Международный подход к защите от огня при помощи покрытий

Ситуация на мировом рынке огнезащитных покрытий. Диалог с технологами и поставщиками.

---

В настоящее время в мире выпускается несколько типов огнезащитных покрытий, которые различаются по процессу пенообразования и видам подложки, на которые они могут наноситься. Существенные отличия также наблюдаются в сертификационных документах и сводах нормативных правил, которые регулируют сферу огнезащиты. Постоянно возрастающие требования со стороны потребителей и контролирующих организаций ставят перед поставщиками огнезащитных покрытий все более сложные задачи.

Для прояснения ситуации, сложившейся на международном рынке, были привлечены известные в своей сфере специалисты:

• Джон Данк, директор по маркетингу подразделения огнезащитных и изоляционных продуктов в компании International Paint;

• Нейл Вейт, технический менеджер, специалист по защитным покрытиям в компании International Paint;

• Чарльз Тейлор, менеджер по глобальному развитию бизнеса в подразделении защитных и морских покрытий PPG;

• Рассел Норрис, специалист по огнезащитным покрытиям в Sherwin-Williams Company;

• Алан Фрим, технический менеджер и специалист по инновациям в OMNOVA Solutions.

Огнезащитные покрытия

В целом, все покрытия, препятствующие распространению огня, принято подразделять на два типа: огнеупорные и огнезащитные. К первой категории относятся архитектурно-строительные ЛКМ, которые содержат в своих рецептурах огнезащитные добавки, позволяющие замедлять скорость распространения огня. В состав большинства из них входят водно-дисперсионные (ВД) виниловые или винилакриловые смолы. Нанесение подобных покрытий ничем не отличается от нанесения стандартных фасадных красок. Они оцениваются по их способности не содействовать огню. Согласно ASTM E84, испытания длятся порядка 15 минут, в ходе которых определяется склонность материалов к возгоранию и образованию дыма. Покрытия, предназначенные для защиты легковоспламеняющихся подложек, в США и странах ЕС тестируются посредством нанесения на поверхность калифорнийской пихты (дугласии) с последующим поджиганием. Их огнезащитная эффективность может соответствовать классам A, B и C.

Огнезащитные же покрытия создают изоляционный слой между пламенем и подложкой, замедляя процесс достижения критических температур защищаемой поверхностью. Это в свою очередь создает временной задел, необходимый для эвакуации людей из горящего здания. Огнезащитная эффективность покрытий в среднем варьируется от 90 до 180 минут, в зависимости от толщины нанесенного слоя материала, приведенной толщины металла, массы стальной конструкции. Адгезия, целостность коксового слоя и его объем — факторы, в конечном счете влияющие на огнезащитную эффективность покрытия.

Как правило, для защиты металлических конструкций используются бетонная облицовка, сухая гипсовая штукатурка, различные огнезащитные материалы (обычно содержащие минераловатный утеплитель, цемент и гипс) и интумесцентные покрытия. Для защиты от целлюлозного пожара, который возникает вследствие горения древесины, обоев и других сходных материалов, используемых при устройстве жилых и офисных помещений, применяются огнезащитные покрытия, которые в США испытываются по стандарту ASTM E 119 (UL 263, NFPA 251). Такие покрытия, как правило, представляют собой ВД винил-акриловые системы. Широкое распространение также получили органоразбавляемые акриловые и эпоксидные системы.

Для покрытий, защищающих от углеводородного пожара, который возникает вследствие горения нефтепродуктов, природного и сжиженного газа, применяется стандартный тест UL 1709. Он позволяет смоделировать условия очень быстрого нагревания, свойственные для данного типа горения (температура свыше 1000 ºC достигается за 5 минут). В качестве таких покрытий используются эпоксидные мастики, которые наносятся на объекты нефтегазохимических предприятий, установки нефте- и газоперерабатывающих заводов, буровых вышек и пр.

Ситуация на мировом рынке огнезащиты

В Соединенных Штатах емкость рынка огнезащитных покрытий в 2013 г. оценивалась, согласно Kusumgar, Nerlfi and Growney (KNG), на уровне 75 млн долларов. Суммарно за год было выработано порядка 1,87 млн галлонов лакокрасочных материалов (ЛКМ) данного типа. На рынке наблюдался 5%-ный прирост, если сравнивать с показателями 2012 г.

На долю огнеупорных покрытий в прошлом году пришлось порядка 47% в физическом выражении и 41% в стоимостном. В среднем по рынку прирост составил 4% за год. Огнезащитные системы, препятствующие распространению целлюлозного пожара, составили 35% в физическом выражении и 41% в стоимостном, прирост в данном сегменте превысил средние показатели по отрасли, составив 7%.

