XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Исследование адгезии краски по огнеупорному составу на деревянной поверхности

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Маметова А.М. 1

---

1МАОУ "СОШ № 4" г. Арамиль Свердловской области

Негатина В.С. 1

---

1МАОУ "СОШ № 4" г. Арамиль, Свердловской области

Работа в формате PDF

1.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Огнеупорные вещества — это материалы, способные выдерживать высокие температуры без разрушения или значительных изменений в своих физических и химических свойствах. Они широко используются в различных отраслях, таких как металлургия, производство керамики, строительство и теплоизоляция. Огнеупорные вещества играют важную роль в обеспечении безопасности и эффективности производства в условиях высоких температур. Вечером 22 марта несколько человек в камуфляже начали стрельбу в концертном зале «Крокус Сити Холл» в Подмосковье. В здании произошел взрыв и начался пожар.

«Крыша обвалилась уже около шести часов после того, как начался пожар. То есть здание, во-первых, устояло. Во-вторых, там есть помещения, которые вообще не повреждены огнем, — это значит, что огнезащита сработала максимально. То есть холл, фойе, там, где музей Муслима Магомаева, его личные вещи все остались нетронутыми, гримерки сохранились. Сгорел только зал, непосредственно который был подожжен», — ответил Эмин Агаларов, сын владельца Crocus Group, на вопрос, касающийся огнеупорных веществ, в интервью телеканала РБК. Огнезащита — это комплекс технических мероприятий, направленных на повышение огнестойкости и (или) снижение пожарной опасности зданий, сооружений, строительных конструкций. Для должного обеспечения огнезащиты существуют регулирующие нормативы, о которых из 100 опрошенных человек имеют представление только 60%.

Рис.1. Статистика опрошенных (1).

В наше время возводится множество зданий, которые также должны соответствовать нормативам регулирующих пожарную безопасность общественных мест и прочих построек. Это не проходит мимо нас и наших соседей, которые желают сделать пристройку к дому или отдельную постройку, но из опрошенных было выявлено, что только трое знают, какие материалы обрабатываются огнеупорами.

Проблема заключается в неясности области применения огнеупорных веществ.

Читая научные статьи, я встретилась с таким понятием, как адгезия (от лат. — «прилипание»), которое означает в физике — сцепление поверхностей разнородных твёрдых и/или жидких тел. Адгезия — одно из самых важных явлений, которое обеспечивает качественную обработку огнеупорных материалов.

Цель данного проекта: исследовать адгезию краски по огнеупорному составу на деревянной поверхности.

Задачи:

1. Изучить литературу по огнеупорным веществам, прочитав не менее 5-7 научных статей и выделить ключевые факты о их свойствах и применении.

2. Изучить виды красок и их технические условия, прочитав характеристику выбранных красок.

3. Провести эксперимент на огнестойкость трёх огнеупорных веществ с тремя видами красок на деревянной поверхности для определения времени до того, как дерево загорится.

Гипотеза: если на деревянную поверхность нанести огнеупор, а сверху покрыть краской, то адгезия между краской и огнеупорным веществом будет влиять на огнезащиту.

Объектом исследования является адгезия огнеупорных веществ.

Предметом исследования является стойкость огнеупорного состава под слоем краски.

В ходе проекта будут использоваться теоретические методы, методы исследования, социологические методы, методы анкетирования и экспериментальные методы.

I ЧАСТЬ

1.1. Адгезия и история её появления

Адгезия – это когда склеивают поверхности двух однородных или разных по плотности материалов, этот процесс так и называют адгезией. При этом само клеящее вещество называется адгезив.

При выполнении различных строительных и отделочных работ одной из важных составляющих является адгезия материалов. Именно от этого качества зависит прочность и долговечность конечной конструкции, а также ее эстетический вид.

В процессе строительных и отделочных работ часто используются различные материалы, такие как клей, шпатлевка, грунтовка и многое другое. Чтобы обеспечить прочное и надежное соединение разных материалов, необходимо, чтобы они хорошо сцеплялись друг с другом. Это обеспечивает адгезия, которая определяется различными факторами, такими как свойства поверхности, состав материалов и т.д.

Важность адгезии заключается не только в том, что она обеспечивает прочность соединения материалов, но и в том, что она предотвращает утечку и продолжительный распад конструкции. Например, плохая адгезия клея может привести к отслоению обоев или плитки. Плохая адгезия шпатлевки может привести к трещинам и осыпанию стен. Поэтому важно выбирать качественные материалы с хорошей адгезией и правильно их применять.

