Ways of improving the fire protecting thermal expanding compositions for use in oil and gas industry

The aim of this work was the analysis of intumescent flame retardants of different chemical nature and finding possible ways to improve their flame retardant efficiency. The study of samples of flame retardant materials was performed by the method of synchronous thermal analysis (Nietzsch TO 449 F5 Jupiter®) in an inert atmosphere of argon and in air. During the integrated thermal analysis specimens flame retardant materials of intumescent type of different chemical nature were studied: acrylic organosoluble composition, water-dispersed vinyl acetate paint, organosoluble epoxy composition, a paint based on an organic solvent. The thermograms of flame retardants, obtained in air atmosphere, different from the thermograms in argon. We can see the presence of pronounced exothermic peaks showing the flow of a process of oxidation (combustion) resulting proconsul. Temperatures of the maxima on the curves of differential thermogravimetry (DTG peaks) in an oxidizing atmosphere is displaced in area of smaller values of temperatures. The temperature of the start of expansion of the analyzed materials was 210-220 °C. The rate of loss of mass in an oxidizing atmosphere at 6-15 % higher than in inert. The highest rate of mass loss and, accordingly, the highest intensity of the process of intumescence with the release of gases and formation of foam coke is observed in the temperature range of 300-410 °C. The highest rate of weight loss is shown in water-dispersible vinyl acetate paint, indicating the release of large amounts of gases during the thermal oxidative degradation of flame retardant composition. This material has the lowest value of the coke residue, which is a measure of thermal resistance of foamcoke. Analysis of the results of thermal analysis indicates a relatively high value of the coke residue (28-42 %), especially for organo-diluted epoxy composition. Thus, thermal analysis of intumescent formulations of different chemical nature showed that the fire retardant effectiveness of the best performance are characterized by acrylic and epoxy composition, the worst - water-dispersible vinyl acetate paint. To improve fire resistance performance of the material of the water-dispersed vinyl acetate paint is expedient the introduction of additional stabilizers (e. g., silicon containing compounds) and flame retardants, as well as reinforcement of the structure using an optical fiber, basalt fiber, carbon fiber, mullite-silica wool and other heat resistant fibrous materials. For improved epoxy composition of the feasibility of introducing components that reduce the flammability of the material, for example, mineral fillers (calcium carbonate, aluminosilicates, graphite, aluminum trihydrate), components with high heat capacity. For all the analyzed flame retardant materials it is possible to recommend the introduction of additional components to reduce the onset temperature of expansion.

огнезащитные составы интумесцентного типа, металлические конструкции, синхронный термический анализ, горючесть, коксовый остаток, кислородный индекс, антипирены, стабилизация, армирование, intumescent flame retardants, metal construction, simultaneous thermal analysis, combustion, coke residue, oxygen index, flame retardants, stabilization, reinforcement

1. Зыбина О. А. Адгезия огнезащитных вспучивающихся полимерных материалов к поверхности металлических конструкций при повышенных температурах : дис.…канд. техн. наук-СПб., 2004. -162 с.

2. Сосков А. А., Пронин Д. Г. Огнезащита стальных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. -2015.-№ 7. -С. 57-59.

3. Заиков Г. Е. Горение, старение и стабилизация полимеров, полимерных смесей и композитов. Общие соображения // Пластические массы. -2010. -№ 8. -С. 62-64.

4. Асеева Р. М., Заиков Г. Е. Горение полимерных материалов. -М. : Наука, 1981. -280 с.

5. Михайлин Ю. А. Тепло-, термо- и огнестойкость полимерных материалов. - СПб. : Научные основы и технологии, 2011.-422 с.

6. Хашхожева Р. Р., Жанситов А. А., Хаширова С. Ю., Микитаев А. К. Разработка огнестойких композиционных материалов на основе полибутилентерефталата // Пластические массы. - 2015. -№ 9-10.-С. 56-59.

7. Bourbigot S., Gardelle B., Duquesne S. Intumescent silicone-based coatings for the fire protection of carbon fiber reinforced composites // Fire Safety Science. - 2014. - Vol. 11. - P. 781-793. DOI: 10.3801/iafss.fss.11-781.

8. Мостовой А. С. Разработка составов, технологии и определение свойств микро- и нанонаполненных эпоксидных композитов функционального назначения : дис.…канд. техн. наук.-Саратов, 2014.-149 с.

9. Вахитова Л. Н., Калафат К. В., Лапушкин М. П., Фещенко П. А. Армирование вспученного слоя огнезащитныхпокрытий // Лакокрасочные материалы и их применение.-2007.-№7-8.-С. 81-86.

10. Артеменко С. Е., Панова Л. Г., Бесшапошникова В. И., Скребнева Л. Д. Влияние фосфорсодержащих антипиренов на процессы коксообразования при горении полимерных композиционных материалов // Высокомолекулярные соединения. Серия А.-1991.-Т. 33,№ 6.-С. 1180-1185.

11. Беззапонная О. В., Головина Е. В., Мансуров Т. Х., Акулов А. Ю. Применение метода термического анализа для комплексного исследования и совершенствования вспучивающихся огнезащитных составов // Техносферная безопасность. -2017. -№ 2(15).-С. 3-7.

12. Shahvazian M., Seyedmir M. R. Effects of MWNTs on flame retardation and thermal stabilization performance of phosphorus-containing flame retardants in polypropylene // Oriental Journal of Chemistry. -2012. -Vol. 28, No. 4. -P. 1631-1637. DOI: 10.13005/ojc/280412.

13. Lowden L., Hull T. Flammability behaviour of wood and a review of the methods for its reduction // Fire Science Reviews. -2013.-Vol. 2, Issue 1. -P. 4. DOI: 10.1186/2193-0414-2-4.

14. Pagella C., Raffaghello F., De Favery D. M. Differential scanning calorimetry of intumescent coatings // Polymers Paint Colour Journal. -1998.-Vol. 188, No. 4402. -P. 16-18.

15. Беззапонная О. В., Головина Е. В., Мансуров Т. Х. Особенности проведения испытаний огнезащитных материалов интумесцентного типа методом термического анализа в условиях углеводородного пожара // Техносферная безопасность. -2017. -№ 3(16).-С. 57-62.

16. Vandersall H. L. Intumescent coating systems. Their development and chemistry // The Journal of Fire & Flammability. -1971.-Vol. 2. -P. 97-140.

17. Camino G., Costa L., Trossarelli L. Study of the mechanism of intumescence in fire retardant polymers. Part II -Mechanism of action in polypropylene-ammonium polyphosphate-pentaerythritol mixtures // Polymer Degradation and Stability.-1984.-Vol. 7, No. 1.-P. 25-31. DOI: 10.1016/0141-3910(84)90027-2.

18. Mrуz K., Hager I., Korniejenko K. Material solutions for passive fire protection of buildings and structures and their performances testing - Procedia Engineering. - 2016. - Vol. 151. - P. 284-291. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.388.

19. Camino G., Lomakin S. Intumescent materials // Fire retardant materials / Horrocks A. R., Price D. (eds.). - Cambridge : CRC Press and Woodhead Publishing Ltd., 2001. - P. 318-336. DOI: 10.1533/9781855737464.318.

20. Цой А. А., Демехин Ф. В. Испытание огнезащитных материалов в условиях углеводородного температурного режима // Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России : научно-аналитический журнал. -2015. -№ 4. -С. 20-24.