Что такое антипирены и где их применяют

Существует большое количество давно известных и вновь созданных препаратов, способных повысить огнезащиту дерева, пластмассы, тканей, металлов и других материалов. Общепринятое название для каждого представителя этой группы – антипирен.

Антипиренами могут быть вещества, абсолютно разные по природе и механизму действия. Общее между ними лишь то, что они препятствуют горению, снижая вероятность возникновения пожара.

Определение и свойства

Слово «антипирен» состоит из двух греческих корней, означающих «против» и «огонь». Главная задача антипиренов – исключить возгорание или подавить уже начавшийся процесс.

Воздействие на материал может быть классическим физическим, обычным химическим или включать в себя элементы обоих видов явлений. Добавки работают как в газовой, так и в других фазах, что определяется спецификой обрабатываемого объекта и характеристиками самого средства.

Механизм действия

Горение – это быстро идущая реакция окисления, для осуществления которой нужна высокая температура и избыток кислорода. Процесс носит самостоятельно ускоряющийся характер из-за огромного количества выделяющейся теплоты.

Прекратить горение можно, если не допускать повышения температуры или закрыть доступ кислорода из воздуха.

Антипирены для древесины, других материалов могут состоять из одного компонента или сочетать несколько веществ.

Основное соединение поглощает избыток тепла, уменьшая термическое воздействие на субстрат; второй компонент может усиливать действие первого, выполнять функции синергиста. Существуют трехкомпонентные средства, в которых присутствует добавка, уменьшающая расход главных реагентов.

Высокую эффективность при пожарах проявляют вспучивающиеся средства, которые при нагревании многократно увеличиваются в объеме.

Такие антипирены покрывают застывшим пенным слоем поверхности металлических или деревянных конструкций, изолируют их от термического действия, перекрывают доступ кислорода.

В зависимости от агрегатного состояния к продаже предлагаются антипирены в виде порошков, таблеток, однородных растворов, суспензий, гранул, аэрозолей.

Виды антипиренов

Несмотря на увеличивающееся количество новых составов, в мировой практике, по-прежнему, доминирует использование давно известных средств.

Примерно половину объема от общего производства антипиренов составляют неорганические соединения:

• гидроксиды магния, алюминия;
• полифосфат и сульфат аммония;
• бура;
• борная кислота;
• красный фосфор и другие вещества.

Свойства минеральных веществ, проявляющиеся в увеличении огнестойкости, объясняются хорошей адгезией, высокой температурой разложения, образованием в результате негорючих продуктов.

Например, гидроксид алюминия – антипирен образует после термического распада тугоплавкий оксид и пары воды. Оба компонента способствуют повышению огнестойкости.

Вода понижает температуру пламени, пар создает препятствие для доступа пламени к материалу. Оксид алюминия обладает большой термостойкостью, защищает субстрат от возгорания.

Аналогичным образом действуют остальные неорганические антипирены, многие соединения проявляют при этом действие антисептиков.

Остальные средства имеют синтетическую органическую природу. Среди них около 25 % общемирового объема составляют галогенсодержащие продукты, около 20 % — антипирены со связанным фосфором; в небольших количествах применяются азотсодержащая органика.

С присутствием галогенов и фосфора

Галогенпроизводные огнестойкие вещества содержат атомы брома или хлора, в большей или меньшей мере негативно влияют на окружающую среду.

В некоторых европейских странах в последние годы ввели запрет на использование препаратов с галогенами, что обусловлено обнаруженной возможностью превращения при высоких температурах в опасные канцерогены. Особенно ограничения касаются антипиренов, содержащих хлор.

В некоторых источниках можно увидеть доводы о безопасности применения бромсодержащей органики, по сравнению с хлорпроизводными соединениями.

Бромпроизводные обладают меньшей летучестью, разлагаются в небольшом диапазоне температурных значений, обеспечивают лучшую защиту, остаются часто используемым антипиренами, особенно, для полимеров.

Фосфорсодержащие органические представители антипиренов так же могут содержать атомы галогенов, в большинстве случаев относятся к эфирам и их производным.

