитных свойств при длительной эксплуатации, простоте их устройства.

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 кислот. К ним относятся неорганические соли фосфорной и борной кислот (ортофосфаты аммония, полифосфаты аммония, бура и др.) и фосфорорганические вещества (фосфаты мочевины или меламина, фосфакрилат, 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 оказывают пластифицирующее действие и являются источниками галоидоводородов, которые способствуют как вспениванию покрытий, так и огнезащите.

При создании вспучивающегося покрытия, в состав которого входят перечисленные выше компоненты, а также наполнители, красители и другие вещества, возникает сложность в обеспечении их совместимости, которая в основном и определяет свойства покрытия. Поэтому при разработке вспучивающихся покрытий пользуются математической моделью. Модель позволяет по физическим свойствам покрытия предсказать температурный режим защищаемой поверхности и может быть использована для оценки эффективности ВП и выбора направлений для их создания. При действии высоких температур ВП разлагаются, выделяя пары или газы, которые блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляют пламя вблизи слоя покрытия и уменьшают радиационный 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 [7, 8].

Первые вспучивающиеся покрытия, кроме мочевины, формальдегида и фосфатов, содержали также крахмал, декстрин, сахар, пептаэритрит и являлись двухкомпонентными системами. Затем начали появляться однокомпонентные составы на основе фенолоформальдегидного олигомера « льняного масла с использованием буры и борной кислоты, водорастворимого мочевиноформальдегидного олигомера, их смесей с фенолоформальдегидными и акриловыми полимерами; эпоксидных олигомеров, модифицированных полибутилметакрилатом; галогенсодержащих полимеров, сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида; винидацетата и его сополимера с акрилонитрилом; полиэфирных олигомеров; полиуретанов и т.д.

Наиболее эффективными и доступными оказались составы ВП на основе аминоформальдегидных олигомеров с применением фосфатов и полифосфатов в качестве антипиренов и газообразователей. В ряде стран они выпускаются в промышленном масштабе, например в ГДР состав марки ДS-324, в Финляндии состав «Вивтер», в СФРЮ и ФРГ — состав «Пироморс» и т. д.

В РФ применяется огнезащитное покрытие ВПД (ГОСТ 25130—82), представляющее собой смесь термостойких, газообразующих и волокнистых наполнителей в водном растворе меламиноформальдегиднои смолы ММФ-50 и карбоксиметилцеллюлозы. Состав «Экран» (ТУ 400-1/407-3-78) выпускается в виде двух отдельных частей А и В, которые смачивают перед применением в соотношении 65:35. Часть А представляет собой раствор жидкого натриевого стекла, часть Б — смесь мочевиноформальдегидного олигомера, наполнителей и газообразователей. Жизнеспособность состава 48 ч. Состав наносят в два слоя. Время сушки между слоями должно быть не менее 24 ч. Общая толщина покрытия 3...3,5 мм. Древесина, окрашенная составом «Экран», относится к группе трудносгораемых материалов.

На основе фосфатного связующего разработана краска ОФП-9 (ГОСТ 23790—79) для огнезащиты деревянных конструкций, эксплуатирующихся внутри помещения с относительной влажностью воздуха не более 75 %. Краска состоит из связующего (полиметафосфата натрия) антипирена (гидрооксид алюминия) и пигмента (железный сурик или оксид цинка). Расход краски с учетом производственных потерь составляет 0,5...0,7 кг/м², общая толщина нанесенного слоя 0,6 мм. Наносят в два слоя кистью или краскораспылителем. При влажности воздуха более 75 % состав гидролизуется. Поэтому для применения краски в условиях более высокой влажности на ее поверхность наносят гидроизоляцию толщиной 0,4 мм (два-три слоя эмали ПФ-115 или ХВ-785). При тепловом воздействии метафосфат натрия оплавляется и, вступая в химическое взаимодействие с наполнителем, образует на защищаемой поверхности тонкую керамическую пленку. Одновременно происходит разложение антипирена с выделением большого количества Н₂О, в результате чего покрытие вспучивается, образуя теплоизоляционный слой. Применение краски ОФП-9 позволяет перевести древесину и материалы на ее основе в группу трудносгораемых материалов.

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 невспучивающегося, с нанесенным сверху атмосферостойким покрытием с пониженной горючестью (например, эмали XB-5169).

2. Двухслойные покрытия на основе одного связующего с различными 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 (в том числе металлические) 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 реакционно способных 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. На защищенную поверхность полимерного покрытия, содержащего теплоизоляционный неорганический наполнитель, можно наклеить алюминиевую фольгу. Для этого поверхность древесных материалов обрабатывают струей сжатого воздуха под давлением 0,36 МПа со взвешенными в нем порошкообразными частицами галогенсодержащих соединений, оксидов металлов, фосфата аммония и моноэтаноламина, карбамида, а затем облицовывают алюминиевой фольгой толщиной слоя 2 мм.

Для защиты деревянных конструкций известны также покрытия, представляющие собой многослойные системы, приклеиваемые к защищаемой поверхности. Они состоят из листового материала (асбестовая и целлюлозная бумага или ткань), 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. Кроме того, пленка может иметь невысыхающий клеевой слой, в связи с чем замена облицовки в случае ее повреждения значительно облегчается.

