На протяжении истории человечества древесина играла важную роль в развитии промышленности, архитектуры, создании новых конструкций и оборудования. В настоящее время, несмотря на появление новых синтетических материалов, способных заменить древесину, ее значение для строительства и промышленности не уменьшается. Более того, выявились новые формы промышленного применения древесины, позволяющие более рационально использовать лесные ресурсы.

    Серьезным недостатком древесины, ограничивающим ее конструкционное использование, является повышенная горючесть, обусловленная органической природой материала. Несмотря на достижения науки и техники в области консервирования древесины, пока не разработан эффективный метод снижения ее горючести, доступный для массового внедрения в строительство. Недостатки существующих методов заключаются либо в сложности технологии защитной обработки, либо в дефицитности материалов, либо в ухудшении физико-механических и декоративных свойств обработанной древесины.

     В пожарном отношении древесина и материалы на ее основе практически одинаковы. При полном сгорании 1 кг абсолютно сухого материала они выделяют сравнительно близкие количества теплоты, кДж/кг: древесина (сосна) 18465...20887; ДВП полутвердая 18560; опилки (сосновые) 19420; фанера (березовая) 20283. Различие заключается лишь в скорости выделения этого тепла, которая в значительной степени зависит от влажности материала. Практически одинаковы и температурные показатели воспламеняемости этих материалов: воспламенение 238...255°С; самовозгорание тлением 258...305°С и самовозгорание пламенным горением (самовоспламенение) 360...427°С. Массовая скорость выгорания древесины зависит от температуры, причем доски и бревна при одинаковой влажности имеют одну и ту же массовую скорость [8,33×10 ‾³ кг/(м²×с)] при стандартной температуре пожара 1073°С. Однако при равной горючей загрузке досок и бревен доски сгорают быстрее, так как имеют большую, чем бревна, поверхность горения. При этом скорость обугливания составляет 0,7 мм/мин, а линейная скорость распространения огня достигает 4,4 мм/мин.

     Для полного сгорания 1 кг воздушно-сухой древесины требуется в среднем 4,6 м³ воздуха. Конечным результатом горения является СО2 и незначительное (около 0,5 % по массе) количество минеральных остатков золы.

   Воспламенение древесины может произойти как от открытого источника огня (пламени или искры), так и от нагретых предметов или горячих газов. При повышении температуры до 125 °С из древесины быстро испаряется влага; после этого она разлагается с выделением горючих летучих веществ. При температуре выше 210 °С и наличии источника открытого огня воспламеняются летучие вещества, температура повышается и процесс переходит в экзотермическую стадию горения с выделением тепла. При температуре 260 °С начинается длительное и устойчивое горение летучих продуктов пиролиза древесины с образованием пламени и дальнейшим повышением температуры. При температуре 450 °С и более пламенное горение древесины переходит в беспламенное горение угля с температурой до 900 °С.

   Древесина самовоспламеняется при температуре свыше 330 °С. При длительном нагревании температура самонагревания значительно снижается. Например, самовозгорание древесины наблюдалось при 166 °С через 20 ч. Это явление необходимо учитывать при размещении деревянных конструкций вблизи нагреваемых предметов (отопительных приборов, труб, дымоходов и т, п.). Должны быть обеспечены такие условия изоляции от нагревания, чтобы установившаяся, длительно действующая температура не превышала 50 °С.

   Продолжение и развитие самостоятельного горения зажженного деревянного элемента возможно только при условии, если количество тепла, отдаваемого горящей поверхностью в единицу времени в окружающее пространство, не превышает количество тепла, генерируемого этой поверхностью. Как показывают расчеты, 1 м² горящей древесины способен выделять 260...327 тыс. кДж/ч. Эта величина является показателем активности горящей поверхности древесины.

