Огнезащитное покрытие с биочаром и каолином снизило тепловыделение древесины почти на четверть

Огнезащита древесины — сегмент, где спрос растёт вместе с деревянным домостроением, а требования регулятора к антипиренам ужесточаются. Работа корейских исследователей показывает, чего удаётся добиться составом без единого атома галогена.

Композитное покрытие снизило общее тепловыделение древесины на 23% — с 63,56 до 48,77 МДж/м². Средняя скорость тепловыделения упала на 20%, с 100,65 до 80,82 кВт/м², скорость потери массы — на 16%. Выход углистого остатка при 800 °C составил около 26%.

Состав и нанесение

Покрытие собрано из четырёх компонентов в метаноле:

• поливинилацетат — 15% по массе, полимерная матрица;
• триметилсилилполифосфат — 3%, фосфорсодержащий антипирен с силиловыми группами, ключевой компонент;
• каолин — 2%, минеральный наполнитель, повышает термическую стабильность и формирует керамическую составляющую углистого слоя;
• биочар — 0,5%, углеродный наполнитель из биомассы, обеспечивает дополнительную карбонизацию.

Наносится одним слоем толщиной около 0,6 миллиметра. Механизм классический для интумесцентных систем: при нагреве образуется плотный углистый слой, работающий физическим барьером для тепла и кислорода и замедляющий пиролиз целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Фосфорсодержащий компонент катализирует карбонизацию, биочар и каолин её усиливают и укрепляют структуру слоя.

Авторы честно оговаривают, что биочар и каолин в огнезащите древесины применялись и раньше по отдельности. Новизна — в сочетании всех четырёх компонентов в одной системе.

Как читать эти цифры

Здесь стоит остановиться, потому что показатели конического калориметра регулярно путают с нормативными характеристиками.

Конический калориметр по ISO 5660 измеряет поведение материала при заданном тепловом потоке: сколько тепла он выделяет, как быстро, сколько дыма даёт, с какой скоростью теряет массу. Это исследовательский инструмент для сравнения рецептур между собой.

Он не даёт ни предела огнестойкости конструкции, ни группы огнезащитной эффективности. Предел огнестойкости определяется огневыми испытаниями конструкции в печи по стандартному температурному режиму. Группа огнезащитной эффективности для средств огнезащиты древесины устанавливается по своей методике. Снижение тепловыделения на 23% — это сравнительный показатель качества рецептуры, а не готовое проектное решение и не основание для применения на объекте.

Практическую ценность такие данные имеют для тех, кто разрабатывает или отбирает составы: они показывают, в какую сторону движется технология и какого порядка эффект дают бесгалогенные системы.

Почему без галогенов

Направление задано регуляторным давлением. Галогенсодержащие антипирены при горении выделяют опасные газы и стойкие органические загрязнители, и работа над альтернативами идёт по всему миру. То же давление уже перестраивает рецептуры интумесцентных составов для металлоконструкций — там центральный сюжет последних лет это замена меламина как газообразующего агента.

Для российских производителей огнезащиты древесины сигнал тот же: сырьевая база сегмента будет меняться, и составы, построенные на галогенах, со временем окажутся в уязвимом положении — сначала на экспортных рынках, затем и на внутреннем.

Работа опубликована в журнале Progress in Organic Coatings коллективом Чонбукского национального университета (Республика Корея) при участии соавтора из Японии.