6.3. Свойства огнезащитных покрытий

Огнезащита древесных конструкций и изделий должна осуществляться в соответствии с требованиями СНиПов, рекомендаций [5] и [6], норм проектирования деревянных конструкций и правил производства и приемки работ.

Огнезащитные покрытия следует наносить на деревянные конструкции и изделия, имеющие влажность не более 15 %. Защитные качества покрытий проверяют путем их испытания. Прежде всего проверяют надежность защиты древесины от огня, для чего проводят лабораторные огневые испытания, о которых сказано выше.

Таблица 6.5. Область применения огнезащитных покрытий

Огнезащитное покрытие защищает поверхность древесины до тех пор, пока оно сохраняет свою целостность. Поэтому вновь разрабатываемые огнезащитные составы необходимо испытывать:

·         для неатмосфероустойчивых покрытий — на гигроскопичность, корродирующее действие, искусственное старение в условиях изменения температуры и влажности воздуха, сохранность во времени и адгезию;

·         для атмосфероустойчивых покрытий — на водостойкость, искусственное старение, корродирующее действие, атмосферостойкость в условиях крышной станции, на эластичность, удар и адгезию.

Область применения и свойства огнезащитных покрытий приведены в табл. 6.5...6.7.

6.4. Огнезащитная пропитка древесины

Пропитка древесины растворами антипиренов или полимеров в зависимости от их количества и глубины проникания позволяет ей приобрести свойства невозгораемости при местном или продолжительном воздействии высокотемпературного источника огня. Отличие такого материала от защищенного методом обмазки или окраски заключается в том, что он оказывает повышенное сопротивление действию огня не только на стадии возгорания или самовозгорания, но и в условиях развивающегося пожара.

Для получения огнезащищенных древесных материалов существуют следующие способы пропитки: пропитка под давлением, автоклавно-диффузионная пропита, пропитка в ванне, поверхностная пропитка и пропитка с помощью суперобмазок.

Пропитка под давлением производится в горизонтальных пропиточных цилиндрах объемом 2...70 м³. Пропитка состоит из следующих технологических операций: приготовление пропиточного раствора; загрузка воздушно-сухих древесных деталей в пропиточные цилиндры; создание вакуума в цилиндре (≈65 мм рт. ст.) в течение 30...60 мин в зависимости от вида древесины; подача пропиточного раствора в цилиндр; создание давления до 1...1,6 МПа (в течение 1 ч). Температура во время пропитки равна 55...60 ⁰С; спуск давления и выдержка вагонеток (20...30 мин) для стекания раствора; извлечение деталей и их сушка. Необходимое количество пропиточного раствора с целью обеспечения огнезащиты древесины определяют по формуле

,

где К — необходимое количество пропиточного раствора, % массы древесины; а — необходимое количество антипирена, кг/м³ древесины; с — концентрация антипирена в пропиточном растворе, %; ρ — плотность древесины, кг/м³.

На процесс пропитки большое влияние оказывает порода древесины. Например, для березы длительность процесса составляет 2...6 ч при давлении 0,8...1 МПа, для сосны — 8...12 ч и 10...12 МПа, для дуба — 15...20 ч и 1,5...1,6 МПа соответственно.

Несмотря на эффективность этого способа, пропитку ДСП применяют ограниченно. Она пригодна лишь для плит, изготовленных с применением водостойких феноло-формальдегидиых связующих. В процессе пропитки древесина набухает, необратимо деформируется, в результате чего снижается класс шероховатости поверхности. Последующая сушка плит делает процесс пропитки нерентабельным.

При автоклавно-диффузионной пропитке древесину подвергают пропитке антипиренами в условиях последовательного изменения давления в автоклаве. Разработано несколько режимов диффузионной пропитки древесины (ГОСТ 20022.10—83).

Пропитку в ванне (вымачивание) ведут в емкостях методом горяче-холодных ванн. Для введения пропиточной жидкости используют вакуум, который создается благодаря уменьшению объема воздуха после перенесения ее из горячей ванны (80...90 ⁰С) в холодную. Недостатками этого метода являются весьма слабая пропитываемость ядровой части древесины, ограниченная возможность регулирования количества вводимого пропиточного состава и значительная продолжительность процесса.

Метод поверхностной пропитки заключается в нанесении (в несколько раз с промежуточной сушкой не менее 12 ч) горячего (≈60 ⁰С) пропиточного раствора на готовые деревянные конструкции.

Диффузионный метод пропитки состоит в нанесении на сырую древесину смеси антипирена с небольшим количеством хорошо набухающего клейкого вещества. Поскольку соль во влажной пасте сильно концентрирована, а сок в древесине представляет собой раствор солей слабой концентрации, то возникает так называемое осмотическое давление, обусловливающее проникание антипиренов в поры древесины. Недостаток этого метода - очень большая по сравнению с предыдущими методами длительность процесса пропитки (≈140 сут).

Для пропитки в основном применяют неорганические водорастворимые антипирены. Попытка применения жидкого стекла в качестве огнезащитного пропитывающего состава для древесины не дала положительных результатов. Это можно объяснить тем, что жидкое стекло является коллоидным раствором, проникание которого в поры древесины представляет значительно большие трудности, чем истинного раствора.