Развитие сфер применения строительных материалов и изделий из древесины делает необходимым применение защитных средств от горения и грибковых инфекций.

Основным биологическим фактором разрушения древесины и изготовленных из неё строительных конструкций и материалов, подвергающихся воздействию факторов окружающей среды, является развитие грибковых инфекций и плесневелых спор. Жизнедеятельность грибковых инфекций и плесневелых спор не только снижает прочностные характеристики конструкций и их внешний вид, но и повышает риск развития различных заболеваний у людей.

В качестве биозащиты на практике применяются испытанные антисептики на основе фтористого натрия, соединений хрома и других веществ, которые являются токсичными для человека, что требует соблюдения особых условий при их приготовлении и применении.

Большой вред человечеству и окружающей среде наносят пожары, сопровождающиеся выделением огромного количества дыма и токсичных газов. Выделяющиеся при пожарах диоксид углерода и оксиды азота также способствуют парниковому эффекту, который приводит к всеобщему потеплению климата на планете. В связи с этим вопросы огнезащиты сооружений, конструкций и материалов различной природы, включая дерево, являются особенно актуальными.

Наиболее привлекательны с потребительской и практической точек зрения средства защиты, которые обладают комбинированным защитным действием и одновременно позволяют защищать строительные конструкции от действия огня и жизнедеятельности микроорганизмов и спор.

Комплексные препараты содержат в качестве компонентов как антисептики, так и антипирены. Меняя их соотношение можно моделировать необходимые свойства препарата. Группа водорастворимых защитных средств наиболее многочисленна, так как отличается сравнительной дешевизной. К ней относятся однородные вещества и их смеси, вводимые в древесину в виде водных растворов или наносимые на поверхность материалов в виде паст, состоящих из порошка водорастворимого защитного средства и клеящего вещества. По направленности действия они могут быть и антисептиками, и антипиренами, и комплексными препаратами. Недостаток всех водорастворимых препаратов в том, что при пропитке ими древесина разбухает, а при сушке может растрескиваться.

В настоящее время на рынке представлен широкий спектр огнезащитных и биозащитных средств для древесины, в основе которых содержатся как органические, так и неорганические соединения, а также их смеси. В их число входят различные пропитки, пасты, краски, лаки .

Одним из наиболее перспективных способов огнезащиты являются огнезащитные краски на основе жидкого стекла. Эффективность использования жидкого стекла обусловлена его доступностью, безопасностью и негорючестью. Силикатные покрытия обладают рядом преимуществ, таких как долговечность, экологичность, высокая паропроницаемость, устойчивость к действию ультрафиолетовых лучей, отсутствие запаха, препятствие к развитию микроорганизмов .

Защитные составы должны быть экологичны и технологичны, позволять избегать глубокую и дорогостоящую пропитку, требующего сложного оборудования, и заменять её простым нанесением защитного состава на поверхность строительной конструкции.

Наряду с экологической безопасностью и огнезащитной эффективностью, такие защитные средства должны обладать высокой биоцидной активностью, быть химически стойкими, хорошо проникать в структуру древесины, не иметь неприятного запаха.

Срок службы строительных конструкций, защищённой различного рода покрытиями, определяется типом пленкообразующего, его способности противостоять атмосферным воздействиям (солнечный свет, перепады температур, кислотные дожди, жизнедеятельность микроорганизмов и спор и т. д.). К тому же, современные требования ориентированные на «зеленые» природо- и ресурсосберегающие технологии, приоритетными делают технические решения, не оказывающие негативное влияние на окружающую среду.

Целью данной работы является разработка нового средства защиты древесины комплексного действия на водной основе с использованием экологически безопасных минеральных материалов.

Защитный состав получен в виде водной суспензии без использования органических растворителей по простой технологической схеме, исключающей стадии выделения, очистки конечных продуктов, образования отходов.

В качестве объекта исследования выступает жидкостекольная композиция, полученная на основе натриевого жидкого стекла с силикатным модулем 2,9–3,1 и дополнительно введенными неорганическими компонентами в следующем соотношении:

— мелкодисперная кальций-магний содержащая негашеная известь — 4–9 %;

— золь-силикатный гель — 7–12 %;

— фосфорная кислота — 3–4 %.

