Анализ термического разложения огнезащитного вспучивающегося покрытия на основе окисленного графита

Введение.  Создание эффективных вспучивающихся огнезащитных покрытий для металлических строительных конструкций требует глубокого понимания механизмов их термического разложения. Модификация классических огнезащитных систем, в частности путем добавления в рецептуру интеркалированного графита, направлена на повышение их термостабильности и огнезащитной эффективности. Ключевым инструментом для изучения этих процессов является синхронный термический анализ методами термогравиметрии и дифференциальной сканирующей калориметрии.

Цель. Исследование механизма и кинетики термической деструкции терморасширяющегося огнезащитного покрытия на основе связующего из эпоксидной диановой смолы и аминного отвердителя и окисленного графита как основного интумесцентного наполнителя в инертной (аргон) и окислительной (кислород) атмосферах методами ТГ/ДСК для оценки его огнезащитного потенциала и выявления ключевых стадий термического разложения.

Материалы и методы. В работе проведен термический анализ образцов покрытия на синхронном термоанализаторе NETZSCH STA 449 F5 в атмосферах аргона и кислорода при скорости нагрева 10 К/мин в диапазоне до 1000 °C. Определены качественные характеристики, в том числе тепловые эффекты и выполнен сравнительный анализ поведения покрытия в условиях пиролиза и окисления после обработки полученных данных с использованием программного обеспечения Proteus Thermal Analysis.

Результаты. Представлены результаты исследований термических свойств терморасширяющегося огнезащитного покрытия на основе связующего из эпоксидной диановой смолы и аминного отвердителя и окисленного графита как основного интумесцентного наполнителя, а также самого окисленного графита. Определены термические свойства в температурном интервале от 24 до 1000°C. Установлено, что термическое разложение терморасширяющегося огнезащитного покрытия на основе связующего из эпоксидной диановой смолы и аминного отвердителя и окисленного графита как основного интумесцентного наполнителя носит многостадийный характер.

Количественно определена критическая температура перехода покрытия в активное состояние, соответствующее началу интумесценции.

Выводы.  Подтверждено, что окисленный графит в составе исследуемого огнезащитного покрытия обеспечивает высокий эндотермический эффект, что подтверждает эффективность огнезащитного покрытия в условиях пожара. Полученные данные позволяют количественно оценить вклад различных стадий разложения в огнезащитную эффективность состава.

1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: Федеральный закон от 22 июля 2008 г. № 123-ФЗ // Собрание законодательства Российской Федерации. 2008. № 30 (ч. 1). Ст. 2800.

2. Иванова А.А., Мезенцева И.А., Закиров М.Ф. Современные подходы к повышению огнезащитной эффективности вспучивающихся покрытий для металлических конструкций с учётом параметров реального пожара // Актуальные исследования. 2026. № 10 (296). Ч. I. С. 29–34.

3. Павлович А.В., Дринберг А.С., Машляковский Л.Н. Огнезащитные вспучивающиеся лакокрасочные покрытия. Москва: ЛКМ-пресс, 2018. 487 с.

4. Антипов В.В., Венедиктова М.А., Пушница А.С. Исследование возможности расширения температурного интервала эксплуатации огнезащитных материалов // Труды ВИАМ. 2024. № 10 (140). С. 74–83. EDN: JGUFHI.

5. Гильманшина Т.Р., Дубова И.В., Королева Г.А., Васильев Г.В. Условия получения окисленного графита с высокой способностью к терморасширению // Обогащение руд. 2023. № 5. С. 13–17.

6. Богданова В.В., Кобец О.И. Огне-термозащитные свойства термовспенивающихся композитов на основе полиолефинов в зависимости от природы и содержания наполнителей // Полимерные материалы и технологии. 2018. Т. 4. № 4. С. 64–71.

7. Wang Zhan, Zhiyuan Xu, Le Chen,Lixia Li, Qinghong Kong, Mingyi Chen, Qingwu Zhang, Juncheng Jiang. Research progress of carbon-based materials in intumescent fire-retardant coatings: A review. European Polymer Journal, 2024, vol. 220, p.113486.

8. Gardelle B., Duquesne S., Vandereecken P., Bourbigo S. Characterization of the carbonization process of expandable graphite/silicone formulations in a simulated fire. Polymer Degradation and Stability, 2013, vol. 98, no. 5, pp. 1052–1063.

9. Инкина П.С., Беззапонная О.В. Оценка термостойкости строительных материалов методом синхронного термического анализа // Актуальные проблемы развития технических наук: сборник статей участников XXIV Областного конкурса научно-исследовательских работ «Научный Олимп» по направлению «Технические науки». Екатеринбург: Уральский федеральный университет. 2021. С. 26–30. ISBN 978-5-91256-537-3.

10. Барановский В.М., Задорина Е.Н., Крутилин В.М. Современные методы исследования полимерных материалов: исследование полимерных материалов методами термического анализа. Москва: Изд-во МАИ, 1993. 67 с.

11. Лоскутов С.Р., Шапченкова О.А., Анискина А.А. Термический анализ древесины основных лесообразующих пород Средней Сибири // Сибирский лесной журнал. 2015. № 6. С. 17–30.

12. Головина Е.В. Методика оценки термостойкости огнезащитных составов интумесцентного типа для объектов нефтегазовой отрасли: дис. канд. техн. наук: 05.26.03. Екатеринбург, 2019. 130 с.

13. Халтуринский Н.А., Крупкин В.Г. О механизме образования огнезащитных вспучивающихся покрытий // Пожаровзрывобезопасность. 2011. Т. 20. № 10. С. 33–36.

14. Mastalska-Popławska J. Effect of Modified Halloysite/Expandable Graphite Addition on Thermal and Intumescent Properties of the Fire-Resistant Paints for Steel. Arabian Journal for Science and Engineering, 2023, vol. 48, pp. 16087–16095.

15. Vast P. Termal behaviour of graphite intercalation compounds with oxide of difluoride of phosphoryl. Journal of Thermal Analysis, vol. 41, 1994, pp.1433–1439.

16. Галигузов А.А., Яшин Н.В., Авдеев В.В. Использование бутадиен-нитрильного каучука в составе интумесцентных огнезащитных материалов на основе пластифицированного поливинилхлорида // Тонкие Химические Технологии. 2026. Т. 20. № 1. С. 73–89.

17. Bannov A.G., Nazarenko O.B., Maksimovskii E.A., Popov M.V., Berdyugina I.S. Thermal Behavior and Flammability of Epoxy Composites Based on Multi-Walled Carbon Nanotubes and Expanded Graphite: A Comparative Study. Applied Sciences, vol. 10, 2020, iss.19, 13 p.

18. ISO 11357-1:2023. Plastics – Differential scanning calorimetry (DSC). Part 1: General principles. Geneva: International Organization for Standardization, 2023. 24 p.