Исследование после пожара обугленных остатков лакокрасочных покрытий

Лакокрасочными покрытиями называются покрытия, полученные нанесением лакокрасочного материла (ЛКМ) на окрашиваемую поверхность с последующим формированием пленки.

Лакокрасочные покрытия (ЛКП) предназначены для антикоррозионной защиты изделий, увеличения атмосферостойкости, придания декоративного вида. Они используются на транспорте, в быту, строительстве, промышленности.

ЛКМ — это композиции, способные обеспечить формирование покрытий с заданными свойствами. Основные компоненты ЛКМ, обеспечивающие формирование пленки – пленкообразователи (или пленкообразующие вещества), представляют собой вещества способные в результате физических, химических или физико-химических превращений формировать на различных поверхностях пленку. Большинство плёнкообразующих веществ – олигомеры, полимеры или их композиции способны к реакциям поликонденсации или полимеризации, то есть имеют в своей структуре реакционно-способные группы.

Помимо пленкообразователя ЛКМ содержат различные низкомолекулярные добавки, как органической, так и неорганической природы. К органическим добавкам относятся пластификаторы, красители, многие стабилизаторы, к неорганическим – пигменты, наполнители и т.п.

В настоящее время ассортимент ЛКМ огромен. В зависимости от состава и назначения ЛКМ подразделяют на лаки, эмали, грунтовки и шпатлевки.

Лаки – растворы плёнкообразующих веществ в органических растворителях или воде. Они служат для получения прозрачных покрытий или нанесения поверхностного слоя по слою эмали для увеличения блеска покрытия.

Грунтовки, шпатлёвки и краски представляют собой суспензии пигментов и наполнителей в лаках и олифах. Они могут содержать различные добавки – пластификаторы, сиккативы, отвердители, стабилизаторы и эмульгаторы. Краски, изготовленные на лаках, называют эмалевыми красками или эмалями, а изготовленные на олифе – масляными красками.

Обычно ЛКМ классифицируют по виду пленкообразователя, за счет которого на окрашиваемой поверхности создается прочно сцепленное с подложкой покрытие, обладающие определёнными механическими и физико-химическими свойствами. Рассмотрим основные виды лакокрасочных материалов.

Масляные лаки и эмали готовят на основе природных смол (эфиры, канифоли, янтарь и др.) или растительных высыхающих масел (льняное, конопляное и т. д.). Для окисления и полимеризации масляной основы в состав этих материалов вводят сиккативы - катализаторы окислительной полимеризации.

Защитные и декоративные свойства покрытий из масляных лаков и эмалей зависят от вида и количества масляной основы. С повышением количества масла улучшается эластичность и атмосферостойкость пленок, но ухудшается глянец и снижается их твердость. Масляные лаки и эмали отличаются атмосферостойкостью и могу быть в отдельных случаях применены для защиты металлического оборудования, не подвергающегося воздействию агрессивных сред. К недостаткам таких покрытий следует отнести длительность высыхания, пониженную химическую стойкость, сравнительно быстрое старение, высокую водонабухаемость и недостаточную механическую прочность.

ЛКМ, состоящие из битумов или битумов в сочетании со смолами и растительными маслами. К ним относится каменноугольный лак, называемый также кузбасслаком и представляющий собой раствор в сольвенте каменноугольного пека.

Мочевино- и меламиноалкидные ЛКМ производятся на основе алкидной смолы и предварительно этерифицированной бутиловым спиртом мочевино- или меламиноформальдегидной смолы. Покрытия на основе мочевино- и меламиноалкидных смол отличаются: стойкостью к действию бензина, минерального масла, слабых растворов кислот и щелочей, моющих средств; светостойкостью; высокой твёрдостью, блеском и хорошим декоративным видом.

Недостатком покрытия на основе мочевино- и меламиноформальдегидных смол является хрупкость и слабая адгезия к металлу, поэтому их применяют в сочетании с алкидными или реже с пластифицирующими эпоксидными, акриловыми и другими смолами.

Меламиноалкидные ЛКМ образуют покрытия, значительно превосходящие по качеству покрытия на основе мочевиноалкидных смол: они обладают хорошей атмосферостойкостью, лучшим блеском и розливом, стойкостью к действию слабых щелочей и мыльного раствора, более высокой стойкостью к изменению цвета при нагревании до 140- 175 ^оС.

Широкое распространение получили ЛКМ на основе эпоксидных смол. Они обладают хорошей адгезией к металлу, дереву и некоторым другим материалам, высокой твёрдостью, эластичностью и химической стойкостью. Для улучшения водо- и химической стойкости покрытий и снижения стоимости эпоксидных лакокрасочных материалов их модифицируют также этинолевым лаком. Покрытия на основе эпоксидных смол и этинолевого лака химически стойки. Для получения защитных покрытий всё большее применение находят ЛКМ на основе продуктов совмещения эпоксидных смол с различными битумами.