Таблица 1

Испытанные составы жидкостекольные композиции

Древесный материал, обработанный защитным составом жидкостекольной композиции, подвергался испытанию на огнестойкость.

Огнезащитную эффективность опытных составов определяли путём оценки потери массы образцов древесины обработанных защитным составом в соответствии с ГОСТ 16363–98.

Жидкое стекло обладает способностью к вспучиванию при нагреве, что предопределяет его как потенциально эффективный пленкообразующий компонент огнезащитного покрытия. При температурах свыше 200 °С жидкое стекло образует твердую пену, которая является барьером для распространения огня и защитой поверхности материала. Введение в состав жидкостекольной композиции дополнительных компонентов, выполняющих функцию антипирена, позволяет улучшить огнезащитные свойства краски. Экономически более выгодно использовать минеральные антипирены. Испытания огнезащитной эффективности исследуемых силикатных композиций проводили в испытательной пожарной лаборатории на установке «керамическая труба». Образцы древесины перед нанесением покрытия выдерживали в эксикаторе с насыщенным раствором жидкостекольной композиции при температуре (23±5) °С до постоянной массы. Испытания проводили на образцах прямоугольной формы 30×60×150 мм согласно ГОСТ Р 53292–2009 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Методы испытаний». Образец держали в пламени горелки в течение 2 мин, после чего подачу газа в горелку прекращали.

По результатам исследования установлено следующее. Покрытие жидкостекольной композицией обеспечивает первую группу огнезащитной эффективности применительно к деревянным поверхностям, что подтверждается низкими потерями массы после испытаний в огневой трубе. Это способствует получению плотной пены, которая создает поверхностный защитный барьер действию пламени, затрудняет диффузию горючих газов. При воздействии пламени газовой горелки на образец древесины с силикатной композицией наблюдается вспучивание покрытия, отсутствуют признаки воспламенения и самостоятельного горения.

Из результатов испытаний следует, что предлагаемому средству защиты древесины можно присвоить первую группу огнезащитной эффективности. После испытания на водостойкость показатели убыли массы испытуемых образцов изменялись не существенно, подтверждая гидролитическую устойчивость древесины с огне-биозащитным покрытием, что позволяет говорить о длительности срока службы защитного покрытия. Наилучшие результаты испытаний показали композиционные составы № 3, № 4, № 5, № 6, что объясняется большей концентрацией активных компонентов.

Таблица 2

Технические показатели средств комплексной защиты древесины

Результаты проведенных исследований имеют практическое значение, так как расширяют сырьевую базу защитных составов за счет привлечения доступного и недорогого природного сырья. Силикатные композиции обеспечивают прочное химическое соединение с основанием и обладают рядом преимуществ.

Предлагаемое техническое решение обладает рядом универсальных характеристик и позволяет расширить перечень экологически безопасных огне- и биозащитных средств для древесины.

Представленные исследования и технические свойства предлагаемых жидкостекольных композиций позволяют рекомендовать их применение в качестве комплексного средства для огне- и биозащиты строительных конструкций из древесины, в зданиях и сооружениях различного функционального назначения.

Литература:

1. Войтович В. А., Спирин Г. В. Биоциды и биоцидные мате риалы для защиты изделий из древесины //Строительные материалы. 2006. № 12. С. 35–38.
2. Ерин А. А., Арушонок Ю. Ю. Способы защиты древесины от горения и гниения /В сборнике: Потенциал интеллектуально одаренной молодежи — развитию науки и образования. Материалы VI Международного научного форума молодых ученых, студентов и школьников. Под общей редакцией Д. П. Ануфриева. 2017. С. 505–508.
3. Газизов А. М., Еникеев М. И. Огнестойкость древесины. Огнезащита древесины // Матер. II международ. науч.-практ. конф., посвящённой всемирному дню гражданской обороны. М.: АГПС МЧС России, 2018. С. 100–103.
4. Айлер Р. Химия кремнезёма. В2т.М.;Мир,1982.
5. Корнеев В. И., Данилов В. В. Производство и применения растворимого стекла. Л.: Стройиздат,1991,176 с.
6. Разговоров П. Б. Создание неорганических композиций на основе модифицированных водорастворимых силикатов. /Изв. вузов. Химия и хим.технология -2012; Т. 55 — Вып.10.С.3–12 .