Вогнебіостійкі епоксидні композиційні матеріали для дерев’яних конструкцій - Автореферат

Для підвищення вогнестійкості деревяних конструкцій застосовують різні способи: просочування антипіренами, штукатурка, облицювання негорючими листовими й плитковими матеріалами, нанесення полімерних покриттів. Основний недолік полімерних композиційних матеріалів на основі епоксидних олігомерів - горючість, що обмежує галузі їх застосування. Як свідчить статистика, збільшення пожеж та матеріальної шкоди від них можна значною мірою віднести на рахунок зростання обсягів використання полімерів у будівництві приміщень, споруд, транспортних засобів і комунікацій. Дисертаційна робота виконана на замовлення Департаменту пожежної безпеки МНС України за темою „Комплексна оцінка пожежної небезпеки полімерних матеріалів, які використовуються в будівництві” (№ держ. реєстрації 01000000686) і за постановою Кабінету Міністрів України від 01.07.2002 № 870, п. · Визначено, що раціональне поєднання наповнювачів моноамонійфосфату й активованої базальтової луски в епоксидній композиції дозволяє при нанесенні її на деревину отримати І групу вогнезахисної ефективності деревини.З метою зниження горючості та регулювання експлуатаційних властивостей епоксиполімерів застосовували дисперсні мінеральні наповнювачі, що відрізнялися природою оксидів, їхнім кількісним співвідношенням і формою частинок: повітряно-сухий природний мінерал із відходів глиноземного виробництва - залізоалюмінієвий оксид (ОЗАН), активовану при температурі обробки 1003-1053 К базальтову луску (АБЛ), та моноамонійфосфат (МАФ) з розміром частинок 50-63 мкм. Методи дослідження можна умовно розподілити на такі групи: вивчення властивостей наповнювачів; оцінка горючості та пожежної небезпеки епоксиполімерів; випробування на біологічну стійкість; оцінка технологічних властивостей, структури і експлуатаційних характеристик епоксиамінних композицій; математична обробка результатів досліджень. Встановлено, що введення в композицію більш ніж 20 мас.ч. наповнювачів АБЛ і ОЗАН незначно впливає на КІ і стійкість до дії розжарювання. Наповнювачі також зміщують початок деструктивних процесів у напрямку вищих температур: для ненаповненої композиції температура початку розкладу становить 438 К, для композиції з МАФ - 463 К, ОЗАН - 473 К, АБЛ - 523 К. Для забезпечення стійкості епоксидних композицій ЕБЖАМО-1 та ЕБОБ до цвілевих грибів був обраний антисептик Гємбар, який вводили в епоксидні композиції в кількості: 1 - контрольний зразок без біоциду; 2 - зразок з біоцидом у кількості 0,2 мас.ч.; 3 - зразок з біоцидом у кількості 1 мас.ч.; 4 - зразок з біоцидом у кількості 5 мас.ч.Розроблено вогнебіозахисні епоксидні композиційні матеріали з поліпшеними експлуатаційними властивостями з використанням наповнювачів залізоалюмінієвих оксидів, активованої базальтової луски, моноамонійфосфату, та біоцидної добавки на основі гуанідину, що дозволяє підвищити вогнебіостійкість деревяних конструкцій. Встановлено, що введення у вогнебіостійкі епоксидні композиції мінеральних дисперсних наповнювачів (активованої базальтової луски (АБЛ), залізоалюмінієвих оксидів (ОЗАН), моноамонійфосфату (МАФ)), які характеризуються різними концентраціями кислотно-основних активних центрів, суттєво впливає на процеси термоокисної деструкції, величину кисневого індексу епоксиполімерів та стійкість їх до дії розжареного стрижня. Показано, що введення біоциду полігексаметиленгуанідин фосфату марки Гємбар в вогнебіостійку композицію дозволяє збільшити інгібуючі властивості композиції, що сприяє зниженню активності життєдіяльності спор гриба Trichoderma Sp і, можливо, його загибелі. Встановлено, що використання вогнебіозахисної композиції ЕБЖАМО-1 для захисту деревяних конструкцій дозволяє зменшити небезпечні концентрації ціаниду водню і бензолу, а також зменшити втрату маси при піролізі деревини на 13%. Встановлено можливість регулювання реологічних властивостей, структури, адгезійно-міцносних показників, хімічної стійкості шляхом модифікації епоксидних композицій залізоалюмінієвими оксидами, активованою базальтовою лускою, моноамонійфосфатом, а також біоцидом Гємбар.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Розроблено вогнебіозахисні епоксидні композиційні матеріали з поліпшеними експлуатаційними властивостями з використанням наповнювачів залізоалюмінієвих оксидів, активованої базальтової луски, моноамонійфосфату, та біоцидної добавки на основі гуанідину, що дозволяє підвищити вогнебіостійкість деревяних конструкцій.