    Скорость нагрева определяется теплофизическими свойствами и физическим состоянием древесины, условиями теплообмена с окружающей средой, размерами и формой изделия из древесных материалов. Под действием потока теплоты от пламени на горящую поверхность происходит пиролиз древесных материалов. При температуре несколько выше 100 °С благодаря наличию воды в древесине протекает в основном гидролиз полисахаридов. При температуре свыше 150 °С процесс разложения ускоряется, При температуре от 275...285 до 350 °С выделяется большое количество СО2, СО (в соотношении 2:1) и жидкого дистиллята, содержащего уксусную кислоту, ее гомологи и метанол. При температуре свыше 280 °С количество С02 и СО снижается, образуются водород и углеводороды. При температуре 350...500 °С разложение лигнина и экстрактивных веществ сопровождается образованием незначительного количества жидких продуктов, главным образом тяжелой смолы, СО2, СО и углеводородов. Концентрация углеводородов достигает максимума при 380...500 °С. Неконденсирующиеся при 400...500 °С газы состоят в основном из: СО2 (43...46%), СО (29...33%), Н (1,9...2,3%), непредельных (2,2...3,7%) и предельных (17...22%) углеводородов.

    Выход продуктов разложения древесины зависит от температуры и продолжительности пиролиза. В среднем для обычных пород древесины образуется до 30-35% угля, 45-50% жидкого дистиллята и 15-20% газообразных веществ. При этом выход уксусной кислоты составляет для хвойных пород - 2,5...3,5%, для лиственных пород - 7%, а выход метана - соответственно 0,7...0,8 и 1,2 % массы абсолютно сухой древесины.

    Жидкий дистиллят пиролиза древесины содержит водорастворимые продукты: кислоты жирного ряда (муравьиная, уксусная, припионовая, масляная, валериановая и др.), спирты (главным образом метиловый), сложные эфиры (метилацетат, этилацетат и др.), кетоны (ацетон, метилкетон) и альдегиды (муравьиный, уксусный), фурфурол и другие соединения. В углеводородных продуктах найден так же ангидрид глюкозы - левоглюкозан.

   Отстойная смола состоит из летучих продуктов термического разложения древесины, нерастворимых в водном дистилляте. Выход смолы составляет для лиственных пород около 4-6 % водного дистиллята, для хвойных пород - около 10...12 %. Наиболее важной составной частью древесной смолы является фенол (10...20 %). Кроме того, найдены пирокатехин, их гомологи и метиловые эфиры, а в смолах лиственных пород - производные пирогаллола.

Таким образом, процесс термического разложения древесины протекает в две стадии: первая стадия (при нагревании до 280 °С) - разложение идет с поглощением тепла; вторая стадия, в свою очередь, подразделяется на два периода: сгорание газов, образующихся при термическом разложении древесины (пламенное горение), и сгорание образовавшегося древесного угля (тление).

  В результате анализа состава продуктов сухой перегонки сосновой древесины выясняются причины воспламенения древесины при достижении ею температуры, близкой к 280 °С. При температуре до 280 °С в составе выделяющихся газообразных продуктов преобладает СО2 (причем теплотворная способность газа не превышает 5,07 кДж/м³). Преобладающим продуктом при 280 °С становятся горючие газы - смесь углеводородов и Н2, а теплотворная способность резко возрастает, достигая 20,03 кДж/м³. Изменение характера образующихся продуктов связано с выделением при 280 °С тепла, составляющего до 6 % теплоты горения.

    Из рассмотрения закономерностей процессов пиролиза и горения древесины и материалов на ее основе следует, что для снижения их горючести  необходимо:

• снизить скорость нагрева поверхности материалов с целью образования слоя угля, обладающего плохой теплопроводностью;

• направить пиролиз материала в сторону образования негорючих газов или снижения количества выделяющихся горючих газов;

• создать условия для  предотвращения  тления  угля.

Практически снижение горючести древесины достигается следующими методами:

• нанесеняем на поверхность материалов огнезащитного покрытия, обеспечивающего образование коксового слоя и предотвращение его тления и горения;

• пропиткой древесины и материалов на ее основе или введением в их состав веществ, способствующих протеканию дегидратации древесины с минимальным выделением горючих газов и максимальным выходом угля.

