vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-344Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ РЕЦЕПТУРНЫХ ФАКТОРОВ, ОКАЗЫВАЮЩИХ ДОМИНИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ТЕРМОИЗОЛИРУЮЩУЮ СПОСОБНОСТЬ И АТМОСФЕРОСТОЙКОСТЬ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙRESEARCH OF MAIN RECEPE FACTORS PROVIDING A DOMINANT IMPACT ON THE THERMAL INSULATING CAPACITY AND ATMOSPHERIC RESISTANCE OF FIRE PROTECTIVE COATINGSБогдановаВ. В.BogdanovaV. V.

доктор химических наук, профессор, заведующая лабораторией огнетушащих материалов

ул. Ленинградская, 14, 220006

D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Laboratory of Fire-Extinguishing Materials

14, Leningradskaya Str., 220006

bogdanova@bsu.byАрестовичД. Н.ArestovichD. N.

кандидат технических наук, ученый секретарь

ул. Машиностроителей, 25, 220118

Ph. D. (Engineering), Scientific Secretary

25, Mashinostroiteley Str., 220118

dm_ar@tut.byКирлицаВ. П.KirlicaV. P.

кандидат физико-математических наук, доцент

пр. Независимости, 4, 220030

Ph. D. (Physics and Mathematics), Associate Professor

4, Nezavisimosti Ave., 220030

kirlitsa@bsu.byНаучно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета, МинскScientific Research Institute of Physico-Chemical Problems of the Belarusian State University, MinskУниверситет гражданской защиты МЧС Республики Беларусь, МинскCivil Protection University of the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Belarus, MinskБелорусский государственный университет, МинскBelarusian State University, Minsk201722012018042431Copyright © Богданова В.В., Арестович Д.Н., Кирлица В.П., 20182018Богданова В.В., Арестович Д.Н., Кирлица В.П.Bogdanova V.V., Arestovich D.N., Kirlica V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/344

Использован метод математического планирования эксперимента для установления факторов, оказывающих определяющее влияние на термоизолирующие и атмосферостойкие свойства огнезащитных вспениваемых покрытий. Исследования проведены на модельном составе, состоящем из связующего, источника углерода, замедлителя горения и порообразующего агента. Оценку влияния содержания и соотношения основных компонентов покрытия проводили по изменению его термоизолирующей способности и атмосферостойкости. В ходе разведочных экспериментов выбрана рецептура модельного состава со следующим содержанием основных компонентов в расчете на 100 г краски: 30 г меламин-формальдегидной смолы, 10 г пентаэритрита, 30 г полифосфата аммония, 10 г двуокиси титана. Эксперименты по термоизолирующей способности состояли в замере времени в минутах, в течение которого на обратной стороне металлической пластины регистрируется температура 500 °С (СТБ 11.03.02-2010). Атмосферостойкость огнезащитного покрытия определяли согласно НПБ 98-2004. С использованием большого количества экспериментальных данных по изменению термозащитных и атмосферных свойств покрытия в зависимости от его рецептуры построена математическая модель для максимизации математического ожидания. Эта модель с использованием метода Бокса – Уилсона позволила определить оптимальное соотношение базовых компонентов в модельной рецептуре огнезащитного состава для обеспечения нормативных термоизоляционных и эксплуатационных свойств. Показано, что основной вклад в получение требуемого термоизолирующего эффекта вносят такие базовые компоненты состава, как карбонизирующий (пентаэритрит) и порообразующий (двуокись титана) агенты. Однако состав с улучшенными свойствами имеет худшие физико-механические характеристики и не соответствует нормативным требованиям. Найдено, что существует баланс между огне-термозащитными и атмосферостойкими свойствами покрытия. Установление этих фактов позволит направленно подходить к регулированию атмосферостойких и огнезащитных свойств известных и созданию новых эффективных, экономичных огнезащитных покрытий с требуемыми нормативными свойствами. 

