Порівняння вогнестійкості полімерів в інтумесцентних покриттях для сталевих конструкцій

Автор(и)

  • Kostyantyn Кalafat Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011, Україна https://orcid.org/0000-0001-6165-0005
  • Nadezhda Taran Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України вул. Харківське шосе, 50, м. Київ, Україна, 02160, Україна https://orcid.org/0000-0003-1043-5596
  • Viktoriia Plavan Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011, Україна https://orcid.org/0000-0001-9559-8962
  • Volodymyr Bessarabov Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011, Україна https://orcid.org/0000-0003-0637-1729
  • Glib Zagoriy Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011, Україна https://orcid.org/0000-0002-9362-3121
  • Liubov Vakhitova Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України вул. Харківське шосе, 50, м. Київ, Україна, 02160, Україна https://orcid.org/0000-0003-4727-9961

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209841

Ключові слова:

вінілацетат, стиролакрилат, коефіцієнт спучення, інтумесцентне покриття, межа вогнестійкості, стандартна пожежа

Анотація

Досліджена термодеструкція вогнезахисного інтумесцентного покриття складу поліфосфат амонію (АРР)/меламін (МА)/пентаеритрит (РЕ)/оксид титану (TiO2)/полімер, що може бути застосоване для вогнезахисту сталевих конструкцій. Визначено вплив полімерів різної природи – етиленвінілацетату (EVA), вінілацетатверсатату (VAVV), стирол акрилатів та вінілтолуолакрилату на процеси формування коксового шару та вогнезахисну ефективність відповідних покриттів.

Методами ІЧ-спектроскопії досліджені хімічні перетворення полімерів EVA та стиролакрилатів в інтумесцентній системі АРР/МА/РЕ/TiO2  в інтервалі температур 200–800 °С. Встановлено, що процеси термодеструкції вінілацетатного полімеру більш гармонізовані з хімічними реакціями компонентів інтумесцентної системи, ніж аналогічні процеси для акрилатних ароматичних полімерів.

Досліджена термоокислювальна деструкція інтумесцентних композицій при температурах 200–800 °С. Показано, що основні хімічні процеси з полімерами EVA та VAVV починаються після 300 °С та перебігають в інтервалі температур 350–600 °С. Встановлено, що помітна деградація вуглець-фосфорного каркасу інтумесцентних композицій зі стиролакрилатними полімерами починається при 450 °С, що майже на 150 °С нижче температури деструкції композицій, що містять вінілацетатні зв'язуючі.

Проведені вогневі дослідження демонструють, що інтумесцентні композиції із застосуванням акрилатних ароматичних полімерів є більш ефективними при малій товщині покриття в забезпеченні межі вогнестійкості 30 хв. А для забезпечення більш високих значень вогнестійкості слід використовувати інтумесцентні покриття, що містять як полімерну складову співполімери вінілацетату.

Дослідження впливу полімерів інтумесцентних покриттів на межу вогнестійкості сталевих конструкцій має наукове та практичне значення при розробці диференційованих засобів вогнезахисту, орієнтованих на заданий клас вогнестійкості. Вогнезахисні інтумесцентні композиції, розглянуті у цьому дослідженні, можуть бути використані як основи рецептур матеріалів для  вогнезахисту будівельних конструкцій в умовах стандартної пожежі

Біографії авторів

Kostyantyn Кalafat, Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011

Аспірант

Кафедра прикладної екології, технології полімерів та хімічних волокон

Nadezhda Taran, Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України вул. Харківське шосе, 50, м. Київ, Україна, 02160

Кандидат хімічних наук

Viktoriia Plavan, Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011

Доктор технічних наук

Кафедра прикладної екології, технології полімерів та хімічних волокон

Volodymyr Bessarabov, Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011

Кандидат хімічних наук

Кафедра промислової фармації

Glib Zagoriy, Київський національний університет технологій та дизайну вул. Немировича-Данченка, 2, м. Київ, Україна, 01011

Доктор фармацевтичних наук

Кафедра промислової фармації

Liubov Vakhitova, Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України вул. Харківське шосе, 50, м. Київ, Україна, 02160

