Моделювання реології комерційних вогнезахисних фарб реактивного типу для сталевих конструкцій

Автор(и)

  • Любов Миколаївна Вахітова Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0003-4727-9961
  • Варвара Леонідівна Дріжд Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0003-2507-7007
  • Костянтин Валерійович Калафат Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-6165-0005
  • Раміль Азатович Вахітов Київський національний університет технологій та дизайну, Україна https://orcid.org/0000-0002-9657-5743
  • Надія Анатоліївна Таран Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1043-5596
  • Володимир Іванович Бессарабов Київський національний університет технологій та дизайну, Україна https://orcid.org/0000-0003-0637-1729

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.334121

Ключові слова:

вогнезахист сталі, вогнезахисні покриття, динамічна вﹸязкість, реологічний профіль, товщина покриття

Анотація

Вогнезахист сталевих конструкцій шляхом обробляння спеціальними вогнезахисними фарбами реактивного типу є важливим фактором забезпечення національної пожежної безпеки. Якісні та експлуатаційні характеристики цих фарб вимагають постійного удосконалення для здешевлення процедури вогнезахисного обробляння, яка займає суттєву частку у бюджеті будівельних робіт. Це дослідження направлено на визначення оптимальних реологічних показників комерційних вогнезахисних фарб реактивного типу, що забезпечують належні експлуатаційні характеристики зі зберігання, нанесення та якості покриття.

Для вирішення поставленої мети проведено визначення динамічної вꞌязкості за Брукфілдом (η) вогнезахисних фарб реактивного типу від світових брендів вогнезахисної галузі, які забезпечують клас вогнестійкості сталевих конструкцій не менше R120. Залежність вﹸязкості від швидкості зсуву γ в інтервалі (2,09–52,25) с–1 була промодельована за рівнянням Кассона. Це дозволило визначити основні реологічні параметри досліджених фарб – напруга зсуву (τ, Па), межа текучості (τо, Па), в'язкість при високих швидкостях зсуву (η∞, Па · с), які забезпечують оптимальне нанесення.

Із залученням експериментального матеріалу та теоретичних розрахунків визначена орієнтовна вﹸязкість за Брукфілдом, необхідна для отримання бездефектного мокрого покриття. Для водно-дисперсійних вогнезахисних фарб для шпинделю № 7 в інтервалі обертів (30–50) об/хв при 20°С вона повинна складати: (30–15) Па · с, (товщина мокрого шару 1 мм); (50–25) Па · с, (товщина мокрого шару 1,5 мм), (80–50) Па · с, (товщина мокрого шару 2,0 мм). Саме такі показники вﹸязкості забезпечують відсутність седиментації та провисання фарби при нанесенні та можуть бути маркерами для інтумесцентної вогнезахисної продукції, що промислово виробляється. Отримані розрахункові та експериментальні результати слід розглядати як практичні рекомендації для виробників з удосконалення реології вогнезахисних фарб реактивного типу для збільшення товщини мокрого покриття при нанесенні за один прохід.

Спонсор дослідження

  • Бюджетне фінансування НАН України.

Біографії авторів

Любов Миколаївна Вахітова, Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України

Кандидат хімічних наук

Відділ дослідження нуклеофільних реакцій

Варвара Леонідівна Дріжд, Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України

Кандидат технічних наук

Відділ дослідження нуклеофільних реакцій

Костянтин Валерійович Калафат, Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України

Доктор філософії

Відділ дослідження нуклеофільних реакцій

Раміль Азатович Вахітов, Київський національний університет технологій та дизайну

Аспірант

Кафедра хімічних технологій та ресурсозбереження

Надія Анатоліївна Таран, Інститут фізико-органічної хімії і вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України

Кандидат хімічних наук

Відділ дослідження нуклеофільних реакцій

Володимир Іванович Бессарабов, Київський національний університет технологій та дизайну