Снижение горючести древесных материалов с помощью покрытий

    Наиболее перспективным и эффективным методом огнезащиты древесных материалов в условиях строительной площадки является нанесение огнезащитных покрытий. Передача тепла через покрытие к защищаемому материалу происходит за счет теплопроводности самого покрытия и его твердых продуктов разложения. Поэтому решающим фактором, определяющим эффективность огнезащитных покрытий, является их теплоизолирующая способность, которая зависит от толщины покрытия. Однако чрезмерное увеличение толщины покрытия, полезное с точки зрения пожарной безопасности, отрицательно влияет на их эксплуатационные свойства. Кроме того, толстые покрытия и покрытия с непрозрачными наполнителями лишают древесные материалы их высоких декоративных качеств. Поэтому в настоящее время наметилась тенденция использовать полимерные огнезащитные покрытия, позволяющие сохранять цвет и текстуру древесных материалов.

   Огнезащитные покрытия по механизму действия, толщине и функциональному назначению подразделяются на следующие типы:

• огнезащитные обмазки толщиной 10...70 мм, для декоративных целей не используются;

• огнезащитные краски толщиной 1...10 мм; они могут выполнять декоративные цели, скрывая при этом цвет и текстуру древесины;

• декоративные покрытия, образующие защитную пленку толщиной до 1 мм, сохраняют цвет и текстуру древесины;

• вспучивающиеся покрытия;

• комбинированные покрытия.

В зависимости от области применения огнезащитные покрытия подразделяются на неатмосфероустойчивые, которые эксплуатируются только в закрытых отапливаемых помещениях с относительной влажностью воздуха не более 70%, и атмосфероустойчивые.

   Огнезащитные обмазки представляют собой штукатурные растворы, в которых песок заменен легким наполнителем (асбест, гранулированные шлаки, перлит, вермикулит и т.д.). Количество и природу вяжущего вещества (цементы различных марок, гипс, известь, глины, жидкое стекло и т.д.) выбирают в зависимости от условий эксплуатации, влажности, требуемой прочности слоя и т. п.

Обмазки нашли широкое применение из-за их дешевизны и доступности сырья.

Гипсовые обмазки

    Во время пожара дегидрат сульфата кальция CaSО4×2H2O в процессе превращения в CaSО4 выделяет пары воды (около 20 % своей массы) и поглощает большое количество тепла (696 кДж/кг гипса). За время дегидратации температура на необогреваемой стороне гипсового элемента не превышает 100 °С. Нагревание этой стороны элемента толщиной 3 см до указанной температуры наступает через 1 ч, а элемента толщиной 5 см - через 2 ч.

  Гипсовый раствор ручного приготовления рекомендуется применять только при выполнении мелких работ, например при заделке небольших отверстий, неплотностей и т.д. Гипсовый раствор, наносимый на поверхности путем торкретирования, приготовляется механически и содержит около 55 % воды. Торкретированный гипсовый слой имеет большую плотность (1200 кг/м3) и повышенную механическую прочность при сжатии. Специальный огнезащитный гипс содержит добавки вермикулита, перлита, минеральных волокон. В отличие от гипса без этих добавок специальный гипс в процессе огневого воздействия незначительно подвергается трещинообразованию.

     При огневых испытаниях деревянных стоек с поперечным сечением 15×15 см, высотой 230 см с нагрузкой 10000 кг получены следующие показатели предела огнестойкости:

Неоштукатуренная стойка - 52 мин;

Оштукатуренная по металлической сетке при толщине штукатурки 10 мм - 1 ч 21 мин;

Оштукатуренная по металлической сетке при толщине штукатурки 20 мм - 1 ч 58 мин.

   В качестве специальных добавок к гипсу применяют также суперфосфат Ca(H2PO4)×H2О в соотношении 3:7 (суперфосфат:гипс). Суперфосфат можно использовать в качестве самостоятельной неатмосфероустойчивой белой обмазки.

   Широко используют также известковые обмазки, состоящие из гашеной извести и наполнителя; известково-глиняные; известково-глино-солевые (с добавлением поваренной соли) и др.