Изучая свойства древесины, исследователи Бехольц и Нейман обратили внимание на то, что надёжность склеивания зависит от породы дерева, его структуры и множества других параметров. Явление получило название «прилипание», звучащее на латыни более поэтично — адгезия. Термин, появившийся в 1924 году, означает соединение, прочное склеивание различных по своей природе веществ.

Примеры этого явления человек наблюдал тысячелетиями в окружающей природе: капли росы не скатываются с листьев и лепестков растений; мидия, несмотря морское течение, удерживается на камне; геккон ловит добычу, «приклеив» её к языку.

И таких примеров в окружающем мире десятки. Но в современной жизни адгезия — это в первую очередь часть технологических процессов и обработки деталей: покраска поверхностей, нанесение металлического покрытия, склеивание, сварка, пайка.

При работе в металлургических отраслях, автомобиле- и кораблестроении важный этап — нанесение защитных красок и смесей. Необходимо учитывать, что каждый из металлов обладает способностью к адгезии, обусловленной его физическими свойствами. И этот параметр стабилен, поскольку взаимодействие материалов происходит на молекулярном уровне. [4]

Важность адгезии заключается в способности различных материалов эффективно сцепляться, что зависит от их свойств и условий применения. Поэтому выбор материалов с хорошими адгезивными свойствами является необходимым шагом для достижения успешных результатов в строительстве и производстве.

1.2. История появления огнезащиты

Вопросы огнезащиты деревянных строительных конструкций, а также повышения огнестойкости металлических и железобетонных конструкций, кабельной продукции являются основополагающими во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. Москва бревенчатая выгорала не раз дотла. Какой разрушительной силы были пожары в Москве, видно из описаний пожаров.

29 мая 1737 года, в Троицын день, в одиннадцатом часу утра загорелось недалеко от Каменного моста, в доме Милославского. При страшном вихре пламя начало разбрасывать во все стороны, выгорели Кремль, Китай и Белый город, в Земляном выгорели Басманные улицы, старая и новая, Немецкая слобода, Слободской дворец. Лефортовская слобода. Пожар длился до четвертого часа утра 30 числа. Сгорело внутри 39 церквей, обгорели снаружи 63, монастырей — 11, дворцов — 4, богаделен — 17, частных домов — 2527, погибло 94 человека. Из коллегий, канцелярий, контор и приказов поступили сведения об убытках на 414825 рублей; по заявлениям частных лиц, им нанесен ущерб на 1267384 рубля. В январе 1704 года Петр I издал указ о строительстве в Москве, в Кремле и Китае-городе каменных домов, о расположении их вдоль улиц и переулков, а не внутри дворов, и о продаже дворовых мест, владельцы которых были не в состоянии строить каменные дома. В царствование Екатерины II Сенат распорядился в городе строить дома каменные только по плану, а в предместии и деревянные, “только чтоб между домами были сады, огороды или переулки; как в городе, так и в предместии оставить пустые места для площадей”. После пожара 1812 года на государственном уровне стали запрещать строить дома из древесины, особенно в центре Москвы. А те дома, которые имели бревенчатые стены, должны быть оштукатурены глиной. Городская усадьба Хрущевых на Пречистенке, Шереметьевский дворец в Останкино являются примерами бревенчатого строительства с использованием оштукатуривания деревянных строительных конструкций по деревянной обрешетке. Другим способом снижения пожарной опасности деревянных конструкций явилось нанесение на поверхность древесины известкового раствора. [8]

На основе этого можно сделать вывод, что вопросы огнезащиты деревянных конструкций и повышения огнестойкости металлических и железобетонных конструкций остаются актуальными. Эти меры подтверждают необходимость комплексного подхода к огнезащите, чтобы сократить риск возникновения пожаров и защитить жизнь и имущество граждан.

1.3. История защиты дерева

Деревянные материалы антисептировали, вымачивая в насыщенном растворе поваренной соли. Первое документальное свидетельство защитной обработки древесины в Европе относится к временам Александра Македонского. Это описание пропитки моста оливковым маслом.

