Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Строительный текстиль


Нетканых, искусственных и композицион. материалов/Строительный текстиль/Проблемы создания огнестойких текстильных мембран строительного назначения

Проблемы создания огнестойких текстильных мембран строительного назначения

15 декабря 2008
Технический текстиль №18, 2008

Кузнецов Юрий Петрович

Мембрана - разделительная пленка, регулирующая однонаправленный транспорт вещества из одной зоны в другую. Строительная мембрана пропускает пар из зоны избыточного парового давления, но задерживает воду из зоны с избыточным водяным давлением.

Современные технологии строительства уже невозможно представить без защитных мембран с диффузионными свойствами, которые применяются при устройстве скатной кровли и вентилируемых фасадов. Мембраны защищают утеплитель от проникновения атмосферной влаги и обеспечивают в то же время высокую диффузию водяных паров. При этом крайне актуальной является задача обеспечения пожарной безопасности фасадных и кровельных материалов.

Виды защитных мембран 


Основными составляющими строительной теплоизоляционной системы являются утеплитель, защитная мембрана и кровельный или отделочный фасадный материал. Следует подчеркнуть значение мембраны для теплозащиты: если в утеплителе будет регулярно конденсироваться пар, то утеплитель быстро потеряет свои теплоизоляционные свойства.

Одним из наиболее распространенных видов подобных мембран являются нетканые или тканые текстильные полотна на основе синтетических волокон - в основном полиэтиленовых или полипропиленовых.

Строительные мембраны применяются в целях:

  • пароизоляции утеплителя;
  • гидроизоляции кровли, стен, перекрытий;
  • влагоизоляции утеплителя от конденсата;
  • ветрозащиты кровли и стен здания.

По основным потребительским свойствам защитные строительные мембраны от разных производителей мало отличаются друг от друга; существенные различия между ними наблюдаются только по значению давления водяного столба, при котором материал в течение 10 минут не пропускает воду. Более строгим аналогом этого показателя является понятие «водопроницаемость». Однако термин «водяной столб» более нагляден, чем «водонепроницаемость», а его значение можно сопоставить с известным давлением падающих на  внешнюю сторону кровельных мембран капель воды, которое при небольшом дожде составляет около 2000, а при ливне - 4000 мм вод. ст.

Огнеопасность мембран

Конструкция кровли и вентилируемых фасадов требует наличия зазоров между утеплителем и отделочным материалом, в результате чего в конструкции создается некое подобие аэродинамической трубы.  Кроме того, в ветреную погоду на конструкции здания воздействуют воздушные потоки с большими перепадами давления. Поэтому, при возгорании мембраны (например, от искры, возникающей при проведении сварочных работ) по мембране происходит перенос огня к местам, где находятся горючие материалы, причем в такой системе скорость распространения огня будет особенно высокой. В результате сгорает не только мембрана: в лучшем случае перестает существовать вся система теплоизоляции, которую придется полностью демонтировать, а в худшем - сгорит вся конструкция. Такие случаи известны. Поэтому особенно важным для оценки опасности возгорания всей конструкции (кроме горючести и воспламеняемости) является показатель группы распространения пламени (РП). Таким образом, к трем свойствам мембраны: пароизоляция + влагоизоляция + гидроизоляция - настоятельно требуется добавить + огнестойкость.

Пути решений: наполнение или пропитка?   Наполнение


За рубежом  проблемой огнестойкости технического текстиля наиболее активно занимаются фирмы   Ciba  (огнезащитные добавки в волокнообразующие полимеры в виде солей меламина) и Clariant. Известны такие марки антипиренов и ретардантов, как  ExolitSpinflam MF, Dechlorane+. Обычно это смеси синергетиков (декбромдифенилоксид, окись сурьмы, пентаэритрит, соли меламина, фосфаты и др.) на основе полисульфата аммония, полиспиртов и гидроксида алюминия и др. Поскольку строительная мембрана производится методом экструзии из расплава, то логично наполнять антипиренами полимерную основу. При этом наполнители не влияют на основные свойства мембраны. Нам известны образцы супердиффузионных мембран с пониженной горючестью. Известны и цены за такое усовершенствование.