    В последние годы начали применять обмазки на основе поливинилацетата, фурановых олигомеров, полиуретанов, мономера ФА, фенолофурилацетанового олигомера. На основе этих олигомеров приготовляют обмазки, содержащие в качестве наполнителей вермикулит, андезит, графит, асбест, диаммонийфосфат. Обработанные этими обмазками древесноволокнистые плиты становятся трудновоспламеняемыми (потери массы менее 3 %). Интересен вариант обмазки в виде покрытия из пенополиизоцианурата, выдерживающего значительные тепловые нагрузки (до 900 °С). Применяют также отверждающийся в присутствии влаги полиуретановый фторполимер, наполненный фенольными микросферами, обмазки на основе серы, в которую введен пластификатор (сульфиды металлов), антипирен (декабромдифенилоксид) и неорганические наполнители.

Огнезащитные краски

   Краски представляют собой смесь связующего, пигмента и наполнителя, способную к самопроизвольному твердению, причем образующаяся пленка может служить как для огнезащитных, так и для декоративных целей. В качестве связующих для огнезащитных красок применяют минеральные и органические (битумы, олифы, пеки, дегти) вяжущие, синтетические и модифицированные природные полимеры. Для улучшения физико-механических свойств пленки на органических связующих и для придания ей пластичности в состав краски вводят пластификаторы (глицерин, пентахлордифенил, трикрезилфосфат и др.). Для окрашивания плёнки используют в основном минеральные (окись цинка, сурик железный, мумия, охра, окись хрома, сажа, графит и др.) пигменты. Огнезащитные краски при нанесении на древесину закрывают ее текстуру и относятся к кроющим покрытиям.

    Огнезащитные краски можно классифицировать по виду применяемого связующего. На основе минеральных вяжущих нашли применение силикатные и магнезиальные (хлоридныё) краски. Силикатные краски изготовляют на основе калиевого или натриевого жидкого стекла. Силикатные краски имеют высокие огнезащитные свойства, но в связи с растворимостью жидкого стекла в воде имеют существенные недостатки: слабую устойчивость к атмосферным воздействиям; хрупкость, обусловливающую недолговечность покрытий на материалах и конструкциях, способных изменять размеры или вибрировать; меление.

Для повышения атмосферостойкости силикатных красок:

- применяют калиевое жидкое стекло;

- увеличивают модуль жидкого стекла, что приводит к уменьшению растворимости и увеличению устойчивости к действию СО2;

- вводят в состав краски вещества, образующие с жидким стеклом водонерастворимые соединения (мел, кремнефтористый натрий и др.), а также обладающие гидрофобными свойствами (совол, хлорпарафины и др.) и повышающие стойкость к действию СО2;

- обрабатывают поверхность краски после подсыхания растворами солей, взаимодействующих с жидким стеклом с образованием нерастворимых соединений;

- уменьшают толщину слоя силикатной краски, что приводит к лучшему сцеплению с поверхностью древесины и меньшей подверженности краски растрескиванию.

   Лучшими огнезащитными свойствами обладают краски, в которых жидкое стекло присутствует в избыточном количестве. Без этого избытка неплавкая пленка покрытия при сильном нагреве дает трещины и обнажает защищаемую поверхность; избыточное жидкое стекло, плавясь и выпучиваясь при нагревании, мешает образованию трещин.

   Недостатком метода обработки поверхности краски растворами солей является  разделение краски на два слоя с различными коэффициентами линейного расширения и эластичности. Верхний слой оказывается плотным, а нижний содержит избыток жидкого стекла. В результате этого покрытие получается неустойчивым к колебаниям температуры; при нагревании легко образуются трещины. Трещины возникают и в процессе твердения верхнего слоя вследствие его сжатия за счет происходящих химических реакций.

   Магнезиальные (хлоридные) краски получают на основе оксида магния MgO путем затворения его растворами хлористого магния или кальция. MgO плохо растворяется в воде и лучше в растворе MgCl2. При гидратации MgO образуется твердый раствор Mg(OH)2 в MgCl2, отличающийся высокой прочностью и огнезащитными свойствами.           Масляные краски на основе олифы обладают более высокой атмосферо- и водостойкостью, чем рассмотренные выше. Для снижения горючести олифы (как натуральной, так и искусственной — оксол) вводят большое количество минеральных наполнителей (в том числе и асбеста) и пигментов; антипирены (бура, смеси хлорпарафина и триоксида сурьмы и т.д.) или модифицируют ее хлорсодержащими полимерами.