2. Встановлено, що введення у вогнебіостійкі епоксидні композиції мінеральних дисперсних наповнювачів (активованої базальтової луски (АБЛ), залізоалюмінієвих оксидів (ОЗАН), моноамонійфосфату (МАФ)), які характеризуються різними концентраціями кислотно-основних активних центрів, суттєво впливає на процеси термоокисної деструкції, величину кисневого індексу епоксиполімерів та стійкість їх до дії розжареного стрижня. Введення наповнювачів підвищує температуру початку розкладу полімеру: МАФ - на 25 К, ОЗАН - на 35 К, АБЛ - на 85 К і збільшує величину коксового залишку на 9,1-17,1%.

3. Показано, що введення біоциду полігексаметиленгуанідин фосфату марки Гємбар в вогнебіостійку композицію дозволяє збільшити інгібуючі властивості композиції, що сприяє зниженню активності життєдіяльності спор гриба Trichoderma Sp і, можливо, його загибелі. Встановлено, що досліджувані епоксидні композиції грибостійкі і можуть бути використані як захисні покриття для деревяних конструкцій і споруд, що підлягають впливу цвілевих грибів.

4. Встановлено, що використання вогнебіозахисної композиції ЕБЖАМО-1 для захисту деревяних конструкцій дозволяє зменшити небезпечні концентрації ціаниду водню і бензолу, а також зменшити втрату маси при піролізі деревини на 13%. Мінімальне значення показника токсичності HCL50 для ЕБЖАМО-1, що визначене при температурі 750?С, становить 78,6±7,2 г/м2. За токсичністю продуктів горіння епоксиполімер ЕБЖАМО-1 належить до класу помірно-небезпечних матеріалів.

5. Показано, що вогнебіозахисна композиція ЕБОБ належить до групи матеріалів, що важко горять і важко займаються, ЕБЖАМО-1 належить до групи горючих матеріалів середньої займистості. Розроблені покриття відносяться до І-ІІ групи вогнезахисної ефективності. Ефективність захисної дії вогнебіозахисних композицій підтверджено розрахунком параметрів розвитку пожежі у приміщенні. Розроблені вогнебіозахисні покриття ЕБЖАМО-1 та ЕБОБ захищають деревяні конструкції під час пожежі, а також зменшують середньообємну температуру, що дозволяє пожежним підрозділам, які прибувають для ліквідації пожежі, ефективніше виконувати свої обовязки.

6. Встановлено можливість регулювання реологічних властивостей, структури, адгезійно-міцносних показників, хімічної стійкості шляхом модифікації епоксидних композицій залізоалюмінієвими оксидами, активованою базальтовою лускою, моноамонійфосфатом, а також біоцидом Гємбар. Для раціональних складів композицій, що містять моноамонійфосфат, біоцид та активовану базальтову луску з високим вмістом поверхневих кислотно-основних центрів, спостерігається підвищення концентрації ефективних вузлів зшивки, покращується змочувальна здатність і адгезійна міцність до сталі в 2-3 рази.

7. Встановлено, що при експлуатації вогнебіозахисних покриттів упродовж 11 років в умовах помірного клімату втрата блиску для покриття ЕБОБ, що нанесене на деревяну основу з просочуючим складом ДСА-1, становить 31%, без просочування - 28%, для ЕБЖАМО-1 з просочуючим складом і без ДСА-1 - 35%.

Розроблені покриття ЕБОБ і ЕБЖАМО-1 впроваджено в МПП „Декор-S” (м. Київ), ТОВ „Вогнебіозахист” (м. Київ), що дозволило знизити пожежну небезпеку обєктів і отримати очікуваний економічний ефект: 0,73 та 0,68 грн на 1 м2 площі порівняно з емаллю ПФ-115 та з просочуючим складом ДСА-1 відповідно. Враховуючи властивості розроблених вогнебіозахисних композицій і можливість використання їх впродовж 11 років, економічний ефект порівняно з застосуванням емалі ПФ-115 складе 12,1 грн/м2 і з ДСА-1 - 11,35 грн/м2.

Розроблено технологічну інструкцію та технічні умови на вогнебіостійкий епоксиполімер ЕБОБ.