The method of mathematical experiment planning was used to determine the factors that exert a determining influence on heat-insulating and weather-resistant properties of flame retardant foaming coatings. The studies were carried out on a model composition consisting of a binder, a carbon source, a flame retardant and a pore-forming agent. Evaluation of the influence of the content and the ratio of the main components of the coating was carried out by a change in its heat-insulating ability and weather resistance. During the exploratory experiments, the formulation of the model composition was chosen with the following content of the main components per 100 g of paint: 30 g of melamine-formaldehyde resin, 10 g of pentaerythritol, 30 g of ammonium polyphosphate, 10 g of titanium dioxide. Experiments on the thermal insulation ability consisted in measuring the time in minutes, during which the temperature of 500 °C was recorded on the back of the metal plate (STB 11.03.02-2010). Weather resistance of the fire retardant coating was determined according to the NPB 98-2004. Using numerous experimental data on the change in the thermal and atmospheric properties of the coating, a mathematical model was constructed to maximize the mathematical expectation, depending on its formulation. This model with the use of the Box – Wilson method allowed to determine the optimal ratio of the base components in the model formulation of the fire-retardant composition to provide the normative heat-insulating and operational properties. It is shown that the basic contribution to obtaining the required heat-insulating effect is made by such basic components of the composition as carbonizing (pentaerythritol) and pore-forming (titanium dioxide) agents. However, the composition with improved properties has the worst physical and mechanical characteristics and does not meet regulatory requirements. It has been found that there is a balance between fire-protective and weather-resistant coating properties. The establishment of these facts will make it possible to approach the regulation of weatherproof and fireproof properties in a directed manner and to create new efficient, economical fire-protective coatings with the required regulatory properties. 

