Проведенный анализ литературных данных показал рост числа публикаций по вопросам применения методов термического анализа при разработке огнезащитных материалов и композиций, выбору антипиренов, а также исследованию механизма термической и термоокислительной деструкции целого ряда огнезащитных материалов.

Одной из важных характеристик огнезащитного состава, не учитываемой в существующих методиках и стандартах, является его термостойкость. Под термостойкостью понимается способность огнезащитного состава сохранять химические и физические свойства при повышении температуры [1]. На данный момент отсутствует общепризнанная методика испытаний термической стойкости применительно к вспучивающимся огнезащитным составам. Термический анализ является физическим методом, отражающим тепловые процессы, происходящие в веществе. В связи с этим с помощью термического анализа возможно изучение поведения огнезащитных материалов интумесцентного типа в условиях температурного воздействия.

В связи с этим, весьма актуальной является задача разработки современных и универсальных методик, позволяющих решать на высоком технологическом уровне широкий круг вопросов как при проведении испытаний и получении точных и воспроизводимых данных, так и при проведении экспресс-контроля композиции на предмет оценки термостойкости огнезащитного интумесцентного состава.

На основе анализа литературных источников [2-4], научно-технической документации [5-7] и экспериментальных исследований [8-11] были выбраны наиболее оптимальные условия проведения испытаний методом синхронного термического анализа для оценки термостойкости огнезащитных составов интумесцентного типа. В предлагаемой методике конкретизированы масса, форма и размер образцов для испытаний: форма – диск (пластина, кольцо); толщина – от 0,2 до 0,3 мм; масса – от 2 до 6 мг (во избежание перелива образца из тигля из-за увеличения объема образца). Уточнены условия проведения испытаний: начальная температура испытания - от 25 °С до 30 °С или температура окружающей среды; скорость нагревания – не менее 20 °К/мин; атмосфера испытания –

воздух с расходом газа от 50 до 100 мл/мин; конечная температура –
1150 °С; тигель – закрытый; материал тигля – платина (Pt).

Для огнезащитных составов интумесцентного типа в качестве одного из критериев оценки термостойкости предлагается использовать величину зольного остатка, соответствующего максимальной температуре углеводородного горения (1100 °С): чем больше будет зольный остаток, тем выше термостойкость огнезащитной композиции.

Для характеристики термостойкости огнезащитного вспучивающегося состава значимыми показателями являются также значение температуры ДТГ максимума и интенсивность горения защитного изолирующего слоя – образовавшегося пенококса. На ДТГ-кривой данные показатели характеризуются ДТГ-пиком в интервале температур 900÷1100 °С (см. рисунок 1).

Рисунок 1 – ТГ и ДТГ кривые огнезащитных составов на основе связующего

разной химической природы: 1 – на акриловой основе, 2 – на эпоксидной основе,

3 – на силиконовой основе

Последний ДТГ пик в интервале температур 900-1100 °С свидетельствует об окислении (выгорании) пенококса с образованием зольного остатка. Для расширения температурного интервала «работы» огнезащитного материала и повышения его термостойкости важно, чтобы ДТГ пик, характеризующий процесс горения пенококса, сместился в область более высоких температур и интенсивность его была как можно меньше. На основании полученных термограмм установлено, что значение температуры максимума ДТГ-пика (Т_ДТГ = 1026 °С) состава на основе силиконового связующего наибольшее, по сравнению со значениями составов на акриловой и эпоксидной основах, что свидетельствует о более позднем процессе горения изоляционного пенококсового слоя. Однако высокое по сравнению с другими составами значение скорости горения (υ_ДТГ = 2,0 %/мин) говорит о значительной интенсивности горения пенококса.

Таким образом, в качестве критериев оценки термической стабильности огнезащитного терморасширяющегося состава для углеводородного температурного режима предлагается рассматривать зольный остаток при температуре 1100 °С (ЗО¹¹⁰⁰), температуру максимума ДТГ-пика (Т_ДТГ) и скорость горения пенококса (υ_ДТГ).