1. Яковлева Р.А., Дмитриева Н.В., Попов Ю.В., Андронов В.А., Безуглый А.М. Влияние дисперсных минеральных наполнителей на величину кислородного индекса и процессы термоокислительной деструкции эпоксиполимеров // Проблемы пожарной безопасности. - Харьков: Фолио. - 2005. - Вып. 17. - С. 204 - 209.

2. Яковлєва Р.А., Дмітрієва Н.В. Надання вогнебіостійкості деревини покриттями на основі епоксиполімерів // Наук. вісн. УКРНДІПБ. - 2005. - №1 (11). - С. 63 - 65.

3. Дмитриева Н.В. Реологические и реокинетические характеристики биоогнестойких эпоксидных композиций // Вісник Нац. техн. ун-ту “Харківський політехнічний інститут”: Зб. наук. праць. Тематичний випуск: Хімія, хімічна технологія та екологія. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2005. - № 25. - С. 109 - 113.

4. Яковлева Р.А., Дмитриева Н.В., Попов Ю.В., Снагощенко Л.П., Жартовский В.М., Юрченко В.А. Исследование стойкости к плесневым грибам огнебиозащитных эпоксиполимеров // Наук. вісн. будва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ - 2005. - № 30, Т.1. - С. 185 - 189.

5. Яковлева Р.А., Дмитриева Н.В, Попов Ю.В., Григоренко А.Н., Андронов В.А. Регулирование свойств многофункциональных эпоксиполимеров // Моделирование и оптимизация в материаловедении: Материалы к 44-му междунар. семинару по моделированию и оптимизации композитов - МОК?44. - Одесса: Астропринт. - 2005 - С. 48.

6. Яковлева Р.А., Попов Ю.В., Обиженко Т.М., Семкив О.М., Дмитриева Н.В., Латорец Е.В. Эпоксидные композиции для предупреждения возгорания изделий строительного и электротехнического назначения // Тезисы доклада ІІ Междунар. научно-практической конф. “Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация”. - Минск. - 2003. - С. 259 - 260.

7. Яковлева Р.А., Семкив О.М., Попов Ю.В., Обиженко Т.М., Дмитриева Н.В. Эпоксидные композиции пониженной горючести для изделий строительного и электротехнического назначения // Тезисы доклада XVIII научно-практической конф. “Снижение риска гибели людей при пожарах”. - Москва. - 2003.

8. Яковлева Р.А., Нехаев В.В., Харченко Н.А., Попов Ю.В., Дмитриева Н.В. Оценка пожарной опасности и токсичности эпоксиполимеров пониженной горючести // Тезисы докладов V Междунар. конф. “Полимерные материалы пониженной горючести”. - Волгоград. - 1-2 октября 2003 г. - С. 77 - 78.

Особистий внесок автора в роботах, опублікованих у співавторстві: [1 - 4, 7] - постановка, проведення експериментів, аналіз результатів; [5, 6, 8] - участь у виконанні теоретичних, експериментальних досліджень.

анотації

Дмітрієва Н.В. Вогнебіостійкі епоксидні композиційні матеріали для деревяних конструкцій. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - пожежна безпека. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури. Харків, 2005.

У дисертації розроблено вогнебіозахисні епоксидні композиційні матеріали для деревяних конструкцій. Поставлені завдання вирішено шляхом введення в епоксидну композицію дисперсних мінеральних наповнювачів і біоциду.

За токсикологічними параметрами розроблена епоксидна композиція відноситься до класу помірно-небезпечних матеріалів. Розроблена вогнебіозахисна композиція ЕБОБ належить до групи матеріалів, що важко горять і важко займаються, ЕБЖАМО-1 належить до групи горючих матеріалів середньої займистості. Розроблені покриття відносяться до І-ІІ групи вогнезахисної ефективності. Проведено розрахунок параметрів пожежі епоксиполімерів у приміщенні. Встановлено, що розроблені вогнебіостійкі покриття ЕБЖАМО-1 і ЕБОБ виконують своє призначення, а саме: захищають деревяні конструкції під час пожежі.

Встановлено, що досліджувані епоксидні композиції грибостійкі і можуть бути використані як захисні покриття для будівельних конструкцій і споруд, що піддаються впливу цвілевих грибів.

Визначено математичні залежності зміни властивостей вогнебіостійких епоксиполімерів від складу композицій.

Розроблено технологічну інструкцію та технічні умови на епоксиполімер ЕБОБ.

Ключові слова: наповнений епоксиполімер, грибостійкість, вогнебіозахист, токсикологія, параметри пожежі, кліматичний вплив, зниження пожежної небезпеки.