Нитроцеллюлозные лаки и эмали. Нитролаки представляют собой раствор нитроцеллюлозы (коллоксилина) в растворителе. Покрытия на основе нитрата целлюлозы отличаются твёрдостью, эластичностью, атмосферо-, бензо- и маслостойкостью, быстро высыхают в естественных условиях. Недостатками их является слабая адгезия к металлам, невысокая стойкость к действию тепла и ультрафиолетовых лучей, а также лёгкая воспламеняемость самих лакокрасочных материалов. Покрытия из нитроэмалей стойки к действию температур в пределах от -40 до +60 ^оС; при температуре выше 90-100 ^оС они разрушаются и могут самовозгораться.

Фенолоформальдегидные смолы представляют собой продукты поликонденсации фенола с формальдегидом. В зависимости от соотношения исходных компонентов, применяемого катализатора (щелочного или кислотного), условий проведения реакции и наличия модифицирующих добавок получают смолы с различными свойствами (термопластичные (новолачные) или терморективные (резольные)).

Из лакокрасочных материалов на основе резольных фенолоформальдегидных смол получил применения бакелитовый лак ЛБС-1. Достоинством покрытий на основе бакелитовых лаков является их высокая твёрдость, стойкость к воздействию воды, нефтепродуктов, минеральных кислот, растворов солей, органических растворителей, повышенной температуре (до 160 ^оС). Однако в качестве лакокрасочных материалов они находят ограниченное применение из-за хрупкости получаемой плёнки, слабой адгезии и неустойчивости к механическим воздействиям, которая объясняется высокими внутренними напряжениями в покрытии.

Для противокоррозионных покрытий можно использовать различные синтетические каучуки, а также продукты их химических превращений, хорошо растворимых в органических растворителях и способные легко наноситься на поверхность: жидкий наирит, жидкий тиокол, хлоркаучук, циклокаучук.

Полиуретаны – продукты взаимодействия полиспиртов с полиизоцианатам. При работе с полиуретановыми лакокрасочными материалами необходимо строго соблюдать правила техники безопасности, так как эти материалы вредно действуют на органы дыхания и кожный покров. Покрытия на основе полиуретанов, обладая очень хорошей адгезией к металлическим и не металлическим поверхностям, характеризуются высокими механическими показателями: стойкостью к истиранию, твердостью и эластичностью. Они отличаются атмосферостойкостью, стойкостью к маслам и растворителям, водостойкостью, газонепроницаемостью и высокими диэлектрическими свойствами Полиуретаны как пленкообразующие для лакокрасочных материалов находят все большее применение. Это обуславливается высокими физико-механическими показателями и защитными свойствами полиуретановых покрытий, а также намечающейся тенденцией к снижению стоимости исходных изоцианатов.

Алкидные лаки и эмали. К алкидным относятся глифталевые и пентафталевые смолы, получаемые взаимодействием соответственно глицерина (трехатомный спирт) или пентаэритрита (четырехатомный спирт) с фталевым ангидридом.

Алкидные лаки готовят растворением смол в растворителях, а эмали представляют собой суспензии пигментов в алкидных лаках, модифицированных добавлением растительных масел. Покрытия на основе алкидных смол обладают высокой атмосферостойкостью, эластичностью, хорошей адгезией к окрашиваемой поверхности. К недостаткам их можно отнести высокую продолжительность сушки при нормальной температуре, недостаточную водо- и химическую стойкость. При повышенной температуре сушки атмосферостойкость алкидных покрытий значительно повышается. Высыхание алкидных эмалей слагается из испарения растворителя и дальнейшей поликонденсации смол с образованием необратимой пленки. Эластичность и атмосферостойкость алкидных эмалей зависит от количества вводимого в их состав растительного масла - чем оно больше, тем выше эластичность, но ниже твердость, хуже глянец и щелочестойкость.

Алкидно-стирольные эмали изготавливают на основе алкидно-стирольной смолы - продукта сополимеризации стирола и алкидной смолы с добавлением пластификаторов и сиккатива. ЛКП на основе акриловых сополимеров отличаются высокой атмосферо- и светостойкостью. Эти покрытия эластичны, стойки к удару, имеют хорошую адгезию к окрашиваемой поверхности.

Алкидно-стирольные эмали обладают хорошей адгезией по отношению к металлам и дереву. Покрытия из этих эмалей стойки к воздействию нефтепродуктов, слабым щелочам и солевым растворам; температуроустойчивость эмалей до 80 °С.

Поливинилацетатные эмали готовят на основе поливинилацеталей с введением феноло- или меламиноформальдегидных смол для получения в процессе горячей сушки необратимых покрытий. В их состав иногда входит пластифицирующая невысыхающая алкидная смола. Покрытия обладают хорошей адгезией к черным и цветным металлам, электроизоляционными свойствами, стойкостью к действию воды, пара, высоких и низких температур. Они особенно стойки к действию бензина, минеральных масел и других нефтепродуктов.

Эмали на основе полимеров и сополимеров винилхлорида. В промышленности изготавливаются поливинилхлоридные лаковые смолы средней вязкости ПСХ-ЛС и низкой вязкости ПСХ-ЛН. Эмали этого типа, обладая хорошими защитными свойствами, имеют ряд недостатков: пониженную адгезию, особенно в первый период после нанесения, низкую термостойкость, недостаточную светостойкость.