    Примером масляной огнезащитной краски может служить краска МХС, разработанная во ВНИИПО. В зарубежной практике применяют масляные огнезащитные краски на основе льняного масла модифицированного алкидными полимерами с добавлением хлорпарафина, полиамида №93, масла «Изано». Добавление хлорпарафина, содержащего 40% хлора, позволяет экономить примерно 25% алкидного связующего. Минеральными компонентами краски являются диоксид титана, борат цинка, сульфат и карбонат свинца, оксид цинка. Объемное содержание пигментов в данной краске составляет 24%.

  Для окраски внутри помещений применяют краски на основе алкидных полимеров, модифицированных хлоркаучуком и силиконовой смолой; Минеральные компоненты краски: диоксид титана, фосфат аммония; объемное содержание пигмента в данной краске составляет 67%. Силиконы значительно повышают стойкость покрытий к мытью.

    Расход льняного масла может быть значительно (до 50%) сокращен при использовании в красках хлорпарафина, содержащего 70% хлора. Такие краски сохраняют свои декоративные и защитные свойства в течение нескольких лет в условиях субтропического климата. Для окраски деревянных конструкций льняное масло из составов может быть полностью исключено и заменено, смесью хлорпарафинов.

Покрытия, образующие защитную пленку

Создание огнезащитных прозрачных покрытий, сохраняющих цвет и текстуру древесины, является довольно сложной задачей. В МИСИ им. В. В. Куйбышева разработаны огнезащитные декоративные покрытия марок ПНФА, ЭДАМ и АЖМ.

1. Марка ПНФА. Его состав, мас. ч.: полиэфира ПН-1 — 50, фосфакрилата — 50; гипериза — 3; ускорителя «В» — 5...8.

2. Марка ЭДАМ. Его состав, мас. ч.: эпоксидный олигомер ЭД-20— 100; трикрезилфосфат — 40...50; полиэтиленполиамин — 10.

3. Марка АЖМ. Изготовляют на основе мочевино-формальдегидного олигомера с содержанием сухого остатка не менее 60 % (например, можно использовать олигомер марки МФ-17 и др.)—20 мас. ч.; в качестве пластификатора используют совол; в качестве отвердителя — сернокислый алюминий 3 мас. ч.; контакт Петрова — 0,375 мас. ч.; вода — 6 мас. ч. Составы наносят на поверхность кистью или распылением. Жизнеспособность составов 20—30 мин. Расход 0,4... 0,6 кг/м2. После отверждения составов (8...12 ч) получают прозрачные, водостойкие и долговечные покрытия. Они имеют хорошую адгезию к дереву — 20...25 МПа, прочность при ударе 0,2...0,4 кг-м, водопоглощение 0,5...1 % по массе и потерю массы по методу КТ 7...8,5 %.

Для получения огнезащитных декоративных покрытий можно применять бромсодержащий эпоксидный олигомер марки П-631 или эпоксидный олигомер марки УП-614, содержащий до 20 % хлора. Покрытия на основе УП-614 наряду с огнезащитными свойствами отличаются эластичностью и высокой коррозионной стойкостью. В качестве основы защитных покрытий представляют интерес фосфорсодержащие аллиловые полимеры.

  За рубежом прозрачные огнезащитные покрытия изготовляют на основе высокохлорированного (до 64%) сополимера Haloflex-202, полиэфирных, эпоксидных, алкидных или акриловых полимеров, поливинилацетата или хлоркаучуков. Используют также покрытия на основе полиуретанов, ацетобутиратцеллюлозы, хлорпарафина и модифицированного гексаметилендиизоцианата. Оптимальная толщина покрытия 127—152 мкм.