огнезащитное вспениваемое покрытиематематическое планирование экспериментадоминирующие факторыатмосферостойкостьintumescent flame retardant coatingmathematical planning of experimentdominant factorsatmospheric resistanceReferencesХалтуринский, Н.А. О механизме образования огнезащитных вспучивающихся покрытий / Н.А. Халтуринский, Т.А. Рудакова // Изв. ЮФУ. Техн. науки. – 2013. – №8 (145). – C. 220–227.Khalturinski N. A., Rudakova T. A. About of mechanism of fire retardant intumescent covers formation. Izvestiya YFU. Tehnicheskie nauki = Izvestiya SFedU. Engineering Sciences, 2013, no. 8, pp. 220–227 (in Russian).Машляковский, Л.Н. Органические покрытия пониженной горючести / Л.Н. Машляковский, А.Д. Лыков, В.О. Репкин. – Л.: Химия, 1989. – 235 с.Mashlyakovsky L. N., Lykov A. D., Repkin V. O. Organic coatings of low flammability. Leningrad, Khimiya Publ., 1989. 235 p. (in Russian).Антонов, А.В. Горение косообразующих вспучивающихся покрытий / А.В. Антонов, И.С. Решетников, Н.А. Халтуринский // Успехи химии. – 1999. – Т. 68, №7. – С. 667–673.Antonov A. V., Reshetnikov I. S., Khalturinskii N. A. Combustion of oblique-forming intumescent coatings. Russian Chemical Reviews, 1999, vol. 68, no. 7, pp. 605–614. Doi: 10.1070/rc1999v068n07abeh000408Специфические реакции ингредиентов в огнезащитных вспучивающихся лакокрасочных покрытиях / О.А. Зыбина [и др.] // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2014. – №12. – С. 30–33.Zybina O. A., Yakunina I. E., Babkin O. E., Mnatsakanov S. S. Specific reactions of ingredients in fireproof intumescent coatings. Lakokrasochnye materialy i ikh primenenie = Russian Coatings Journal, 2014, no. 12, pp. 30–33 (in Russian).Некоторые аспекты повышения огнезащитной эффективности вспенивающегося покрытия / В.П. Васин [и др.] // Полимерные материалы пониженной горючести: тр. VI Междунар. конф. – Вологда: ВОГТУ, 2011. – С. 132–135.Vasin V. P., Rudakova T. A., Grigor’ev Y. A., Azerin N. A. Some Aspects of Increasing the Fire-Resistance Efficiency of a Foaming Coating. Polimernye materialy ponizhennoi goriuchesti: trudy VI Mezhdunarodnoi konferentsii [Polymeric Materials of Low Combustibility: Proceedings of the VI International Conference]. Vologda, Vologda State University, 2011, pp. 132–135 (in Russian).Лапушкин, М.П. Влияние неорганических антипиренов на огнезащитную эффективность составов интумесцентного типа / М.П. Лапушкин, П.А. Фещенко, Р.А. Вахитов // Лакокрасочные материалы и их применение. – 2007. – №1/2. – С. 48–54.Lapushkin M. P., Feshchenko P. A., Vahitov R. A. Influence of inorganic flame retardants on the flame retardant effectiveness of compositions of intumescent type. Lakokrasochnye materialy i ikh primenenie = Russian Coatings Journal, 2007, no. 1/2, pp. 48–54 (in Russian).Влияние состава и особенностей поведения вспучивающихся огнезащитных покрытий на их эффективность / А.Н. Гаращенко [др.] // Вопр. оборон. техники. Сер. 15. Композиционные неметаллические материалы в машиностроении. – 2010. – Вып. 4. – С. 33–38.Garashchenko A. N., Kul’kov A. A., Vasin V. P., Rudakova T. A. Influence of the composition and behavior of intumescent flame retardant coatings on their efficiency. Voprosy oboronnoi tekhniki. Seriia 15. Kompozitsionnye nemetallicheskie materialy v mashinostroenii [Questions of defense technology. Series 15. Composite nonmetallic materials in mechanical engineering.], 2010, iss. 4, pp. 33–38 (in Russian).Branca, C. Analysis of the combustion kinetics and thermal behavior of an intumescent system / C. Branca, D. Blasi, H. Horacek // Industrial & Engineering Chemistry Research. – 2002. – Vol. 41. – P. 2107–2114.Branca C., Blasi D., Horacek H. Analysis of the combustion kinetics and thermal behavior of an intumescent system. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2002, vol. 41, pp. 2107–2114. Doi: 10.1021/ie010841uBlasi, D. The state of the art of transport models for charring solid degradation / D. Blasi // Polymer International. – 2000 – Vol. 49. – P. 1133–1146.Blasi D. The state of the art of transport models for charring solid degradation. Polymer International, 2000, vol. 49, pp. 1133–1146. Doi: 10.1002/1097-0126(200010)49:103.0.co;2-eСтрахов, В.Л. Огнезащита строительных конструкций / В.Л. Страхов, А.М. Крутов, Н.Н. Давыдкин. – М.: ТИМР, 2000. – 433 с.Strakhov V. L., Krutov A. M., Davydkin N. N. Fire protection of building structures. Moskow, TIMR Publ., 2000. 433 p. (in Russian).Математическое моделирование горения вспучивающихся огнезащитных материалов / В.Л. Страхов [и др.] // Физика горения и взрыва. – 2001. – Т. 37, №2. – С. 63–73.Strakhov V. L., Garashchenko A. N., Kuznetsov G. V., Rudzinskii V. P. Mathematical modeling of the combustion of intumescent flame retardant materials. Combustion, Explosion, and Shock Wave, 2001, vol. 37, no. 2, pp. 178–186. Doi: 10.1023/a:1017557726294Ненахов, С.А. Физико-химия вспенивающихся огнезащитных покрытий на основе полифосфата аммония (обзор литературы) / С.А. Ненахов, В.П. Пименова // Пожаровзрывобезопасность. – 2010. – №8. – С. 11–57.Nenakhov S. A., Pimenova V. P. Physical chemistry of foaming fireproof coatings based on ammonium polyphosphate (literature review). Pozharovzryvobezopasnost’ = Fire and Explosion Safety, 2010, no. 8, pp. 11–57 (in Russian).Влияние состава и особенностей поведения вспучивающихся огнезащитных покрытий на их эффективность / А.Н. Гаращенко [и др.] // Полимерные материалы пониженной горючести: тр. VI Междунар. конф. – Вологда: ВОГТУ, 2011. – С. 135–138.Garashchenko A. N., Kul’kov A. A., Pasin V. P., Rudakova T. A. Influence of the composition and behavior of intumescent flame retardant coatings on their effectiveness. Polimernye materialy ponizhennoi goriuchesti: trudy VI Mezhdunarodnoi konferentsii [Polymeric Materials of Low Combustibility: Proceedings of the VI International Conference]. Vologda, Vologda State University, 2011, pp. 135–138 (in Russian).Асатурян, В.И. Теория планирования эксперимента / В.И. Асатурян. – М.: Радио и связь, 1983. – 248 с.Asaturyan V. I. Theory of experimental design. Moscow, Radio i sviaz’ Publ., 1983. 248 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.