Дмитриева Н.В. Огнебиозащитные эпоксидные композиционные материалы для деревянных конструкций. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - пожарная безопасность. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры. Харьков, 2005.

В диссертации разработаны огнебиозащитные эпоксидные композиционные материалы для деревянных конструкций. Поставленные задачи решены путем введения в эпоксидную композицию дисперсных минеральных наполнителей и биоцидной добавки. Установлены закономерности влияния кислотно-основных поверхностных центров дисперсных наполнителей различного минералогического состава на характеристики процесса термоокислительного разложения, некоторые показатели горючести, технологические и эксплуатационные свойства эпоксидных композиций.

Показано, что исследуемые эпоксидные композиции являются грибоустойчивыми и могут быть использованы в качестве защитных покрытий для строительных конструкций и сооружений, подвергающихся воздействию плесневых грибов.

Изучен состав и токсичность летучих продуктов термоокислительной деструкциии полимерных покрытий для обеспечения безопасных условий труда и предупреждения возможных отравлений при аварийных ситуациях (возгорание, пожары и др.). По токсикологическим параметрам разработанная эпоксидная композиция относится к классу умеренно-опасных материалов. Разработанные покрытия относятся к I-II группе огнезащитной эффективности. Рассчитан индекс потенциальной пожарной опасности огнебиостойких эпоксиполимеров.

Эффективность работы огнебиозащитных композиций подтверждена расчетом параметров развития пожара в помещении. Разработанные огнебиозащитные покрытия ЭБЖАМО-1 и ЭБОБ защищают деревянные конструкции во время пожара, а также уменьшают среднеобъемную температуру, что позволяет пожарным подразделениям, которые прибывают для ликвидации пожара, более эффективно выполнять свои обязанности.

Установлены закономерности изменения реологических свойств и реокинетических параметров наполненных эпоксидных композиций. Показана корреляция между смачивающей способностью и адгезионной прочностью огнебиостойких полимерных композиций. Установлена возможность регулирования адгезионного взаимодействия путем введения в состав композиции биоцидной добавки Гембар и наполнителей.

Для определения закономерностей направленного регулирования свойств наполненных эпоксидных композиций при изменении количества антипирена моноаммонийфосфата МАФ и наполнителей: активированной базальтовой чешуи АБЧ и воздушно-сухого железоалюминиевого оксида ОЖАН, проводился полный факторный эксперимент. Определены математические зависимости изменения свойств эпоксиполимеров от состава композиций.

Рассчитан срок службы разработанных покрытий. Установлено, что при эксплуатации огнебиозащитных покрытий в течение 11 лет в условиях умеренного климата потеря блеска для покрытия ЭБОБ, нанесенного на деревянную подложку с пропитывающим составом ДСА-1, составляет 31%, без пропитки - 28%, для ЭБЖАМО-1 с пропитывающим составом и без ДСА-1 - 30%.

Разработанные покрытия ЭБОБ и ЭБЖАМО-1 внедрены в МЧП “Декор - S” (г. Киев), ТОО “Огнебиозащита” (г. Киев). Разработана технологическая инструкция и технические условия на эпоксиполимер ЭБОБ.

Ключевые слова: наполненный эпоксиполимер, грибоустойчивость, огнебиозащита, токсикология, параметры пожара, климатические воздействия, снижение пожарной опасности.

Dmitrieva N.V. Firebioresistance epoxy composition materials for wooden constructions. - Manuscript. Thesis for candidates degree of engineering science by speciality 21.06.02 - fire Safety. - Kharkov State Technical University of Construction and Architecture. Kharkov, 2005.

The dissertation deals with development of firebioresistance epoxy composites for wooden constructions. The problem is solved with adding dispersed mineral additives and biocide into the epoxy composite.

As to its toxicology parameters, the developed epoxy composite belongs to the class of moderately dangerous materials. The developed coatings provide production off timber difficult to burn (Group I) and noncombustible timber (Group II). The index of epoxy polymer potential danger is calculated. The calculations of epoxy polymer fire parameters are made. It is shown that the developed firebioresistance coatings EBZAMO-1 and EBOB correspond to their purpose that is they protect wooden members when fires happen.

It is shown that the epoxy composites being investigated are fungiproof and can be used as protective coating for constructive members and structures being subjected to fungi effect.

Mathematical dependences of change of properties of epoxy polymers of compositions are definite.

The technology instructions and production specifications on EBOB epoxy polymer are developed.

Key words: filled epoxy polymer, fungi proof, firebioresistance, toxicology, parameters of a fire combustible, climatic effect, reduction of fire danger.

Размещено на .ru