Studium vlivu plniv a pojiv na protipožární vlastnosti zpěňovatelných nátěrových hmot

Ing. Roman Otáhal

Doctoral thesis

Study of influence of fillers and binders on fire-resistant properties of intumescent coatings

Anotácia:

Disertační práce se zabývá přípravou a testováním protipožárních zpěňovatelných nátěrových hmot na ocelové konstrukce. Byly připraveny vodou ředitelné zpěňovatelné nátěrové hmoty na bázi kopolymerní disperze vinylacetát-vinylester versatikové kyseliny, alkydové, akrylátové a styren-akrylátové emulze, polyurethanové a epoxidové disperze. Dále byly připraveny rozpouštědlové zpěňovatelné nátěrové hmoty na bázi vysokosušinového pojiva epoxy-siloxanu a substituovaného styren-akrylátu. U zpěňovatelných nátěrových hmot byl sledován vliv plniv a aditiv se synergickým účinkem na protipožární vlastnosti a tvorbu zpěněné vrstvy. Byla vybrána teplotně odolná plniva s různými tvary částic. Pro testování protipožárních vlastností byl vyvinut laboratorní postup - test ohnivzdornosti zpěňovatelných nátěrových hmot. Testované nátěrové hmoty pak byly mezi sebou porovnávány. Degradační procesy byly sledovány pomocí termogravimetrické analýzy. Zpěněná vrstva pak byla analyzována pomocí infračervené spektroskopie, rentgenové difrakční analýzy a rentgenové fluorescenční analýzy. Bylo zjištěno, že zpěňování nátěrových hmot a struktura zpěněné vrstvy je nejvíce ovlivňována koncentrací plniv. Obecně se tloušťka zpěněné vrstvy snižuje s rostoucí koncentrací plniv. Pouze expandovatelný grafit se podílel na zvýšení tloušťky zpěněné vrstvy. Nejvíce se na vylepšení protipožárních vlastností podílely zejména minerální vlákna, metakaolín, slída a v případě zpěňovatelné nátěrové hmoty na bázi kopolymerní disperze vinylacetát-vinylester kyseliny versatikové i expandovatelný grafit. Ve formulaci zpěňovatelných nátěrových hmot bylo použito hybridní pojivo na bázi epoxy-siloxanu. Tento systém nebyl dosud nikým použit. Zpěňovatelné nátěrové hmoty na bázi epoxy-siloxanu tvoří zpěněnou vrstvu na jejímž povrchu během tepelné degradace vzniká tenká oxidická vrstva. Jedná se především o oxidy křemíku pocházejících z pojiva. Ve srovnání s tradičními organickými zpěňovatelnými nátěrovými hmotami, zůstává ve zpěněné vrstvě více tepelně stabilního materiálu (cca o 12 hm. %). Větší množství tepelně stabilního materiálu ve zpěněné vrstvě má za následek prodloužení doby protipožární ochrany.

Abstract:

This work is focused on formulation and testing of flame-retardant intumescent coatings for protection of the steel against fire and consequent destruction. Intumescent coatings based on copolymer dispersion vinyl acetate-vinylester of versatic acid, alkyd, acrylate and styrene-acrylate emulsions, polyurethane and epoxy dispersions and intumescent coatings based on high solid silicone epoxy hybrid resin were prepared. Effects of fillers and other additives on char formation and consequently on fire-resistant properties were studied. Thermally stable fillers with different particle shape were chosen. Intumescent coatings were investigated using thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy, X-ray diffraction analysis, X-ray fluorescence analysis and fire-resistant test. Results showed that foaming of the intumescent coating and char structure is influenced by concentration of fillers in a coating. Generally, thickness of the carbonaceous chars decrease with increasing concentration of fillers in intumescent coatings. Only presence of expandable graphite increases the thickness of the char. The best fire-resistant properties were achieved in intumescent coating which contained either mineral fibers, mica, metakaoline or in the case of intumescent coating based on vinylacetate-vinylester of versatic acid, expandable graphite. A brand new type of intumescent coating was prepared. In formulation of intumescent coating was used an organic-inorganic hybrid silicone epoxy resin. This type of resin has never been used in intumescent coatings yet. Intumescent coatings based on silicone epoxy resin form a thin ceramic-like layer on the surface of the char structure. This layer is mostly composed of silicate compounds made up of the resin. In the comparison with conventional organic based intumescent coatings, organic-inorganic based intumescent coatings form a higher weight thermally stable residue. Formation of a thermally stable material in the high temperature range is an important parameter in the term of flame resistance using an intumescent process. New type of intumescent coatings based on silicone epoxy hybrid resin seems to be promising in a fire protection of steel constructions.

Kľúčové slová

zpěňovatelné nátěrové hmoty, epoxy-siloxan, test ohnivzdornosti, termogravimetrická analýza

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 3. 6. 2010

Zverejniť od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 5. 10. 2010

University of Pardubice

Faculty of Chemical Technology

Doctoral programme / odbor:
Chemistry and Technology of Materials / Surface Engineering