Заключение по оценке степени термостойкости огнезащитного состава интумесцентного типа делается на основании результатов испытаний методами СТА по перечисленным выше критериям (табл. 1). Общая оценка термостойкости оценивается как среднее арифметическое значение степени термостойкости по вышеуказанным критериям.

Таблица 1

Критерии оценки термостойкости огнезащитных составов интумесцентного типа

Рассмотрим на примере исходного вспучивающегося огнезащитного состава на основе силиконового связующего и составов, модифицированных волластонитом, алюмосиликатными микросферами и нанотрубками (см. рисунок 2). В таблице 2 представлены данные для анализа в соответствии с критериями оценивания и дана оценка термостойкости.

Рисунок 2 – ТГ и ДТГ кривые ОЗС и составов, модифицированных волластонитом, алюмосиликатными микросферами и нанотрубками

Таблица 2

Оценка термостойкости исходного огнезащитного состава

интумесцентного типа и модифицированных составов

* Примечание: в скобках указана степень термостойкости в соответствии с соответствующими критериями.

На основании полученных данных, можно сделать вывод, что наибольшей термостойкостью обладает состав, модифицированный алюмосиликатными микросферами с 5 % наполнением. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что введение минеральных и углеродсодержащих наполнителей действительно увеличивает термостойкость огнезащитного состава на основе силиконового связующего.

Предлагаемая методика может быть предназначена для оценки термостойкости огнезащитных композиций при проведении исследовательских работ, а также для прогноза огнезащитной эффективности исследуемых огнезащитных материалов.

Литература

1. Гравит М.В. Вектор стандартизации методов испытаний средств огнезащиты // Огнепортал (электронный ресурс) режим доступа: http://www.ogneportal.ru/articles/3209.

2. Митрофанова С.Е. Термостойкость лакокрасочных покрытий на основе полимеров и способы ее увеличения // Вестник Казанского технологического университета. 2014, т.17, в.23, с.180-181

3. Магарил Р.3. Механизм и кинетика гомогенных термических превращений углеводородов.М: Химия,1970. – 224 с.

4. Ненахов С.А., Пименова В.П., Пименов А.Л. Проблемы оценки ресурса работоспособности огнезащитных вспенивающихся покрытий. // Пржаровзрывобезопасность. Т.18. № 8, 2009.

5. ГОСТ 53293-2009 Пожарная опасность веществ и материалов. Материалы, вещества и средства огнезащиты. Идентификация методами термического анализа.

6. ГОСТ 9980.2-86 Материалы лакокрасочные. Отбор проб для испытаний.

7. ГОСТ 29127-91 (ИСО 7111-87) Пластмассы. Термогравиметрический анализ полимеров. Метод сканирования по температуре.

8. Беззапонная О.В., Головина Е.В., Мансуров Т.Х. Особенности проведения испытаний огнезащитных материалов интумесцентного типа методом термического анализа в условиях углеводородного пожара // Техносферная безопасность. 2017. № 3 (16). С. 57-62.

9. Беззапонная О.В., Головина Е.В., Мансуров Т.Х., Акулов А.Ю. Применение метода термического анализа для комплексного исследования и совершенствования вспучивающихся огнезащитных составов // Техносферная безопасность. 2017. № 2 (15). С. 3-7.

10. Беззапонная О.В., Головина Е.В. Оценка влияния минеральных наполнителей на термостойкость и горючесть огнезащитного состава интумесцентного типа на силиконовой основе. Журнал прикладной химии, 2018. Т. 91 Вып. 1. С. 104-109.

11. Беззапонная О.В., Головина Е.В., Акулов А.Ю., Калач А.В., Шарапов С.В., Калач Е.В. Пути совершенствования огнезащитных терморасширяющихся составов для использования на объектах нефтегазового комплекса // Пожаровзрывобезопасность / Fire and Explosion Safety. – 2017. –Т. 26, № 12. – С. 14–24. DOI: 10.18322/PVB.2017.26.12.14-24.