Вспучивающиеся покрытия (ВП)

   ВП являются наиболее перспективными покрытиями для огнезащиты строительных конструкций. Они наносятся тонким слоем и в процессе эксплуатации выполняют функции лакокрасочного декоративного материала. При действии высоких температур покрытие вспучивается, значительно увеличиваясь в объеме с образованием коксового пористого слоя. Проблема разработки ВП с высокими огнезащитными свойствами связана как с обеспечением вспучиваемости и стабильности угольного слоя при действии высоких температур, так и адгезии к древесине, сохранения декоративных и огнезащитных свойств при длительной эксплуатации, простоте их устройства.

    Вспучивающиеся покрытия являются многокомпонентными системами, состоящими из связующего, антипирена и пенообразователей - вспучивающих добавок. В качестве связующих в основном используют полимеры, проявляющие склонность к реакциям циклизации, конденсации, сшивания и образования нелетучих карбонизированных продуктов: аминоальдегидные полимеры, латексы на основе сополимеров винилиденхлорида с винилхлоридом, галоидированные синтетические и натуральные каучуки, эпоксидные полимеры, полиуретаны и др. Компоненты, обусловливающие вспучивающие и огнезащитные свойства покрытий, подразделяются на следующие группы:

1. Вещества, разлагающиеся в интервале 100...250 °С с образованием кислот. К ним относятся неорганические соли фосфорной и борной кислот (ортофосфаты аммония, полифосфаты аммония, бура и др.) и фосфорорганические вещества (фосфаты мочевины или меламина, фосфакрилат, полифосфориламид и др.).

2. Вещества, разлагающиеся с выделением паров воды или негорючих газов (полисахариды): крахмал, декстрин, пентаэритрит и его гомологи, стереоизомерные гекситы — манит, сорбит и др.

3. Синергиты. К ним относятся мочевина, меламин, дициандиамид, гуанидин, мелем. Также известно применение сульфогуанидина ароматических сульфамидов, 5-амино-2-нитробензойной кислоты, сульфатов аминобензойной кислоты, производных триазина и других соединений.

4. Галогенсодержащие вещества типа хлорпарафина, совола, трихлорэтилфосфата; галогенсодержащие полимеры и сополимеры оказывают пластифицирующее действие и являются источниками галоидоводородов, которые способствуют как вспениванию покрытий, так и огнезащите.

   При создании вспучивающегося покрытия, в состав которого входят перечисленные выше компоненты, а также наполнители, красители и другие вещества, возникает сложность в обеспечении их совместимости, которая в основном и определяет свойства покрытия. Поэтому при разработке вспучивающихся покрытий пользуются математической моделью. Модель позволяет по физическим свойствам покрытия предсказать температурный режим защищаемой поверхности и может быть использована для оценки эффективности ВП и выбора направлений для их создания. При действии высоких температур ВП разлагаются, выделяя пары или газы, которые блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляют пламя вблизи слоя покрытия и уменьшают радиационный поток тепла. Образующийся пористый слой обуглившегося ВП является теплозащитным слоем между источником тепла и защищаемой поверхностью. Объем образовавшегося обугленного слоя в зависимости от состава может составлять от 5 до 200 первоначальных объемов покрытия.

   Первые вспучивающиеся покрытия, кроме мочевины, формальдегида и фосфатов, содержали также крахмал, декстрин, сахар, пептаэритрит и являлись двухкомпонентными системами. Затем начали появляться однокомпонентные составы на основе фенолоформальдегидного олигомера « льняного масла с использованием буры и борной кислоты, водорастворимого мочевиноформальдегидного олигомера, их смесей с фенолоформальдегидными и акриловыми полимерами; эпоксидных олигомеров, модифицированных полибутилметакрилатом; галогенсодержащих полимеров, сополимеров винилхлорида и винилиденхлорида; винидацетата и его сополимера с акрилонитрилом; полиэфирных олигомеров; полиуретанов и т.д.

   Наиболее эффективными и доступными оказались составы ВП на основе аминоформальдегидных олигомеров с применением фосфатов и полифосфатов в качестве антипиренов и газообразователей. В ряде стран они выпускаются в промышленном масштабе, например в ГДР состав марки ДS-324, в Финляндии состав «Вивтер», в СФРЮ и ФРГ — состав «Пироморс» и т. д.

