Антипирены

Антипирены — это химические вещества или соединения, ингибиторы реакции горения. Они препятствуют воспламенению и возгоранию, не дают пламени распространяться, способствуют самостоятельному затуханию огня.

Согласно официальному определению антипирен — это вещества либо смеси, которые должны снижать горючесть материалов, имеющих органическое происхождение. К таковым относятся: древесина, полимерные соединения, ткани натуральные и синтетические, композитные материалы на основе древесных стружек, бумажно-слоистый пластик и многое другое, на что пламень воздействует очень быстро.

Например, для сухой древесины, на которую не была нанесена специальная краска или пропитка, температура начала реакции пиролиза составляет всего порядка 450 градусов. В таких обстоятельствах пожар будет скоротечным и абсолютно разрушительным.

Стоит ли сомневаться в том, что эксплуатация сооружений из подобных легковоспламеняющихся материалов представляет собой опасность не только для их хозяев, но и для всех окружающих природных и хозяйственных объектов, соответственно, для людей.

Своевременное применение антипиренов в критический момент задержит распространение огня на начальной стадии, позволит произвести спасательные мероприятия и продержаться до приезда профессиональной пожарной команды.

Как работает антипирен?

Все существующие антипирены преследуют одну и ту же цель — максимально эффективно подавить процесс возгорания и распространения пожара. В зависимости от химического состава конкретного антипирена он оказывает различное воздействие на материалы при их горении:

1. Антипирены во время горения поглощают тепло и разлагаются на негорючие вещества.
2. Оказывают влияние на способ разложения материала под воздействием пламени, например, коксируют твердую массу и образовывают негорючие газы.
3. В конденсированной и газовой фазах воспламенения оказывают тормозящее воздействие.
4. Образовывает на поверхностях объекта теплозащитный слой вспененного кокса.
5. Способствует образованию продуктов горения по типу сажи.

Антипирены это вещества, которые могут работать активно и пассивно. Первые вступают в реакцию с огнем и температурами, вторые – ведут себя инертно по отношению к горению.

Антипирен может иметь неорганическое, органическое и смешанное происхождение. Это может быть соль металла, гидроксид, специально обработанные парафин или графит и другое. Из-за конфликтов с экологией многие антипирены перестают быть актуальными, когда оценивается не только их действие, но и его последствия.

К безопасным можно отнести традиционные антипирены — гидроксиды магния и алюминия. Под воздействием высоких температур они выделяют водяной пар, который в результате эндотермической реакции охлаждается ниже температуры, которая требуется для поддержки горения. Естественно, не поддерживается и процесс пиролиза, зато катализируется образование твердого защитного слоя.

Все более популярными становятся экологичные антипирены нового поколения: легкоплавкое стекло, органические эко-антипирены.

Особенного внимания заслуживают так называемые интумесцентные антипирены, в которых при повышении температуры происходит объемное изменение — многократное терморасширение. Покрытия, включающие эти вещества, успешно заменяют старые толстые термоизолирующие и не пропускающие кислород асбестовые штукатурки, минеральную вату, вспученный вермикулита.

Все это было эффективно, но достаточно дорого, а главное — существенно утяжеляло конструкцию, отрицательно влияя на прочность. Механизм действия интумесцентного антипирена прост и эффективен: при нагревании внутри тонкого, примерно 2мм, покрытия образуются газовые пузырьки, за счет чего покрытие расширяется в 10-40, а иногда и 100 раз, образуется так называемый пенококс, теплоизолирующий и негорючий.

Характеристики антипиренов

Самые главные характеристики антипиренов — это основные параметры, которые устанавливают для них правила ГОСТ. А именно:

1. Эффективность защиты, то есть способность подавлять реакции горения и тления. Для примера: чтобы доказать, что состав соответствует 2-й группе огнезащиты, защищаемые им древесные материалы должны выдержать как минимум 15 минут без возгорания в температурном интервале +650 - +700 градусов.
2. Теплоизоляционные свойства. Антипирены поглощают тепло активно и много, в результате чего материал разогревается гораздо медленнее.
3. Отсутствие взаимодействия с материалами охраняемых поверхностей и их покрытиям.
4. Способность защищать металлы от коррозии.
5. Нулевая токсичность антипирена в нормальных условиях и продуктов его распада при пожаре, а также экологическая безопасность.
6. Долгий срок эксплуатации при сохранении всех полезных характеристик. Самый короткий срок получается у солевых антипиренов, наносимых на внешние поверхности, так как их стойкость сильно зависит от осадков. Максимальный срок службы огнезащиты после нанесения таких растворов на внешние поверхности составляет не более 5 лет. Хотя чаще повторная обработка требуется уже через 2 года.

В зависимости от состава антипирена, он может реализовываться в виде порошка, спрессованных таблеток, аэрозолей, суспензий, жидкостей.

Больше половины производимых препаратов составляют неорганические вещества, созданные на основе:

1. Борной кислоты.
2. Полифосфата.
3. Cульфата аммония.
4. Буры.
5. Гидроксидов алюминия, магния.
6. красного фосфора и пр.