На подготовленную окрашиваемую поверхность первыми наносятся грунтовки, и они являются связующим слоем между металлом (деревом) и последующими слоями ЛКП, поэтому они должны обеспечивать прочное сцепление грунтовки с металлом и грунтовки с эмалью. Толщина грунтовочного слоя составляет 15-20 мкм. Пигменты, входящие в состав грунтовок, предназначены для выполнения различных функций: в одном случае они пассивируют металл (анодный процесс), в другом - катодно защищают его, в третьем - способствуют образованию на поверхности металла труднорастворимых соединений, в четвертом - затрудняют диффузию через покрытия коррозионноактивных агентов, а в пятом - ослабляют термическую и фотодеструкцию полимерного покрытия. Один и тот же пигмент в ряде случаев выполняет различные функции.

Шпатлевки служат для устранения и выравнивания дефектов окрашиваемой поверхности. Шпатлевки представляют собой пастообразный материал, состоящий из лака (олифы), пигментов и наполнителя, обычно мела.

В последнее время все большую популярность приобретают водорастворимые ЛКМ. Это обусловлено необходимостью защиты окружающей среды от вредных выбросов в атмосферу и водные бассейны, сокращения расходов пищевых масел для промышленных целей, экономии нефти и нефтепродуктов. Основой таких ЛКМ являются водорастворимые смолы. Большинство распространенных пленкообразователей (алкидные, эпоксидные, полиуретановые, акриловые и другие смолы) в настоящее время имеют водорастворимые аналоги.

Все большее распространение получают сегодня и порошковые краски. Быстрый рост выпуска и потребления этого вида ЛКМ обусловлен тем, что они имеют ряд преимуществ: улучшаются условия труда, отсутствуют токсичные растворители, стабильность при транспортировании и хранении.

Порошковые краски по типу пленкообразователя подразделяются на термопластичные и термореактивные. Наносятся они газопламенным методом, в псевдосжиженном (вихревом) слое, в электрическом поле и плазменным методом. Промышленностью выпускаются порошковые ЛКМ на основе эпоксидных смол, поливинилбутираля, поливинилхлорида, акрилатных смол и полиэтилена высокого давления.

Изучение обугленных остатков ЛКП при выявления очаговых признаков позволяет получать информацию об относительно низкотемпературных зонах (от 150-200 до 500 °С), которая существенно дополняет данные о более высокотемпературных зонах полученные, например, при исследовании неорганических строительных материалов, окалины со сталей и т.п. Поэтому исследование покрытий на основе неводных растворителей предпочтительно проводить в комплексе с методами исследования негорючих конструкционных и отделочных материалов, используя его для получения дополнительной информации уточняющей данные других методик.

Покрытия из воднодисперсионных красок деструктируют в более широком интервале температур - от 200-250 до 850-900 °С, поэтому они могут быть самостоятельным объектом исследования при выявлении очага пожара.

В настоящее время разработанные методики изучения обугленных остатков ЛКП позволяют исследовать все наиболее распространенные типы покрытий, в том числе масляных, алкидных (пентафталевых, глифталевых), нитроцеллюлозных, их композиций, а также основных разновидностей покрытий из воднодисперсионных красок.

В первую очередь при расследовании пожара информацию эксперту может дать внешний вид ЛКП стен, потолков, других конструктивных элементов зданий, а также машин, механизмов и т.п. Исследование состояния ЛКП помогает в решении вопросов о месте возникновения пожара и путях распространения горения. При осмотре ЛКП фиксируется как степень его термического поражения, так и наличие мест полного выгорания его слоя.

Под воздействием высоких температур на ЛКП сначала наблюдается их потемнение, вызванное образованием карбонизованных структур органической части покрытия. Этот процесс наблюдается в области температур до 400-450°С с увеличением температуры образование карбонизованного остатка завершается, последний начинает выгорать и покрытие постепенно бледнеет. В качестве красителей в ЛКМ применяются обычно неорганические соединения устойчивые при высоких температурах. Поэтому при выгорании карбонизованных структур очень часто ЛКП возвращаются к своему исходному цвету.

В качестве количественного критерия степени отклонения цвета ЛКП в процессе нагревания от исходного может использоваться, например, отношение D/D_o, в котором D и D_o - оптические плотности спектров отражения термообработанного и исходного покрытия при длине волны 520 нм. Чем выше это отношение, тем темнее покрытие.

Степень и скорость изменения цвета, как и температура начала процесса термического разложения покрытия, зависят от типа пленкообразователя ЛКП. В таблице 5 приведены данные по изменению цветности некоторых типов ЛКП. Данные об изменении цвета можно использовать для предварительной ориентировочной оценки степени термического поражения ЛКП и температуры нагрева конструкций. Для более точной оценки пробы остатков ЛКП изъятые с места пожара необходимо исследовать в лаборатории аналитическими методами.

Таблица 5

Дата добавления: 2014-11-29