Пропитка

Пропиточными составами за рубежом занимается фирма  Huntsman (огнезащитные пропиточные составы для нетканых полотен), Ciba, а в нашей стране - Институт химии растворов РАН  (пропиточные составы для технического текстиля), фирма  Норт, ОАО Ивхимпром. Направление их исследований - технический текстиль, в первую очередь для спецодежды, декоративных и обивочных материалов, обоев, портьерных тканей. Поскольку строительная мембрана - это все-таки текстильное изделие, то логично ее пропитывать и сушить. Нам известны строительные мембраны на основе нетканого материала из смесевого штапельного вискозно-полипропиленового волокна, пропитанные таким образом. Но их  огнестойкость  недостаточна, скорее пропиточный состав проходил по классу замедлителей горения. Поэтому нельзя утверждать, что задачи создания огнестойких строительных мембран из текстильных полимерных материалов успешно решены.

Виды антипиренов

В настоящее время для защиты от возгорания мембран в состав полимерного материала, из которого они изготовлены, вводят антипирены - огнезащитные добавки на основе соединений фосфора, азота, углерода, галогенов, которые в различных комбинациях и состояниях (жидкость, порошок) способны существенно снизить класс огнеопасности текстиля. В результате материалы, содержащие антипирены, при высоких температурах (500°С и выше) без возгорания превращаются в негорючий кокс.  Кроме вопроса о совместимости и обеспечении прочного адгезионного взаимодействия антипиренов и основного полимера, также важен вопрос: наполнять ли предварительно материал мембран антипиренами, или же использовать жидкофазные огнезащитные составы для последующей пропитки или для нанесения на поверхность мембран?

Недостатком первого варианта является необходимость введения в основной полимер достаточно большого количества антипирена для эффективного проявления им огнезащитных свойств  (не менее 30 % масс.), что может негативно сказаться на физико-механических свойствах полимерных волокон, да  и нерентабельно с экономической точки зрения. При этом существуют ограничения по дисперсности вводимых в полимер частиц антипирена и по допустимой длительности пребывания термочувствительных компонентов в расплаве полимера в экструдере. Наконец, многие добавки, включая антипирены, склонны к миграции из готовых изделий, особенно изготовленных из полиэтилена и полипропилена.

Поэтому предпочтительнее пропитывать изделия жидкими составами, содержащими антипирен, если это полотно, или наносить их на поверхность изделий, если это кабельное покрытие или пенополистирольная теплоизоляция.  При производстве технического текстиля технология его пропитки содержащими антипирен составами используется уже давно. Правда, при этом возникают другие вопросы, например, как защитить подобные материалы от воздействия влажной среды, истирания, химчистки и т.д., поскольку в основном частицы антипирена закрепляются (сорбируются) на волокнах текстильного материала без образования химических связей. Кроме того, пока не решены проблемы выделения дыма и других токсичных продуктов при воздействии на материал мембран открытого пламени.

Причины нерешенности проблемы следующие:

  1. Многокомпонентность антипиренов. Помимо группы основных компонентов присутствует группа синергетиков. Для разных полимерных волокон - разные наборы. Требуется огромное количество человеко-часов только на то, чтобы ставить серии экспериментов. Нужны классные специалисты, чтобы не заблудиться в массивах результатов. Как видим, даже крупные корпорации не радуют нас достижениями.
  2. Противоречивость задач. Один наш клиент производит кабель из полиэтилена. Закупает дорогой состав антипиренов в Израиле. А через месяц в полиэтилене ничего уже нет. Опять эмиграция. Очень просил нас придумать какую-нибудь обмазку на кабель. Но здесь другое противоречие: плохая адгезия любого покрытия к полиэтилену. Нужны специальные приемы нанесения защитного состава. А если просто ввести адгезионный компонент - пропадут огнезащитные свойства. Что делать - пирохимия чувствительна к деталям.
  3. Наука и бизнес. Еще одно противоречие - между бизнесом и наукой.  Исследователи должны в экспериментах «вытоптать полянку», то есть изучить все комбинации во всех пропорциях, чтобы быть уверенными, что ничего не упустили, а бизнес не может ждать идеального результата. Вот и выводятся на рынок недоделанные продукты.

Компания   Аяском  занимается оптовой продажей подобных мембран и, начиная с 2004 г., ищет пути решения проблемы повышения их огнестойкости, создав с этой целью специальную научно-исследовательскую лабораторию.

