Композит на основе биочара, каолина и поливинилацетата демонстрирует значительное повышение пожарной безопасности.
Исследователи из Чонбукского национального университета (Республика Корея) совместно с японским коллегой М. Хасэгавой разработали бесгалогенное огнезащитное покрытие для древесины. Результаты работы опубликованы в журнале Progress in Organic Coatings.
Показатели эффективности
По данным испытаний на коническом калориметре, композитное покрытие продемонстрировало следующие результаты по сравнению с необработанной древесиной:
| Параметр | Покрытая древесина | Необработанная древесина | Изменение |
|---|---|---|---|
| Общее тепловыделение (THR) | 48,77 МДж/м² | 63,56 МДж/м² | −23% |
| Средняя скорость тепловыделения (HRR) | 80,82 кВт/м² | 100,65 кВт/м² | −20% |
| Скорость потери массы | 6,558 г/с·м² | 7,781 г/с·м² | −16% |
Выход углистого остатка при 800°C составил около 26%. Также зафиксировано снижение объёмной скорости дымообразования и температуры поверхности — важные параметры для безопасности эвакуации.
Состав и технология
Покрытие разработано на основе четырёх компонентов в метаноле:
-
Поливинилацетат (PVAc) — 15 вес.% (полимерная матрица);
-
Биочар — 0,5 вес.% (углеродный наполнитель из биомассы);
-
Каолин — 2 вес.% (минеральный наполнитель, повышает термостойкость);
-
Триметилсилилполифосфат (TMSP) — 3 вес.% (фосфорсодержащий антипирен).
Нанесение выполнено однослойным методом drop-casting с формированием плёнки толщиной около 0,6 мм.
Механизм действия
При тепловом воздействии покрытие формирует плотный углистый слой, который выступает физическим барьером для тепла и кислорода, замедляя пиролиз целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина — основных горючих компонентов древесины.
-
Фосфорсодержащий TMSP катализирует карбонизацию матрицы;
-
Биочар обеспечивает дополнительный углеродный «скелет»;
-
Каолин формирует керамическую составляющую, повышающую термостойкость барьера.
Контекст разработки
Авторы помещают исследование в контекст глобальной повестки углеродной нейтральности к 2050 году. Древесина как возобновляемый материал рассматривается одним из ключевых строительных материалов для устойчивого строительства. Однако высокая горючесть остаётся фундаментальным ограничением: по европейской классификации EN 13501-1 древесина относится к классу D.
Параллельно усиливается давление на галогенсодержащие антипирены, выделяющие при горении опасные газы и стойкие органические загрязнители (POPs). Это определяет глобальный тренд на разработку бесгалогенных альтернатив.
Новизна и прикладное значение
Индивидуальное использование биочара и каолина в огнезащитных системах уже описано в литературе. Новизна работы — в синергетическом сочетании всех четырёх компонентов в единой композитной системе с подтверждённым уровнем огнезащиты.
Для российского рынка материал представляет интерес как технический бенчмарк в активно развивающемся сегменте огнезащитных покрытий для древесины. Тренд на бесгалогенные системы остаётся одним из направлений R&D для специализированных производителей.