Химические превращения в интумесцентной системе в присутствии монтмориллонита

Abstract

Вогнезахисні тонкоплівкові реактивні покриття є найпоширенішим у світовій практиці засобом протипожежного захисту будівельних конструкцій. Одним з шляхів вдосконалення інтумесцентних систем є модифікація монтморилонітом (ММТ) та іншими наноматеріалами, домішки яких підвищують вогнезахисну ефективність покриття традиційного складу: поліфосфат амонію (ПФА)-пентаеритрит (ПE)-меламін (MA). Розглянуто вплив домішок органомодифікованого ММТ (органоглина) на хімічні реакції, що відбуваються в системах ПФА-ПЕ-МА-співполімер етилену з вінілацетатом (ЕВА) при температурах 250 і 400 °С. МТТ, модифікований катіоном цетилтриметиламонію (ЦTA-MMT) використовували як органоглину. Контроль хімічних перетворень виконувався ІЧ-спектроскопічними дослідженнями продуктів термолізу системи ПФА -ПE-MA-EВA за наявності та відсутності ЦТА-ММТ. Ці результати дозволяють встановити загальні тенденції участі ЦТА-ММТ у процесах розпаду, а також основні напрямки позитивного впливу наноглини на вогнезахисну ефективність інтумесцентної системи: - каталіз процесів деструкції ПФА і, як наслідок, конденсація ПФА і ПЕ зі збереженням полімерної структури ПФА і утворенням більш термостійких структур коксового шару; - інгібування термічної деструкції співполімера ЕВА, що зменшує присутність в інтумесцентній системі горючих продуктів розпаду ЕВА. Ці висновки дозволяють рекомендувати внесення монтморилоніту, модифікованого четвертинними амонієвими катіонами, в рецептури інтумесцентних покриттів, як ефективну та екологічно чисту домішку.

Огнезащитное тонкопленочное реактивное покрытие является самым распространенным в мировой практике средством противопожарной защиты строительных конструкций. Одним из путей совершенствования интумесцентных систем является модификация монтмориллонита (ММТ) и других наноматериалов, примеси которых повышают огнезащитную эффективность покрытия традиционного состава: полифосфат аммония (ПФА)-пентаэритрит (ПE)-меламин (MA). Рассмотрено влияние примесей органомодифицированного ММТ (органоглина) на химические реакции, происходящие в системах ПФА-ПЭ-МА-сополимер этилена с винилацетатом (ЕВА) при температурах 250 и 400 °С. МТТ, модифицированный катионом цетилтриметиламмония (ЦTA-MMT) использовали в качестве органоглина. Контроль химических превращений выполнялся ИК-спектроскопическими исследованиями продуктов термолиза системы ПФА-ПЕ-МА-ЕВА при наличии и отсутствии ЦТА-ММТ. Эти результаты позволяют установить общие тенденции участия ЦТА-ММТ в процессах распада, а также основные направления положительного воздействия наноглины на огнезащитную эффективность интумесцентной системы: - катализ процессов деструкции ПФА и, как следствие, конденсация ПФА и ПЭ с сохранением полимерной структуры ПФА и образованием более термостойких структур коксового слоя; - ингибирование термической деструкции сополимера ЭВА, что уменьшает присутствие в интуместной системе горючих продуктов распада ЭВА. Эти выводы позволяют рекомендовать внесение монтмориллонита, модифицированного четвертичными аммониевыми катионами, в рецептуры интумесцентных покрытий, как эффективную и экологически чистую примесь.

Fire retardant thin-film intumescent coatings are the most common means of fire safety of building constructions in the world practice. One of the ways of intumescent systems improvement is their modification of montmorillonite (MMT) and other nanoclays, additives of which increase the efficiency of the fire-retardant intumescent coating having the conventional composition: ammonium polyphosphate (APP) - pentaerythritol (PE) – melamine (MA). In this paper the influence of additives of organomodified MMT (organoclay) on the chemical reactions that occur in the intumescent systems APP–PE–MA - ethylenevinyl acetate copolymer (EVA) at temperatures of 250 and 400 °C was considered. MMT modified cation cetyltrimethylammonium (CTA-MMT) was used as organoclay. The control of chemical transformations was performed by IR- spectroscopic studies of char products APP–PE–MA-EVA system in the presence and absence of the CTA-MMT after thermal effects. These results allow us to establish the general trends of CTA-MMT participation in intumescent processes, as well as the main directions of the positive contribution to the efficiency of the fire-retardant system APP–PE–MA -EVA: - сatalysis of APP degradation and, as result, condensation of both APP and PE retaining structure APP polymer and formation of a heat-resistant structures of char; - inhibition of thermal degradation of the EVA copolymer, that reduces the presence of combustible products of EVA disintegration in intumescent layer. These conclusions allow us to recommend the addition of montmorillonite modified with quaternary ammonium cations into the intumescent coating formulations as an effective and eco-friendly additive.