Новая пропитка

В результате многих экспериментов был создан огнезащитный состав, который показал свою эффективность на металлоконструкциях, древесине, различных пластиках и кабельной изоляции.  Интересно, что синергетиком в большинстве случаев является сам защищаемый полимер - полиэтилен, полипропилен, ПВХ, бутадиен-стирольный латекс.  При воздействии пламени они образуют с огнестойким составом единую коксующуюся систему, которая не горит и не выделяет дыма и токсичных продуктов.

Интересно также, что за основу нового текстильного антипирена  взят продукт, который в нашей лаборатории научились делать лучше всех в мире, но долго не могли найти области его применения. Это водная дисперсия густосетчатых аминопластов. Дисперсия производится на основе процессов коллоидной химии, частицы имеют крайне малые размеры - порядка 10 нанометров. Полимер дисперсии может быть модифицирован различными функциональными группами.

Нанесение гидрофильного на гидрофобное

Однако противоречивость задачи и нам затрудняла поиски решения. Материал мембраны - гидрофобный. Для паропроницаемости и влагозащиты - это плюс. Пропитка - на водной основе. Она заполняет пространство между нитями волокна и там полимеризуется. Но она гидрофильная - это минус. Введение гидрофобизатора снижает огнестойкость. Было найдено решение задачи: пропитывать нетканый материал с одной стороны. При этом гидрофобность полипропиленового волокна играет на качество пропитки: даже при максимальном давлении накатного вала пропиточной машины пропиточный состав не проницает мембрану насквозь. Противоположная сторона остается сухой и гидрофобной.

Дополнительный плюс: гидрофильная сторона в готовой мембране работает как поглотитель конденсата пара, не позволяя влаге осаждаться на утеплителе. То есть усиливается свойство влагозащиты. Были выявлены и другие плюсы. Например, термостойкость полипропиленового волокна значительно увеличилась. За пять минут пребывания в сушильной камере при 160 градусах материал не деформировался и не плавился. Потому что при высокой температуре полимер пропитки менее пластичен, чем полипропилен, и он армирует полипропиленовое волокно, удерживая мембрану от деформации. Разные свойства сторон мембраны открывают возможности ее клеевого дублирования и триплирования с другими текстильными материалами.

С целью проверки эффективности нового состава было принято решение о пропитке им стандартных отечественных полимерных мембран (кровельной и стеновой защитной). Испытания полученной в результате этого новой мембраны марки  Изолтекс АФ, проведенные в ЗАО ЦСИ  Огнестойкость-ЦНИИСК,  показали, что пропитанная мембрана имеет улучшенные пожарно-технические характеристики:


Температура дымовых газов, °С ...........................................................130
Время самостоятельного горения, с .......................................отсутствует
Время воспламенения образца, с  .........................................................22
Критическое время воспламенения, с ....................................................22
Длина распространения пламени, мм/% ...........................................11/10
Плотность теплового потока (ТП), кВт/м2 ...............................................11
Критическая плотность ТП, кВт/м2  .........................................................20
Группа горючести (по ГОСТ 30244-94) ...................................................Г1
Группа воспламеняемости (по ГОСТ 30402-96) ....................................В2
Группа распространения пламени (по ГОСТ 30444-97) .....................РП1

Что означают эти показатели?

 
Новая мембрана не вносит своего вклада в повышение температуры горения и воспламеняется только при сильном жаре пламени, но пламя не распространяет: показатель «длина распространения пламени» всего лишь обозначает повреждение (оплавление, вспучивание, коксование) мембраны под огнем.  
  • Горючесть группы «Г1» означает, что во время пожара мембрана не будет гореть. Она не внесет своего вклада в повышение общей температуры пламени, хотя и потеряет 20...30% массы.
  • Группа воспламеняемости В2 говорит о том, что мембрана не воспламенится даже на близком расстоянии от огня.
  • Наконец, группа распространения пламени РП1 означает, что искра при сварочных работах, попав на поверхность материала, погаснет, а огонь, дойдя до такой мембраны, распространяться дальше не будет.

Таким образом, применение огнестойкой диффузионной мембраны позволит решить комплекс проблем пожарной безопасности кровельной конструкции. При этом стоимость отечественной огнестойкой мембраны сопоставима со стоимостью мембран известных зарубежных марок, которые такими свойствами не обладают.

ПРИМЕЧАНИЯ

 

Журнальный вариант доклада, зачитанного авторами на III Международном симпозиуме «Технический текстиль: мировой опыт и российские перспективы».

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