Перечисленные вещества отличаются хорошей адгезией, высокой температурой разложения, образованием при раскладывании негорючих веществ. Например, из гидроксида алюминия образуется тугоплавкий оксид и вода. Оба этих компонента снижают температуру области горения, а вода, дополнительно, формирует облако из пара, препятствующего подачу новых порций воздуха. Некоторые вещества могут проявлять антисептические действия.

Где применяется антипирен?

Вернемся к официальному определению антипирена. Из него следует, что именно конструкции, при создании которых использовались органические материалы, требуют применения покрытий, содержащих антипирены. Дерево и его производные горят хорошо, а полимеры без специальных добавок еще лучше, поэтому для них огнезащитные средства должны использоваться по максимуму: для дерева сразу же после первичной обработки желательны антипиреновые пропитки, а для полимеров еще в процессе их получения — антипиреновые добавки. Это правильные меры, но не вполне достаточные. Чтобы пожарная безопасность была на уровне, необходимы и последующие огнезащитные покрытия.

Минеральные поверхности, сооруженные, например, из кирпичей, бетона или пеноблоков, вряд ли способны к возгоранию, однако окутавшее их пламя может привести к образованию трещин, которые влияют на целостность конструкции и повышают опасность обрушения. То есть антипирен необходим и для минеральной поверхности. Огнезащита для металлических конструкций (опорных, коммуникационных) также важна, особенно если подразумеваются крупные промышленные объекты или многоэтажные общественные здания.

Первое место в мире по объему использования в качестве антипиренов занимают гидроокись алюминия и гидроокись магния. Они дешевы, безопасны при работе, не выделяют опасных веществ при горении, ими легко пользоваться. Принцип их действия основан на получении в результате пиролиза воды. Дыма при этом образуется очень мало.

Потребление гидроокиси магния и алюминия в качестве огнезащитных добавок увеличивается с каждым годом. Особенно на этом настаивают природоохранные организации, т.к. гидроксиды почти не оказывают на окружающую среду негативного воздействия.

Антипирены на основе гидроокиси алюминия и магния применяются для производства термо- и реактопластов, эластомеров, полиолефинов, ПВХ, полипропиленов; полимеров, использующихся в изготовлении линолеумов и ковровых покрытий, шлангов, кровельных материалов, пожаробезопасной изоляции для кабелей, конструкционных пластиков и многого другого.

Гидроокись магния стоит дороже гидроксида алюминия, но у нее есть существенное преимущество — высокая термостойкость.

В качестве наполнителей-антипиренов применяются галогеносодержащие соединения, в состав которых входят хлор или бром. Соединения с йодом слишком дороги, а со фтором — способствуют разрушению материала и оборудования. При горении эти вещества разлагаются и активно вступают в реакции с газообразными продуктами пиролиза полимера, связывая их и лишая пламя топлива. При этом уменьшается образование дыма и токсичных газов.

Бромосодержащие антипирены лучше и безопаснее, а хлоросодержащие — дешевле. Для увеличения эффективности галогеносодержащих антипиренов обычно используется триоксид сурьмы, который разлагается с выделением негорючих газов.

Весьма популярны антипирены на основе фосфора и его производных. Применяются красный фосфор, фосфаты аммония, неорганические и органические фосфаты, полифосфаты, фосфонаты и пр.

Защитное действие фосфоросодержащих антипиренов состоит в образовании на поверхности вспененной коксообразной корки. Если антипирен дополнительно содержит и галоген, то его эффективность возрастает за счет вывода горючих газов из реакции. Фосфоросодержащие добавки используются при изготовлении полиуретановых пен, полиэфиров, полиамидов, ПВХ, полистиролов, полиэтиленов.

В качестве антипиренов применяются также борная кислота, бура, Антипиренысульфат и хлорид аммония, меламин и его производные, силикаты натрия (жидкое стекло), борат и хлорид цинка, кремнийорганические соединения, вспенивающийся графит, соли молибдена и ванадия и многие другие.

Меламин и его производные в основном применяются при производстве полиуретановых и полиамидных пен и термопластов. При горении они разлагаются с большим поглощением тепла и выделением негорючих газов. К достоинствам этого типа добавок следует отнести невысокую стоимость, безопасность для окружающей среды и отсутствие коррозионного эффекта по отношению к оборудованию.

Борат цинка добавляют в ПВХ, полиолефины, полиамиды, эпоксидные смолы, эластомеры. Обычно его используют в смеси с оксидом сурьмы, красным фосфором или гидроокисью алюминия.

Кремнийорганические соединения и вспенивающийся графит при горении образуют на поверхности плотный защитный слой. Кремнийорганические антипирены обычно добавляют в полиуретаны, графит — в термо- и реактопласты.

Борная кислота, бура, силикаты натрия используются в качестве ингредиента в строительных смесях, для пропитки тканей и древесины.