Покрытие смолой, дегтем, еловой живицей. Пропитка горячей смолой делала древесину влагонепроницаемой. Слой смолы /воска защищал поверхность от проникновения жуков-древоточцев, спор грибков, гнилостных бактерий. Деготь и смола маркие, липкие, имеют неприятный запах, увеличивают горючесть древесины, исключают декоративную обработку. Защитный слой приходилось регулярно обновлять. Такие материалы в основном использовали в кораблестроении и очень редко в жилом строительстве. [2]

Обжиг. Под воздействием высокой температуры сужаются волоконные каналы в наружном слое дерева. Они закупориваются смолами и продуктами горения. Поверхность доски становится заметно прочнее, не гниет, меньше подвержена возгоранию. Обжигали древесину на обычных кострах. На Руси процесс назывался подкуриванием. Обжигом обрабатывали лаги, доски для пола и кровли. Метод используется и сейчас (японская технология Yakisugi).

Вощение и пропитка маслом. Метод применялся для влагозащитной обработки, при этом горючесть материалов заметно увеличивалась. Для пропитки использовали льняное, подсолнечное, оливковое масло, воск, прополис. Масло и воск предварительно нагревали – в горячем состоянии они глубже проникают в древесину. Такие пропитки делают дерево влагостойким, придают ему мягкий блеск и гладкость.

На смену ядам в XX веке пришли солевые пропитки – концентрированные растворы некоторых солей минеральных кислот: угольной, фосфорной, борной. Их основными преимуществами являются доступность компонентов и невысокая цена.

Главный недостаток солевых пропиток – большой расход. Для получения первой группы огнезащитной эффективности по ГОСТ 28815-96 он должен составлять не менее 600 г/кв.м, т.е. необходимо нанести шесть слоев с межслойной сушкой от двух до шести часов, в зависимости от влажности древесины, т.к. древесина впитывает за один проход около 100 г/кв.м. Многие при обработке древесины не читают инструкцию производителя и соответственно нарушают технологию нанесения составов, что в дальнейшем приводит к быстрому появлению биоповреждений на обработанном дереве и древесина также не соответствует заявленным характеристикам производителя по огнезащитным свойствам. Солевой состав не образует химических связей с древесиной. Это ведет к слабой фиксации и быстрому вымыванию антипирена. Срок реальной службы защитных солевых растворов не превышает полутора лет. [5]

Современная промышленность предлагает для обработки древесины антисептики, антипирены, комплексные составы. Принцип действия защитных пропиток промышленного производства остался прежним – токсическое действие на микроорганизмы плюс защита от воды и снижение горючести.

Несолевые пропитки серии «Пирилакс» и «Нортекс» относятся к новому поколению биопиренов на основе фосфорсодержащих соединений. Это продукты принципиально нового уровня огнезащиты и антисептирования, на сегодняшний день являются сильнейшими составами в данном направлении среди ввозимых и производимых в России.

Компоненты «Пирилакс» и «Нортекс» родственны компонентам древесины — целлюлозе и лигнину. Они не отторгаются как солевые огнезащитные составы, а проникают вглубь до 5 мм и взаимодействуют с древесиной на химическом уровне. Благодаря этому трудоемкая глубокая пропитка в автоклаве заменяется на более простую и быструю поверхностную обработку. Антисептическое действие основано на механизме консервации. Обработанное дерево становится непригодным для питания примитивных живых организмов, что обеспечивает долговременную эксплуатацию без риска появления плесени, древоточцев, водорослей и гнили.

В отличие от солевых составов, несолевые биопирены можно наносить на влажную древесину (до 25%) и при минусовых температурах. Это позволяет продлить строительный сезон, сократив сроки сдачи объектов. [4]

II ЧАСТЬ

2.1. Проведение эксперимента для выявления времени до того, как дерево загорится

Цель: исследовать адгезию краски к огнеупорному составу и адгезию огнеупорного состава к краске на деревянной поверхности в уличных условиях.

Приборы и материалы: газовая горелка, доски 17×9,5см, огнеупорная пропитка UpGUARD F6(концентрат) II группы защиты, огнеупорная пропитка UpGUARD F8(концентрат) II группы защиты, огнеупорная пропитка ПиРОсепт-Т II группа защиты, 3 ёмкости для огнеупорных пропиток, 2 кисти, акриловая эмаль DECORIX светло-фиолетовая, алкидная эмаль ПФ-115 LAKRA голубая, латексная краска LAKRA белоснежная, газ пропан

Ход работы:

1. Напилили образцы 17×9,5см толщиной 2см, высушили в течение суток.

2. Покрыли краской и огнеупорным составом по таблице, следуя техническим условиям и требованиям по применению.

Ог1 – огнеупорная пропитка «UpGUARD» F8(концентрат).

Ог2 – огнеупорная пропитка «UpGUARD» F6(концентрат).

