ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Строительное материаловедение

Разработка наномодифицированных полифункциональных защитных систем для деревянных конструкций

  • Покровская Елена Николаевна - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2021.1.59-66
Страницы: 59-66
Введение. В настоящее время многоэтажные дома из деревянных конструкций строятся в разных странах. Долговечность конструкций в большой степени зависит от применяемых защитных систем. Наиболее эффективными являются полифункциональные защитные системы, которые комплексно увеличивают огнезащищенность, гидрофобность, биостойкость материалов конструкций. Предполагается, что введение углеродных нанотрубок (УНТ) обеспечит создание более равномерного защитного слоя и улучшит характеристики покрытия. Цель работы — разработка полифункциональной защитной системы для деревянных конструкций. Данная система должна обеспечивать огнезащищенность, гидрофобность и не ухудшать механических свойств древесины. Материалы и методы. Исследования проводились на образцах древесины сосны. В качестве наномодификаторов использовались УНТ. Основной платформой для создания полифункциональных защитных систем были образцы древесины, поверхностно модифицированные фосфоновыми кислотами — метилфосфоновой и нитрилотриметилфосфоновой. Комплексные защитные системы создавались путем введения УНТ. Оценка пожароопасных свойств осуществлялась по ГОСТ 27484-87, водопоглощения — по ГОСТ 16483.20-72, механических свойств — по ГОСТ 16483.11-72 и 16483.10-73. Гидрофобность оценивалась методом краевого угла смачивания. Характер поверхности образцов и ее химический состав изучались с применением двухлучевого сканирующего электронно-ионного микроскопа FEI Quanta 3D FEG с приставкой для энергодисперсионного анализа EDAX Octane Elect. Результаты. Все исследованные системы покрытий относятся к первой группе огнезащитной эффективности, лучшие из них снижают потерю массы при горении образцов Δm = 3,7 – 1,34 %. Древесина приобретает гидрофобные свойства, водопоглощение снижается в 1,5 раза. Увеличивается механическая прочность на сжатие поперек волокон в 1,6 раза. Оценка характера поверхности и ее химического состава показывает, что высокая огнестойкость коррелирует с повышенным содержанием фосфора в коксовом слое, образовавшемся в ходе горения. Выводы. Поверхностное модифицирование древесины в тонких слоях созданными защитными системами рекомендуется в качестве эффективного средства для увеличения долговечности конструкций.
  • деревянные конструкции;
  • поверхностное модифицирование;
  • фосфоновые кислоты;
  • углеродные нанотрубки;
  • элементный анализ;
  • коксовый слой;
  • полифункциональные системы защиты;
Литература
  1. Михалева С.А. Деревянные высотки в России — инновационный взгляд на современное строительство // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 4–7 (46). С. 19–21. DOI: 10.18454/IRJ.2016.46.174
  2. Deglise X. Weathering and protection of wood in buildings: the state of art // Forest complex in the di-gital economy: International Symposium. 2019. P. 31.
  3. Асеева Р.М., Серков Б.Б., Сивенков А.Б. Горение древесины и ее пожароопасные свойства. М. : Академия ГПС МЧС России, 2010. 262 с.
  4. Wang S. Application of nanotechnology on the wood science and technology: challenges of our efforts // Forest complex in the digital economy: International Symposium. 2019. P. 57.
  5. Покровская Е.Н. Получение биостойких материалов при поверхностной модификации древесины // Вестник МГСУ. 2011. № 7. С. 636–640.
  6. Papadopoulos A.N., Bikiaris D.N., Mitropoulos A.C., Kyzas G.Z. Nanomaterials and chemical modifications for enhanced key wood properties: A Review // Nanomaterials. 2019. Vol. 9. Issue 4. P. 607. DOI: 10.3390/nano9040607
  7. Айзенштадт А.М., Махова Г.А., Фролова М.А., Тутыгин А.С., Стенин А.А., Попова М.А. Проектирование состава нано- и микроструктурированных строительных композиционных материалов // Промышленное и гражданское строительство. 2012. № 10. С. 14–18.
  8. Рощина С.И., Шохин П.Б., Сергеев М.С. Исследование деревокомпозитных конструкций с применением углеродных нанотрубок // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2013. № 3 (333). С. 103–107.
  9. Айзенштадт А.М., Фролова М.А., Тутыгин А.С. Основы термодинамики для строителей: конспект лекций. Архангельск : ИПЦ САФУ, 2012. 79 с.
  10. Портнов Ф.А. Гидрофобизация древесины эфирами фосфористой кислоты // Научное обозрение. 2015. № 14. С. 167–171.
  11. Зарубина Л.П. Защита зданий, сооружений и конструкций от огня и шума. Материалы, технологии, инструменты и оборудование. М. : Инфра-Инженерия, 2016. 336 с.
  12. Степина И.В., Кляченкова О.А. Взаимодействие с водой древесины сосны, модифицированной фенилборатами // Интернет-вестник ВолгГАСУ. 2013. № 4 (29). С. 6.
  13. Стародубцева Т.Н., Аксомитный А.А. Уменьшение водопоглощения древесины с помощью пропитки и защитной поверхности полимера // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т. 3. № 7–3 (18–3). С. 22–25. DOI: 10.12737/15111
  14. Bjordal C.G. Microbial degradation of waterlogged archaeological wood // Journal of Cultural Heritage. 2012. Vol. 13. Pp. 118–122. DOI: 10.1016/j.cul-her.2012.02.003
  15. Yu H., Liu F., Ke M., Zhang X. Thermogravimetric analysis and kinetic study of bamboo waste treated by Echinodontium taxodii using a modified three-parallel-reactions model // Bioresource Techno-logy. 2015. Vol. 185. Pp. 324–330. DOI: 10.1016/ j.biortech.2015.03.005
  16. Hoang D.Q., Pham T.L., Nguyen T.H., An H., Kim J. Organo‐phosphorus flame retardants for poly(vinyl chloride)/wood flour composite // Polymer Composites. 2016. DOI: 10.1002/pc.24026
  17. Evstigneev A.V., Smirnov V.A., Korolev E.V. Design of nanomodified intumescent polymer matrix coatings: theory, modeling, experiments // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 251. P. 01033. DOI: 10.1051/matecconf/201825101033
  18. Pokrovskaya E.N. Research of bioproof materials at superficial modification of wood // IOP Conference Series Materials Science and Enginee-ring. 2019. Vol. 471. P. 032047. DOI: 10.1088/1757-899X/471/3/032047
  19. Wang G., Bai S. Synergistic effect of expan-dable graphite and melamine phosphate on flame-retardant polystyrene // Journal of Applied Polymer Science. 2017. Vol. 134. P. 45474. DOI: 10.1002/app.45474
СКАЧАТЬ (RUS)