Часть таких антипиренов при нагревании выделяет пары воды, понижающие температуру среды, превращается при этом в полифосфаты, защищающие материал от возгорания.

Другая фосфорсодержащая органика предотвращает горение при испарении и нейтрализации свободных радикалов пламени, аналогично влиянию галогенпроизводных препаратов.

Вещества нового поколения

Большую популярность набирают препараты нового поколения:

• вспучивающиеся вещества (интумесценты);
• нанокомпозиты полимерной природы;
• предшественники и аналоги керамики;
• легко расплавляющиеся стекла.

Представители интумесцентной группы относится к полностью безвредным веществам. При повышении температуры они увеличиваются в объеме, образуют застывшую пену, которая преграждает путь пламени.

Слой кокса не может перегреваться, пропускать кислород к материалу, горение исключается полностью. Примером таких средств является смесь полифосфата аммония и пентаэритрита, пентаборат аммония.

Все они образуют огнезащитные пенококсы. Среди нового поколения интумесцентов в качестве антипиреновой пропитки для дерева хорошо зарекомендовали себя окисленные крахмальные реагенты, известные под аббревиатурой ОКР, а также окисленные лигнины, обозначаемые как ОЛ.

Цена на экологически чистые антипирены для древесины и полимеров пока еще велика, по мере усовершенствования технологии их получения стоимость будет неуклонно уменьшаться.

Термостойкие нанокомпозиты антипиренового характера включают в полимерную матрицу мизерные частицы силикатов между слоями полимеров, поэтому они называются органически-модифицированными слоистыми силикатами, обозначаются как ОМСС.

Производство таких соединений впервые было запущено в Японии, в настоящее время метод внедрен на многих высокотехнологичных предприятиях.

Сферы применения

В связи с неуменьшающимся материальным ущербом от пожаров, большим количеством страдающих людей спрос на антипирены постоянно растет.

Гораздо проще провести обработку материалов и предупредить происшествия, чем проводить колоссальную работу другого рода по предотвращению пожаров.

Антипиреновые средства применяются по отношению ко всем материалам, как традиционным, так и недавно созданным.

Для дерева

В нашей стране по-прежнему широко используются древесные конструкции; композиты на основе древесины. Для обработки дерева применяется два основных приема:

• пропитка;
• нанесение покрытий.

В продаже имеется большой выбор пропитывающих растворов, которые могут не вымываться из дерева совсем, сниматься постепенно водой или растворителями с различной скоростью.

Чаще растворы антипиренов приготавливают на водной основе потому, что растворители сами по себе легко воспламеняются. Рассчитывать на полное их испарение из глубинных слоев древесины не всегда возможно.

Идеальный способ нанесения антипиренов – пропитка древесного сырья в производственных условиях на предприятиях, имеющих лицензию. Можно проводить обработку готовых изделий дома, но в труднодоступных местах это сделать сложно.

Наружные покрытия можно наносить в виде грунтовок, пастообразной массы, лакокрасочной продукции. Внешний вид дерева при этом маскируется. Кому-то декорирование поверхности нравится, другие предпочитают покупать древесный материал после пропитки в производственных условиях.

Для пластика

Актуальны проблемы снижения воспламеняемости, способности поддерживать горения пластмассовых материалов. Для пластика предназначено огромное количество антипиренов поверхностного нанесения или введения в технологический процесс производства.

Среди популярных средств известны следующие:

• галогенорганические препараты в отдельном виде;
• галогенорганические реагенты с добавлением веществ, усиливающих действие антипиренов (синергистов);
• фосфорсодержащие органические и минеральные вещества; гидроксиды металлов;
• меламиновая продукция;
• борат цинка;
• кремнийорганические вещества;
• вспенивающийся графит как интумесцент.

Все предлагаемые антипирены в обязательном порядке имеют сертификаты, в которых указаны характеристики, рекомендуемые для обработки материалы, условия применения и нанесения.

Качество средств должно соответствовать нормативным требованиям, обеспечение которых проверяется на основе общегосударственных стандартов.