Доктор технічних наук

Кафедра промислової фармації

Посилання

  1. Nazrun, T., Hassan, M. K., Hasnat, M. R., Hossain, M. D., Ahmed, B., Saha, S. (2025). A Comprehensive Review on Intumescent Coatings: Formulation, Manufacturing Methods, Research Development, and Issues. Fire, 8 (4), 155. https://doi.org/10.3390/fire8040155
  2. Li, Y., Cao, C.-F., Chen, Z.-Y., Liu, S.-C., Bae, J., Tang, L.-C. (2024). Waterborne Intumescent Fire-Retardant Polymer Composite Coatings: A Review. Polymers, 16 (16), 2353. https://doi.org/10.3390/polym16162353
  3. Wang, K., Le, H. (2023). The Development of Cement-Based, Intumescent and Geopolymer Fire-Retardation Coatings for Metal Structures: A Review. Coatings, 13 (3), 495. https://doi.org/10.3390/coatings13030495
  4. Fire-resistant coatings market (2022). Research and Markets, 480. Available at: https://www.researchandmarkets.com/reports/5211858/fire-resistant-coatings-market-by-type
  5. Vakhitova, L., Kalafat, K., Vakhitov, R., Drizhd, V. (2024). Improving the fire-retardant performance of industrial reactive coatings for steel building structures. Heliyon, 10 (14), e34729. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e34729
  6. Mohd Sabee, M. M. S., Itam, Z., Beddu, S., Zahari, N. M., Mohd Kamal, N. L., Mohamad, D. et al. (2022). Flame Retardant Coatings: Additives, Binders, and Fillers. Polymers, 14 (14), 2911. https://doi.org/10.3390/polym14142911
  7. Vakhitova, L., Kalafat, K., Vakhitov, R., Drizhd, V., Taran, N., Bessarabov, V. (2023). Nano-clays as rheology modifiers in intumescent coatings for steel building structures. Chemical Engineering Journal Advances, 16, 100544. https://doi.org/10.1016/j.ceja.2023.100544
  8. Campos, I. D. D., Bernardo, L. F. A. (2020). Architecture and Steel. Reflection and Analysis on the Use of Steel Structures (in Sight) as a Concept in the History of Architecture. Designs, 4 (3), 30. https://doi.org/10.3390/designs4030030
  9. Leca, M., Cioroianu, L., Cioroianu, G., Damian, G., Costea, C., Matei, A. M. (2007). Aqueous ecological intumescent fire retardant coatings for multifunctional applications. Revue Roumaine de Chimie, 52 (8-9), 745–752. Available at: https://www.researchgate.net/publication/267826833
  10. Amusan, T. O., Nwaedozie, J. M., Awe, F. E. (2024). Production and Characterization of Fire-Retardant Coating Materials Using Gum Arabic for Cellulose Surfaces. Trends in Applied Sciences Research, 19 (1), 39–50. https://doi.org/10.3923/tasr.2024.39.50
  11. Fischer, E. K. (1950). Rheological properties of commercial paints. Journal of Colloid Science, 5 (3), 271–281. https://doi.org/10.1016/0095-8522(50)90030-4
  12. Zheng, S. X., Chen, H. S. (2023). Correlations of rheological methods to coatings’ performance. Progress in Organic Coatings, 177, 107403. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2022.107403
  13. Cibangwa, M. K., Ikhu-Omoregbe, D., Nomnqa, M. (2025). Comparative rheological evaluation of associative thickeners in water-based paint: Influence of polymeric binder and thickener concentration. Case Studies in Chemical and Environmental Engineering, 11, 101122. https://doi.org/10.1016/j.cscee.2025.101122
  14. Hester, R. D., Squire, D. R. (1997). Rheology of waterborne coatings. Journal of Coatings Technology, 69 (1), 109–114. https://doi.org/10.1007/bf02696097
  15. Briggs, J. L., Steffe, J. F. (1997). Using Brookfield data and the Mitschka method to evaluate power law foods. Journal of Texture Studies, 28 (5), 517–522. https://doi.org/10.1111/j.1745-4603.1997.tb00134.x
  16. Rheological characterization of paints and coatings. AZoM. Available at: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12120
  17. Holmes, M. H. (2019). Newtonian fluids. Introduction to the foundations of applied mathematics. Cham: Springer, 445–495. https://doi.org/10.1007/978-3-030-24261-9_9
  18. Richards, J. A., Hodgson, D. J. M., O’Neill, R. E., DeRosa, M. E., Poon, W. C. K. (2024). Optimizing non-Newtonian fluids for impact protection of laminates. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121 (10). https://doi.org/10.1073/pnas.2317832121
  19. Li, Z., Zheng, L., Huang, W. (2020). Rheological analysis of Newtonian and non‐Newtonian fluids using Marsh funnel: Experimental study and computational fluid dynamics modeling. Energy Science & Engineering, 8 (6), 2054–2072. https://doi.org/10.1002/ese3.647
  20. Jankowska, H., Dzido, A., Krawczyk, P. (2023). Determination of Rheological Parameters of Non-Newtonian Fluids on an Example of Biogas Plant Substrates. Energies, 16 (3), 1128. https://doi.org/10.3390/en16031128
  21. Rafiq, S., Bilal, B. A., Afzal, A., Tawade, J. V., Kulkarni, N. V., Abdullaeva, B. et al. (2025). Thermo-fluid dynamics of non-newtonian casson fluid in expanding-contracting channels with joule heating and variable thermal properties. Partial Differential Equations in Applied Mathematics, 13, 101105. https://doi.org/10.1016/j.padiff.2025.101105
  22. Shahzad, H., Wang, X., Ghaffari, A., Iqbal, K., Hafeez, M. B., Krawczuk, M. et al. (2022). Fluid structure interaction study of non-Newtonian Casson fluid in a bifurcated channel having stenosis with elastic walls. Scientific Reports, 12 (1). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16213-3
  23. Abraham, J., Sharika, T., George, S. C., Thomas, S. (2017). Rheological percolation in thermoplastic polymer nanocomposites. Rheology: Open Access, 1, 102.
  24. Pipe, C. J., Majmudar, T. S., McKinley, G. H. (2008). High shear rate viscometry. Rheologica Acta, 47 (5-6), 621–642. https://doi.org/10.1007/s00397-008-0268-1
  25. Afoakwa, E. O., Paterson, A., Fowler, M., Vieira, J. (2008). Comparison of rheological models for determining dark chocolate viscosity. International Journal of Food Science & Technology, 44 (1), 162–167. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2008.01710.x
Modeling the rheology of commercial reactive fire-retardant coating materials for steel

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-08-29

Як цитувати

Вахітова, Л. М., Дріжд, В. Л., Калафат, К. В., Вахітов, Р. А., Таран, Н. А., & Бессарабов, В. І. (2025). Моделювання реології комерційних вогнезахисних фарб реактивного типу для сталевих конструкцій. Technology Audit and Production Reserves, 4(3(84), 6–11. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.334121

Номер

Том 4 № 3(84) (2025): Хімічна інженерія

Розділ

Хіміко-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Liubov Vakhitova, Varvara Drizhd, Kostyantyn Kalafat, Ramil Vakhitov, Nadiia Taran, Volodymyr Bessarabov

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.