Кандидат хімічних наук

Посилання

  1. Yasir, M., Ahmad, F., Yusoff, P. S. M. M., Ullah, S., Jimenez, M. (2019). Latest trends for structural steel protection by using intumescent fire protective coatings: a review. Surface Engineering, 36 (4), 334–363. doi: https://doi.org/10.1080/02670844.2019.1636536
  2. Puri, R. G., Khanna, A. S. (2016). Intumescent coatings: A review on recent progress. Journal of Coatings Technology and Research, 14 (1), 1–20. doi: https://doi.org/10.1007/s11998-016-9815-3
  3. Bilotta, A., de Silva, D., Nigro, E. (2016). Tests on intumescent paints for fire protection of existing steel structures. Construction and Building Materials, 121, 410–422. doi: 10.1016/j.conbuildmat.2016.05.144
  4. Mariappan, T. (2016). Recent developments of intumescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of Fire Sciences, 34 (2), 120–163. doi: https://doi.org/10.1177/0734904115626720
  5. Vakhitova, L., Drizhd, V., Тaran, N., Кalafat, K., Bessarabov, V. (2016). The effect of organoclays on the fire-proof efficiency of intumescent coatings. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (84)), 10–16. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.84391
  6. Weil, E. D. (2011). Fire-Protective and Flame-Retardant Coatings - A State-of-the-Art Review. Journal of Fire Sciences, 29 (3), 259–296. doi: https://doi.org/10.1177/0734904110395469
  7. Riva, A., Camino, G., Fomperie, L., Amigouët, P. (2003). Fire retardant mechanism in intumescent ethylene vinyl acetate compositions. Polymer Degradation and Stability, 82 (2), 341–346. doi: https://doi.org/10.1016/s0141-3910(03)00191-5
  8. Magnet, S., Duquesne, S., Delobel, R., Jama, C. (2006). Pat. No. US7288588B2. Polymer binder for intumescent coatings. No. 11/473615; declareted: 23.06.2006; published: 30.10.2007. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/2b/e8/1d/c98c4d5dee03a6/US7288588B2.pdf
  9. EN 1993-1-1 (2005). Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings [Authority: The European Union Per Regulation 305/2011, Directive 98/34/EC, Directive 2004/18/EC]. Available at: https://www.phd.eng.br/wp-content/uploads/2015/12/en.1993.1.1.2005.pdf
  10. Kalafat, K. V., Vakhytova, L. N. (2019). Analiticheskiy obzor sredstv ognezashchity stal'nyh konstruktsiy 2019-2020. Kyiv: «UTsSS», 200. Available at: https://uscc.ua/uploads/page/images/publications/ognezaschita/analiticheskij-obzor-sredstv-ognezashity-stalnyh-konstrukcij-2019-2020.pdf
  11. Nenakhov, S. A., Pimenova, V. P. (2010). Physico-chemical foaming fire-retardant coatings based on ammonium polyphosphate (review of the literature). Pozharovzryvobezopasnost', 19 (8), 11–58. doi: https://doi.org/10.18322/pvb.2010.19.08.11-58
  12. Pimenta, J. T., Gonçalves, C., Hiliou, L., Coelho, J. F. J., Magalhães, F. D. (2015). Effect of binder on performance of intumescent coatings. Journal of Coatings Technology and Research, 13 (2), 227–238. doi: https://doi.org/10.1007/s11998-015-9737-5
  13. Anees, S. M., Dasari, A. (2017). A review on the environmental durability of intumescent coatings for steels. Journal of Materials Science, 53 (1), 124–145. doi: https://doi.org/10.1007/s10853-017-1500-0
  14. Duquesne, S., Magnet, S., Jama, C., Delobel, R. (2005). Thermoplastic resins for thin film intumescent coatings – towards a better understanding of their effect on intumescence efficiency. Polymer Degradation and Stability, 88 (1), 63–69. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2004.01.026
  15. Canosa, G., Alfieri, P. V., Giudice, C. A. (2011). Hybrid Intumescent Coatings for Wood Protection against Fire Action. Industrial & Engineering Chemistry Research, 50 (21), 11897–11905. doi: https://doi.org/10.1021/ie200015k
  16. Hu, Y., Wang, X., Li, J. (2016). Regulating Effect of Exfoliated Clay on Intumescent Char Structure and Flame Retardancy of Polypropylene Composites. Industrial & Engineering Chemistry Research, 55 (20), 5892–5901. doi: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.6b00480
  17. Bourbigot, S., Sarazin, J., Samyn, F., Jimenez, M. (2019). Intumescent ethylene-vinyl acetate copolymer: Reaction to fire and mechanistic aspects. Polymer Degradation and Stability, 161, 235–244. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2019.01.029
  18. Cai, Y., Hu, Y., Song, L., Lu, H., Chen, Z., Fan, W. (2006). Preparation and characterizations of HDPE–EVA alloy/OMT nanocomposites/paraffin compounds as a shape stabilized phase change thermal energy storage material. Thermochimica Acta, 451 (1-2), 44–51. doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2006.08.015
  19. Chuang, C.-S., Sheen, H.-J. (2019). Effects of added nanoclay for styrene-acrylic resin on intumescent fire retardancy and CO/CO2 emission. Journal of Coatings Technology and Research, 17 (1), 115–125. doi: https://doi.org/10.1007/s11998-019-00246-x
  20. Beh, J. H., Yew, M. C., Yew, M. K., Saw, L. H. (2019). Fire Protection Performance and Thermal Behavior of Thin Film Intumescent Coating. Coatings, 9 (8), 483. doi: https://doi.org/10.3390/coatings9080483
  21. Grexa, O., Lübke, H. (2001). Flammability parameters of wood tested on a cone calorimeter. Polymer Degradation and Stability, 74 (3), 427–432. doi: https://doi.org/10.1016/s0141-3910(01)00181-1
  22. Bourbigot, S., Duquesne, S. (2007). Fire retardant polymers: recent developments and opportunities. Journal of Materials Chemistry, 17 (22), 2283. doi: https://doi.org/10.1039/b702511d
  23. Zanetti, M. (2001). Synthesis and thermal behaviour of layered silicate–EVA nanocomposites. Polymer, 42 (10), 4501–4507. doi: https://doi.org/10.1016/s0032-3861(00)00775-8
  24. Pielichowski, K., Njuguna, J. (2005). Thermal Degradation of Polymeric Materials. Shawbury: Rapra Technology.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-31

Як цитувати

Кalafat K., Taran, N., Plavan, V., Bessarabov, V., Zagoriy, G., & Vakhitova, L. (2020). Порівняння вогнестійкості полімерів в інтумесцентних покриттях для сталевих конструкцій. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (106), 45–54. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.209841

Номер

Том 4 № 10 (106) (2020): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Kostyantyn Кalafat, Nadezhda Taran, Viktoriia Plavan, Volodymyr Bessarabov, Glib Zagoriy, Liubov Vakhitova

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.