   В РФ применяется огнезащитное покрытие ВПД (ГОСТ 25130—82), представляющее собой смесь термостойких, газообразующих и волокнистых наполнителей в водном растворе меламиноформальдегиднои смолы ММФ-50 и карбоксиметилцеллюлозы. Состав «Экран» (ТУ 400-1/407-3-78) выпускается в виде двух отдельных частей А и В, которые смачивают перед применением в соотношении 65:35. Часть А представляет собой раствор жидкого натриевого стекла, часть Б — смесь мочевиноформальдегидного олигомера, наполнителей и газообразователей. Общая толщина покрытия 3...3,5 мм. Древесина, окрашенная составом «Экран», относится к группе трудносгораемых материалов.

   На основе фосфатного связующего разработана краска ОФП-9 (ГОСТ 23790—79) для огнезащиты деревянных конструкций, эксплуатирующихся внутри помещения с относительной влажностью воздуха не более 75 %. Краска состоит из связующего (полиметафосфата натрия) антипирена (гидрооксид алюминия) и пигмента (железный сурик или оксид цинка). При тепловом воздействии метафосфат натрия оплавляется и, вступая в химическое взаимодействие с наполнителем, образует на защищаемой поверхности тонкую керамическую пленку. Одновременно происходит разложение антипирена с выделением большого количества Н2О, в результате чего покрытие вспучивается, образуя теплоизоляционный слой. Применение краски ОФП-9 позволяет перевести древесину и материалы на ее основе в группу трудносгораемых материалов.

Комбинированные покрытия

  Они представляют собой комбинацию нескольких слоев (с различными физико-механическими показателями), нанесенных на поверхность защищаемого материала:

1. Комбинация неатмосферостойкого покрытия, как вспучивающегося, так и невспучивающегося, с нанесенным сверху атмосферостойким покрытием с пониженной горючестью (например, эмали XB-5169).

2. Двухслойные покрытия на основе одного связующего с различными содержанием и видом наполнителя и антипирена. В нижний слой обычно вводят большое количество наполнителя, например 65...70 % тригидрата оксида алюминия. Верхний слой представляет собой вспучивающееся покрытие. Кроме того, в нижний слой вводят теплоизоляционные и волокнистые наполнители (в том числе металлические) и другие добавки. Известны также покрытия, состоящие из двух или более слоев вспенивающихся покрытий на основе фенолоформальдегидных полимеров, разделенных промежуточным слоем из эпоксидного полимера.

   Для повышения устойчивости минеральных и особенно силикатных красок и покрытий к действию влаги и углекислоты сверху наносят защитный слой на основе реакционно способных олигомеров (например, эпоксидного олигомера марки ЭД 20...100 мм, фурилового спирта, полиэтиленполиамина) или растворов полимеров с добавками антипиренов или даже без них. Защитный слой полимера обладает хорошей адгезией к силикатному покрытию, практически не снижает огнезащитные свойства покрытия в целом, в то же время превращает это покрытие в атмосферостойкое. Такие покрытия можно отнести ко второму виду. К ним также относятся минеральные покрытия с адгезионным слоем и трехслойные покрытия: адгезионный слой — минеральное покрытие — атмосферостойкое покрытие. На защищенную поверхность полимерного покрытия, содержащего теплоизоляционный неорганический наполнитель, можно наклеить алюминиевую фольгу. Для этого поверхность древесных материалов обрабатывают струей сжатого воздуха под давлением 0,36 МПа со взвешенными в нем порошкообразными частицами галогенсодержащих соединений, оксидов металлов, фосфата аммония и моноэтаноламина, карбамида, а затем облицовывают алюминиевой фольгой толщиной слоя 2 мм.

    Для защиты деревянных конструкций известны также покрытия, представляющие собой многослойные системы, приклеиваемые к защищаемой поверхности. Они состоят из листового материала (асбестовая и целлюлозная бумага или ткань), пропитанного вспучивающейся композицией. Второй слой — защитный, состоящий из полимера с пониженной горючестью или алюминиевой фольгой. Эти покрытия крепятся на защищаемую поверхность с помощью клеев.

