Ученые ПНИПУ разработали экологичный и безопасный для человека антипиральный состав, сравнили его с антипиреном, представленным на розничном рынке, и разработали методику нанесения его на деревянные конструкции.
В ПНИПУ разработали огнезащитное покрытие для деревянных конструкций / © Agustín Ljósmyndun, unsplash
Деревянные конструкции активно применяются в строительстве. Из дерева изготавливают перекрытия, стены, декоративные покрытия. Его применение имеет свои преимущества и недостатки. Например, древесина меньше весит по сравнению с бетоном или камнем и легко обрабатывается. Но деревянные конструкции обладают высокой горючестью, поэтому для их эффективного и безопасного использования важно уделять большое внимание противопожарной защите.
Неверно выбранный состав или технология применения могут причинить вред жизни и здоровью людей или привести к материальному ущербу. Для предупреждения возгораний можно использовать эффективные, недорогие и экологичные огнезащитные материалы – антипирены. При этом важно изучить еще и методы их нанесения. Технология, которая подойдет для одного вида древесных конструкций, не будет эффективна для другого. Поэтому разработка состава и подбор технологии его нанесения является актуальной задачей.
Самый эффективный способ огнезащиты деревянных конструкций – модифицирование дерева с помощью покрытия материалами, которые предотвращают нагрев. Суть действия антипиренов состоит в том, что при достижении определенной концентрации внутри детали, они препятствуют горению. Этот эффект основывается на плавлении веществ, которые образуют на поверхности пленку. Из-за этого в конструкцию не попадает кислород, а тепло уходит на плавление антипирена.
Сам состав разлагается при нагревании и выделяет негорючие вещества. Степень защищенности дерева определяется величиной поглощения антипирена и глубиной его проникновения. На это влияют многие факторы, такие как влажность древесины, ее вид, пропитываемая часть (ядро, заболонь), особенности строения. Составы, которые используются для пропитки сейчас, ограничены в своих свойствах и длительности действия.
Ученые ПНИПУ разработали экологичный, дешевый и эффективный состав пропитки и испытали его на образцах из ели. Для этого политехники смешали клей ПВА, пятипроцентный раствор канифоли в дибутилфталате и жидкое стекло. Клей использовали в качестве пленкообразователя для защиты от влаги, раствор канифоли необходим для улучшения проникаемости состава и сцепления с поверхностью, а жидкое стекло увеличивает время сопротивления горению.
«Полученный состав мы наносили кистью на поверхность дерева в один слой, затем сушили в течение 24 часов. Часть образцов выдерживалась при температуре около 23⁰С, а часть – до 50⁰С. Далее обработанные элементы испытывали – обжигали газовой горелкой в течение минуты. Во время проведения испытания было видно, что готовый материал образует на поверхности защитное покрытие, которое рассеивает пламя. Образец не горел, лишь немного покрылся нагаром», – рассказывает резидент бизнес-инкубатора «Динамика роста» ПНИПУ, магистр кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ Никита Пахоруков.
Далее ученые ПНИПУ провели дополнительные испытания при различных пропорциях компонентов в пропитке. В результате политехники выбрали наилучшее соотношение, которое позволило добиться подходящей плотности и при этом обеспечило огнезащитные свойства обрабатываемого материала.
Чтобы подтвердить эффективность нового состава, был взят покупной огнезащитный пропиточный состав Неомид. Он имеет хорошую проникающую способность и за счет своей меньшей плотности лучше подходит для сравнения режимов пропитки. Действие обоих составов схоже – при контакте с огнем защитный слой антипирена вспучивается, образуя огнестойкий теплоизоляционный слой, перекрывающий доступ кислорода к поверхности и не дающий древесине достигнуть температуры воспламенения.
«Мы пропитали образцы двумя составами при разных условиях: высокая температура, ультразвуковое воздействие, увеличение времени пропитки. Выяснилось, что ультразвук улучшает огнезащитные свойства древесины с новым составом примерно на 30 процентов по сравнению с выдержкой в горячей ванне, и на 50 процентов – при комнатной температуре.
Использовать Неомид для пропитки древесины экономически выгоднее только при комнатной температуре около 23⁰C и не дольше часа. В итоге мы получили пропитку, которая не уступает привычному составу. По данным из экспериментов мы выяснили, что эффективнее всего проводить обработку в ультразвуковой ванне при начальной температуре 20⁰С -25⁰С в течение часа», – объясняет исполняющий обязанности заведующего кафедрой, доцент кафедры механики композиционных материалов и конструкций ПНИПУ Павел Писарев.
Ученые ПНИПУ разработали экологичный и безопасный для человека антипиральный состав. В перспективе планируется использовать его не только для дерева, но и для иных композиционных материалов. Кроме совершенствования состава и технологии его нанесения в дальнейшем планируется проведение испытаний на морозостойкость, устойчивость к ультрафиолетовому и механическому воздействию.
Это разработка Бизнес-инкубатора «Динамика роста» и магистерская работа одного из соавторов. Целью Бизнес-инкубатора «Динамика роста» является содействие развитию инновационной экосистемы ПНИПУ созданием благоприятных условий и вовлечением обучающихся и сотрудников в реализацию стартап-проектов, стимулированием разработки перспективных технологий, повышением престижа науки и образования.