Ог3 – огнеупорная пропитка «ПиРОсепт-Т»

Кр1 – латексная краска «LAKRA» белоснежная.

Кр2 – акриловая эмаль «DECORIX» светло-фиолетовая.

Кр3 – алкидная эмаль ПФ-115 «LAKRA» голубая.

На данном этапе адгезия образцов №21, №22, №24, №25 была низкой, а у образца №1 её не должно быть, так как этот образец является эталоном. (см. рис.6)

4. По очереди на улице установили высушенные по требованиям образцы на расстоянии 17см от газовой горелки и 5см от огня.

Погодные показатели:

Таблица №1

Результаты эксперимента (5)

1)Сравнение первого огнеупора (образцы 2, 8, 9, 10). Сам по себе огнеупор продержался меньше эталона, с латексной краской продержался дольше чем все образцы, с акриловой эмалью дольше, чем эталон, но меньше, чем с латексной, а с алкидной краской продержался меньше эталона. Можно сделать вывод, что латексная краска и акриловая эмаль увеличили время до возгорания.

2)Сравнение второго огнеупора (образцы 3, 11, 12, 13). Образец, покрытый только огнеупором, загорелся раньше первого и третьего огнеупора, с латексной краской время воспламенения практически не изменилось, с акриловой эмалью время до воспламенения увеличилось, но было меньше, чем время эталона, с алкидной эмалью время до возгорания тоже увеличилось, но по-прежнему было меньше, чем время воспламенения эталона. По сравнению с образцом обработанным только огнеупором, время до возгорания увеличили только акриловая эмаль и алкидная.

3)Сравнение третьего огнеупора (образцы 4, 14, 15, 16). Обработанный только огнеупором образец продержался дольше, чем эталонный, с латексной краской он продержался ещё дольше, с акриловой эмалью он продержался меньше, чем эталон, а с алкидной эмалью время до возгорания на несколько секунд увеличилось. Образец, покрытый, латексной краской увеличил время до возгорания, а алкидная эмаль и акриловая, наоборот, ускорили.

4)Сравнение латексной краски (образцы 5, 17, 18, 19). Прикрытый только краской образец продержался меньше, чем эталон, так же как пропитанные огнеупорами, но образцы, обработанные первым огнеупором и вторым огнеупором увеличили время до возгорания, по сравнению с образцом, покрытым только краской.

5)Сравнение акриловой эмали (образцы 6, 20, 21, 22). Покрытый только краской образец продержался дольше, чем эталон, но обработанный сверху огнеупорными пропитками продержался меньше. Огнеупорные пропитки ускорили время воспламенения дерева.

6)Сравнение алкидной эмали (образцы 7, 23, 24, 25). Образец, покрытый эмалью, продержался меньше эталона, обработанный сверху первой огнеупорной пропиткой замедлил время до воспламенения, обработанный второй пропиткой продержался меньше эталонной, а обработанный третьей пропиткой, образец загорелся дважды, во второй раз увеличив время до воспламенения. Образцы, обработанные первой огнеупорной пропиткой и третьей увеличили время до возгорания, а пропитанный второй пропиткой ускорил время возгорания.

Огнезащита – это время от вздутия до воспламенения, сравниваем образцы №8, №9, №10, №16, №21, №22, №23, №24, №25, так как на остальных не было замечено вздутия.

Таблица №2

Результат анализа:

По данной таблице можно сделать вывод, что образцы с низкой адгезией между веществами имели низкую защиту от воспламенения.

На основе таблицы 1 можно сделать вывод, что образец №8 обработанный первой огнеупорной пропиткой «UpGUARD» F8 и латексной краской «LAKRA» замедлили время воспламенения на 1: 40.68 мин., образец №9 обработанный той же пропиткой и акриловой эмалью «DECORIX» замедлили время на 00: 59.80 мин. И ещё 6 образцов замедлили время возгорания по сравнению с чистой, остальные напротив ускорили. Образец №25 прикрытый алкидной эмалью ПФ-115 «LAKRA» замедляет на 00: 00.89, но при горении краска выделяет резкий запах, от которого начинает кружиться голова. Все образцы покрытые алкидной эмалью ПФ-115 «LAKRA» горят по двум интервалам: когда горит краска и когда горит уже дерево.