   Распространенным способом отделки древесных плитных материалов является облицовка их декоративными трудновоспламеняемыми полимерными (поливинилхлоридными) пленками. Процесс облицовки плит менее трудоемок, чем нанесение лакокрасочных покрытий. Для наклейки пленок применяется огнезащитный перхлорвиниловый клей. Кроме того, пленка может иметь невысыхающий клеевой слой, в связи с чем замена облицовки в случае ее повреждения значительно облегчается.

Огнезащитная пропитка древесины

  Пропитка древесины растворами антипиренов или полимеров в зависимости от их количества и глубины проникания позволяет ей приобрести свойства невозгораемости при местном или продолжительном воздействии высокотемпературного источника огня. Отличие такого материала от защищенного методом обмазки или окраски заключается в том, что он оказывает повышенное сопротивление действию огня не только на стадии возгорания или самовозгорания, но и в условиях развивающегося пожара.

     Для получения огнезащищенных древесных материалов существуют следующие способы пропитки: пропитка под давлением, автоклавно-диффузионная пропита, пропитка в ванне, поверхностная пропитка и пропитка с помощью суперобмазок.

   Пропитка под давлением производится в горизонтальных пропиточных цилиндрах объемом 2...70 м3 при давлении до 1...1,6 МПа в течение 1 ч. Температура во время пропитки равна 55...60 °С;

   На процесс пропитки большое влияние оказывает порода древесины. Например, для березы длительность процесса составляет 2...6 ч при давлении 0,8...1 МПа, для сосны — 8...12 ч и 10...12 МПа, для дуба — 15...20 ч и 1,5...1,6 МПа соответственно.

     Несмотря на эффективность этого способа, пропитку ДСП применяют ограниченно. Она пригодна лишь для плит, изготовленных с применением водостойких феноло-формальдегидиых связующих. В процессе пропитки древесина набухает, необратимо деформируется, в результате чего снижается класс шероховатости поверхности. Последующая сушка плит делает процесс пропитки нерентабельным.

 При автоклавно-диффузионной пропитке древесину подвергают пропитке антипиренами в условиях последовательного изменения давления в автоклаве. Разработано несколько режимов диффузионной пропитки древесины (ГОСТ 20022.10—83).

   Пропитку в ванне (вымачивание) ведут в емкостях методом горяче-холодных ванн. Для введения пропиточной жидкости используют вакуум, который создается благодаря уменьшению объема воздуха после перенесения ее из горячей ванны (80...90 °С) в холодную. Недостатками этого метода являются весьма слабая пропитываемость ядровой части древесины, ограниченная возможность регулирования количества вводимого пропиточного состава и значительная продолжительность процесса.

    Метод поверхностной пропитки заключается в нанесении (в несколько раз с промежуточной сушкой не менее 12 ч) горячего (≈60 °С) пропиточного раствора на готовые деревянные конструкции.

  Диффузионный метод пропитки состоит в нанесении на сырую древесину смеси антипирена с небольшим количеством хорошо набухающего клейкого вещества. Поскольку соль во влажной пасте сильно концентрирована, а сок в древесине представляет собой раствор солей слабой концентрации, то возникает так называемое осмотическое давление, обусловливающее проникание антипиренов в поры древесины. Недостаток этого метода - очень большая по сравнению с предыдущими методами длительность процесса пропитки (≈140 сут).

  Для пропитки в основном применяют неорганические водорастворимые антипирены. Попытка применения жидкого стекла в качестве огнезащитного пропитывающего состава для древесины не дала положительных результатов. Это можно объяснить тем, что жидкое стекло является коллоидным раствором, проникание которого в поры древесины представляет значительно большие трудности, чем истинного раствора.

ПОЖАРНАЯ ОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
А.Н. БАРАТОВ, Р.А. АНДРИАНОВ, А.Я. КОРОЛЬЧЕНКО, Д.С. МИХАЙЛОВ, В.А. УШКОВ, Л. Г. ФИЛИН
Стройиздат, 1988

 

Статья взята отсюда: ОГНЕЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ. В источнике ещё более подробное описание, в том числе массовые пропорции и рекомендации по приготовлению и использованию практически всех вышеописанных составов.