Главная. • Кровельные материалы • Понижение горючести полимербитумного покрытия

Понижение горючести полимербитумного кровельного покрытия

В производстве современных строительных материалов широко используются полимеры. Они обеспечивают надежность и долговечность зданий и сооружений при эксплуатации в различных климатических зонах. Современное строительство требует постоянного улучшения свойств, отвечающих за надежность и долговечность материалов и конструкций.

Кровельные материалы, создаваемые преимущественно на полимерно-битумных композициях, несмотря на их признание, также нуждаются в специальной доработке. Это связано с тем, что их составляющие — нефтяной битум и синтетические полимеры, являясь органическими по своей природе, чувствительны к повышенным температурам и тем более воздействию огня.

При термическом разложении битумного компонента образуется много органических продуктов с относительно низкой молекулярной массой, которые легко переходят в газовую фазу при нагреве. Горение битума, как и горение полимеров, сопровождается обильной копотью и низким коксообразованием. Для огнезащиты таких полимерных систем коксообразующие добавки (фосфорсодержащие неорганические добавки) и инертные наполнители оказались неэффективными.

Исходя из представлений о циклическом и многостадийном процессе горения наиболее эффективным способом огнезащиты органических полимерных систем является подавление (флегматизация, ингибирование) газовой фазы горения. В данной работе изучена возможность снижения горючести полимербитумной композиции (ПБК) при введении декабромдифенилоксида (ДБДФО) и его смесей с оксидами различных металлов при сохранении ее основных свойств в допустимом интервале.

Для корректного подбора антипирена исходили из температуры его разложения и совместимости с ПБК. Данные термогравиметрического анализа показали, что температура начала разложения ДБДФО составляет 360°С, а исходной ПБК-330°С. По этим показателям выбор ДБДФО как антипирена ПБК рационален. При исследовании образцов под микроскопом сделан вывод об их относительной однородности.

Композиции получали на основе битума кровельного БНК 45/190 (ГОСТ 9548-74) производства ООО «ПО «Киришинефтеорг-синтез» и атактического полипропилена импортного производства. Функциональные добавки:

  • декабромдифенилоксид — ДБДФО (ТУ 6-22-43-79);
  • Sb203 (ТУ 6-09-3267-87);
  • ТЮ2 (ТУ 6-09-01-629-83);
  • Fe203 (ТУ 6-09-563-85).
  • Испытания образцов на огне стойкость проводили по стандартным методикам. Разрушающее напряжение и относительное удлинение при разрыве образцов определяли на разрывной машине РМИ-5А (ГОСТ 11262-80). Термический анализ образцов проводили на дериватографе Q-1500D фирмы MOM (Венгрия) в атмосфере воздуха при скорости подъема температур 5°С/мин в интервале температур 20—500°С. Гибкость на холоде определяли по ГОСТ 2678—94 на брусе с диаметром скругления 20 мм.

    В таблице приведены результаты исследования горючести образцов ПБК, содержащих различные количества ДБДФО. Как видно, только большое (не менее 20%) содержание антипирена подавляет самостоятельное горение ПБК, продлевает время возгорания и снижает потерю массы образцов.

    Результаты, иллюстрирующие изменение физико-механических свойств образцов, отличающихся по содержанию в них ДБДФО, представлены на рисунке. Из приведенных зависимостей следует, что введение в образцы до 10% ДБДФО незначительно изменяет их прочность и эластичность. Такие образцы имеют гибкость -15°С, но горят в пламени более 60 градусов. Дальнейшее увеличение в образцах количества ДБДФО от 10 до 25% незначительно повышает их предел прочности при растяжении с 52 до 55 Па-Ю-4 и одновременно уменьшает относительное удлинение при разрыве со 105 до 50%. Образцы не сохраняют гибкость при низкой температуре, но и не горят.

    Высокое содержание ДБДФО в ПБК приводит к несоответствию требованиям технических характеристик готовой продукции, делает ее дорогостоящей и одновременно непригодной для дальнейшей переработки в целевой материал. Известен прием ускорения самозатухания органических веществ, заключающийся в применении синергистов, присутствие которых в смеси с основным замедлителем горения заметно усиливает его действие. В качестве последних наиболее часто применяют оксиды и гидроксиды металлов.

    В ряде случаев огнестойкость ПБК повышают введенные в них оксиды металлов IV, V и VIII групп. В частности, время самостоятельного горения ПБК составляет 0; 7 и 40 с, если синергистами служат Sb203, ТЮ2 и Fe203 соответственно. Для определения оптимального состава защищенных ПБК исследовали их свойства исходя из содержания в образцах синергической смеси антипиренов, в которой варьировали количество оксидов при общем количестве добавки в 15 мас. %. . Как видно в общем, по огнестойкости образцы, содержащие 5% Sb203, 4% ТЮ2 и 3% Fe203, превосходят иные. Составы ПБК, из которых они приготовлены, можно считать оптимальными.

    Термогравиметрические исследования и анализ дериватограмм образцов разработанных полимербитумных композиций обнаружили, что введение в них одного броморганического антипирена или в смеси с оксидами уменьшает температуру Т1, соответствующую 1% потери массы на 5—55°С, и температуру Т2 отвечающую 10% потери массы образца на 25—40°С.

    Это означает, что антипирены промотируют термоокисление ПБК. В меньшей мере это производит ДБДФО, в большей его смесь со Sb203. ДБДФО и его смесь со Sb203 известны как эффективные антипирены для пропелена. Поэтому наблюдаемые тепловые потери можно связать с неустойчивостью битума в составе ПБК к температурным воздействиям. По величине снижения Т1 и Т10 можно заметить, что в исследованной ПБК протекают реакции отщепления. Присутствие в ПБК ДБДФО и его смеси с Sb203,Ti02, Fe203 снижают ее термические свойства в следующем порядке.

    Смесь ДБДФО со Sb203, теряющая 10% массы при наиболее низкой температуре, равной 322°С, наиболее эффективно ингибирует горение ПБК. Это можно объяснить следующим образом: Sb203 катализирует разложение ДБДФО; образующийся химически активный бром активно присоединяется по ОС-связям, которые маловероятны в структуре полимера, но присутствуют в молекулах битума. Это приводит к существенному увеличению выхода бромсодержащего карбонизованного остатка, который препятствует поступлению горючих продуктов деструкции в зону пламени и кислорода к органической части ПБК. При этом в газовую фазу уже на ранних стадиях разложения ПБК одновременно выделяется НВr и летучие галогенсодержащие углеводороды, ингибирующие реакции в пламени. Подобное мнение изложено в работе.

    Вероятно, выделение НВг, бромосодержащих углеводородов, бромидов сурьмы происходит в наиболее необходимые для замедления горения моменты времени, когда протекает основная стадия разложения горючего полимера. Такое предположение подтверждается работами А.Н. Праведникова. Эта «своевременность» важна, ибо преждевременное улетучивание галогенида металла в газовую фазу из системы «полимер—антипирен», то есть до наступления стадии интенсивного разложения полимера, не защищает его от горения. Это показано на примере использования ZnO.

    Таким образом, введение в ПБК ДБДФО в исследованных количествах незначительно повышает огнестойкость и ухудшает физикомеханические показатели. Наиболее эффективно горение ПБК ингибируют смеси ДБДФО с Fe203, ТЮ2, Sb203.

     

    г. Москва, Золоторожский пер., д.6.
    тел/факс: +7 (495) 585 3516
    email: infoctsnab.ru