Заключение

Изучив литературу по огнеупорным веществам, прочитав не менее 5-7 научных статей и выделив ключевые факты об их свойствах и применении, я выяснила что ключевыми свойствами огнеупорных материалов являются:

• Огнестойкость. Способность выдерживать высокие температуры без деформации;

• Химическая восприимчивость. Способность противостоять негативному воздействию пыли, металлов, шлаков и иных продуктов плавки;

• Термическая стойкость. Способность сопротивляться резким перепадам температуры. Чем выше этот показатель, тем больше теплосмен выдерживает изделие.

Изучив виды красок и их технические условия, прочитав характеристику выбранных красок, я выяснила, что рекомендации производителей несут большую значимость и что несоблюдение рекомендаций может повлиять на качество адгезии.

Проведя эксперимент на стойкость трёх огнеупорных веществ с тремя видами красок на деревянной поверхности для определения времени до того, как дерево загорится, я сделала следующий вывод.

Гипотеза проекта подтвердилась, если на деревянную поверхность нанести огнеупор, а сверху покрыть краской, то адгезия между краской и огнеупорным веществом будет влиять на огнезащиту.

Знание о нормативах пожарной безопасности имеет высокую значимость для каждого человека, который является индивидуальным жилищным строителем.

Список литературы

Список к введению

1. ГОСТ Р 53292-2009 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на её основе. Общие требования. Метод испытаний».

2. ГОСТ Р 53295-2009 Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности.

3. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B4%D0%B3%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%8F

4. https://www.mirstekla-expo.ru/ru/ui/17244/

5. https://www.rbc.ru/society/25/03/2024/6601ab499a79475348caeaba

Список к теории

1. https://bibliotekar.ru/ogneupory/4.htm

2. https://bstudy.net/867258/tehnika/istoriya_razrabotki_primeneniya_ognezaschitnyh_sostavov

3. https://chemosil.ru/news/adgeziya-i-ee-vidy-primenenie-v-promyshlennosti/

4. https://lepnina.top/articles/istoriya-krasok-ot-drevnosti-do-sovremennosti/?srsltid=AfmBOopy2bWpXbuDDb7UQ437cYX_InD-dtnU1t83ajJnS1Cv-co4EWTK

5. https://lkmportal.com/articles/ognezashchitnye-vspuchivayushchiesya-pokrytiya

6. https://lkmtorg.ru/blog/sovety-pokupatelyam/mery-predostorozhnosti-pri-pokrasochnykh-rabotakh-v-pomeshchenii/#:~:text=%D0%92%D0%B0%D0%B6%D0%BD%D0%BE%20%D0%BF%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%BC%D0%B0%D1%82%D1%8C%2C%20%D1%87%D1%82%D0%BE%20%D0%B8%D1%81%D0%BF%D0%B0%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%BA%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F,%D0%B5%D1%81%D0%BB%D0%B8%20%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BF%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%8F%D1%82%D1%8C%20%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%BC%D0%B5%D1%80%D1%8B%20%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B6%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B8.

7. https://mksegment.ru/d/horoshaya-adgeziya-chto-ehto-i-kak-ona-rabotaet

8. https://nort-msk.ru/istoriya-propitok-dlya-drevesiny/

Список к практике

1. ГОСТ Р 53292-2009 «Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на её основе. Общие требования. Метод испытаний».

2. ГОСТ Р 53295-2009 Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности.

3. https://lkmtorg.ru/blog/sovety-pokupatelyam/kraski-po-derevu-raznovidnosti-preimushchestva-sfera-primeneniya/

4. https://www.mirstekla-expo.ru/ru/ui/17244/

5. https://ogeza.com/blog/protivopozharnaya-bezopasnost/ogneupornyy-ognezashchitnyy-negoryuchiy-termostoykiy-razbiraemsya-v-terminologii/

6. https://ru.m.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%B4%D0%B3%D0%B5%D0%B7%D0%B8%D1%8F

Приложение

Эксперимент

Рис. 6. Образцы, пропитанные огнеупорами и покрытые краской.

Рис. 7. Образец №1 Рис. 8. Образец №2

Рис. 9. Образец №3 Рис. 10. Образец №4

Р
ис. 11. Образец №5 Рис. 12. Образец №6

Рис. 13. Образец №7 Рис.14. Образец №8

Рис. 15. Образец №9 Рис. 16. Образец №10

Рис. 17. Образец №11 Рис. 18. Образец №12

Рис. 19. Образец №13 Рис. 20. Образец №14

Рис. 23. Образец №17 Рис. 24. Образец №18

Рис. 25. Образец №19 Рис. 26. Образец №20

Рис. 27. Образец №21 Рис. 28. Образец №22

Рис. 29. Образец №23 Рис. 30. Образец №24