Огнепортал Огнезащита в России. Огнезащитные краски и покрытия
Материалы по теме
Пенополиуретан получил широкое распространение в строительной индустрии в качестве универсального утеплителя. Он тепло- и морозостоек, обладает хорошей адгезией, легко транспортируется и хранится. Однако также легко он воспламеняется. Поэтому производители включают в состав материала бромированные огнестойкие добавки (к примеру, пента-бромодифенил эфир), которые крайне токсичны и опасны для здоровья человека и окружающей среды.
Поиск экологичной альтернативы бромированным антипиренам, входящим в состав полимеров, вызвал большой интерес со стороны ученых, занимающихся разработками в области наноматериалов. Так, они обнаружили, что углеродные нанотрубки совместно с глиной могут улучшать огнестойкость пластмасс, несмотря на то, что механизмы их действия при возгорании сильно отличаются друг от друга.
Наличие глины повышает степень графитизации многослойных нанотрубок во время горения. Она же помогает в устранении дислокаций и дефектов при перестановке кристаллитов. Al2O3, одна из составляющих глины, действует как катализатор реакции графитизации. Кроме того, сосуществование глины и углеродных нанотрубок способно улучшить структуру матриц полимеров. Совместно они могут сформировать сетевую структуру при более низких температурах и защитить полимерную матрицу более эффективно. Что особенно интересно, сильнейший синергетический эффект способен уменьшить количество добавляемых огнезащитных химических веществ в материал.
Безопасный вариант, предложенный американским научным сообществом, подразумевает под собой послойный сбор тонких пленок, выполненных на основе полностью возобновляемого сырья. «Перед нами стояла цель – разработать по-настоящему «зеленую» пленку с огнезащитными и барьерными свойствами. Насколько мне известно, это первое исследование в области подавления пламени при помощи тонких пленок из экологичного сырья», – делится Джеми Грунлан, профессор кафедры машиностроения университета Техаса.
В целом, разработка новых технологий получения антипиренов является крайне злободневной темой, так как с каждым днем ужесточается законодательное регулирование в сфере огнезащитных материалов на основе галогенов. При этом определенное давление на ученых оказывает необходимость сохранить все важные характеристики самих веществ.
«Новое покрытие способно обеспечить высокую огнестойкость пенополиуретану, не меняя при этом его физических свойств. В какой-то мере это первая демонстрация высококалорийного газового барьера из пленки» – добавляет Грунлан.
В процессе научно-изыскательной работы исследователи неоднократно испытывали материалы. Успех пришел, когда было принято решение опустить пенополиуретан в специальный огнезащитный состав. Десять биослоев хитозана, который добывают из панцирей ракообразных, применялись в качестве катионного слоя, а монтмориллонитовая глина – в качестве анионного слоя. Их нанесли на гибкую полиуретановую пену. 
Как оказалось, это нанопокрытие способно полностью предотвратить «таяние» пены из-за воздействия прямого огня. В результате эксперимента с бутадиеновой горелкой обуглился только внешний слой пены, покрытой составом. Внутри же под черными сгустками был обнаружен совершенно нетронутый белый пенополиуретан (Рисунок 1). Кроме того, увеличив количество слоев до 30 (примерно 100 нм шириной) удалось уменьшить проникновение кислорода в четыре раза.
По сути, область применения данного покрытия может варьироваться от производства предметов мебели до теплоизоляции зданий. Практически не существует каких-либо ограничений для данного материала, так как он может наноситься на различные по форме и гладкости поверхности, будь то ткани или плиты. Такая пленка, прекрасно разлагаясь, создает хороший кислородный барьер. Всего 15 бислоев хитозана и глины (в сумме 49 нм) обеспечат 0,5 мм PLA барьер лучше, чем 0,175 мм ПЭТ, т. е. материалов, используемых для упаковки».
Одним из следующих шагов исследователей является разработка огнезащитных покрытий, которые отличают прочностью к истиранию и высокая степень огнезащиты. Отдельное внимание будет уделено уменьшению слоев, что позволит повысить рентабельность разработки.
Джон Хейк