На долю ВД акриловых систем пришлась большая часть всей выпущенной за год продукции (67% в физическом и 68% в стоимостном выражении). Органоразбавляемые акриловые и эпоксидные составы составили примерно 16,5% в физическом выражении и 16% в стоимостном. Тем не менее спрос на эпоксидные материалы увеличивался быстрее, чем на другие материалы (+9% за год). И наконец покрытия для защиты от углеводородного горения – 18% и в стоимостном, и в физическом выражении. Прирост в данном сегменте составил чуть менее 3% за прошлый год.

На международном рынке спрос на интумесцентные покрытия для защиты от целлюлозного и углеводородного пожара повышается по мере расширения нефтегазового сектора и улучшения сферы жилищного строительства, согласно докладу «Стратегический анализ мирового рынка огнезащитных покрытий», выпущенному аналитическим агентством Frost and Sullivan в марте 2013 г.

Емкость глобального рынка со 709,8 млн долларов, согласно прогнозам, может повыситься до отметки в 918,2 млн долларов уже к 2018 г. Сегмент покрытий, защищающих от углеводородного горения, будет быстрее всего развиваться в странахАзиатско-Тихоокеанского региона (АТР), Средней Азии, Африки и России. По словам Майкла Мбогоро, аналитика Frost and Sullivan, в отличие от данного сегмента, который подлежит международному регулированию, отрасль огнезащитных покрытий, препятствующих распространению целлюлозного горения,в каждом регионе контролируется отдельно. В настоящее время Европа считается ключевым рынком сбыта для данного типа огнезащитных покрытий. Однако, как ожидается, ситуация может измениться уже в ближайшем будущем вследствие негативного влияния экономического кризиса.

«В секторе огнезащитных покрытий, защищающих от углеводородного горения, будут преобладать поставщики из АТР. Также в течение следующего десятилетия возрастет потенциал стран Среднего Востока и Африки», — отмечает Майкл Мбогоро.

На европейском рынке покрытий, препятствующих целлюлозному горению, напротив, прогнозируется достаточно медленный рост из-за перенасыщенности сегмента и умеренных темпов развития строительной отрасли в ЕС.

В целом, сектор покрытий, защищающих от углеводородного горения, на сегодняшний день является наиболее стабильным и открытым, в то время как входные барьеры на рынок покрытий, препятствующих целлюлозному горению, остаются достаточно высокими. Новым компаниям приходится затрачивать немало средств и времени, чтобы закрепиться на нем. Для большей эффективности аналитики рекомендуют производителям сотрудничать с контролирующими органами и приводить клиентам аргументы в пользу долговечности и надежности поставляемых материалов.

Диалог с технологами и поставщиками

• Какие тенденции превалируют на рынке огнезащитных покрытий?

Рассел Норрис (Sherwin-Williams). На сегодняшний день огнезащита на нефтеперерабатывающих предприятиях — одна из важнейших задач отрасли. Постепенно приходит понимание того, что коррозия под цементирующими огнезащитными материалами может нанести непоправимый ущерб. Это явление отсылает нас к коррозии под изоляцией. Владельцы нефтеперерабатывающих заводов осознают, что основные требования к подобным составам далеки от реальности, притом что они отвечают всем условиям промышленных процессов выработки углеводородов. Эксплуатационных характеристик цементирующих материалов по-прежнему не хватает для создания устойчивой защиты от растрескивания при механических повреждениях, расширении металла вследствие перепадов температур, вибрации. Любые дефекты на поверхности защитного материала приводят к скоплению влаги и загрязнений, которые способствуют корродированию металла. В результате приходится выбирать между огнезащитной эффективностью и целостностью структуры. При этом владельцы предприятий могут и не знать об условиях содержания своего имущества, пока цементирующий слой не будет снят с защищаемой поверхности. По этой причине огнезащитным покрытиям должно уделяться намного больше внимания.

Требования к проведению испытаний также должны внимательно изучаться, так как постоянный рост независимых сертификационных организаций вызывает определенные опасения. Последние изменения в процедурах тестирования были инициированы для того, чтобы лучше воссоздать условия углеводородного пожара, к примеру, взрывную волну, горение под высоким давлением, кипение жидкости, приводящее к паровому взрыву. Под влиянием данных требований удалось улучшить эксплуатационные характеристики огнезащитных материалов. В течение длительного времени огнезащитная эффективность в 90–120 минут считалась нормальной. На сегодняшний день огнезащитная эффективность в 180 минут стала повсеместной, более того, в некоторых случаях, она может достигать 240 минут.

Также мы наблюдаем риски в менеджменте отраслевых компаний, в большей степени связанные с защитой имущества от пожара. В США в основу национальной безопасности заложена антитеррористическая программа по защите химических производств (CFATS). Подобные объекты всегда находятся в зоне риска, поэтому они охраняются на самом высоком уровне.

Тем временем подрядчики заинтересованы в простоте нанесения материалов. Большинство огнезащитных покрытий, препятствующих распространению углеводородного пожара, могут наноситься только при использовании дорогостоящего оборудования, снабженного нагревательным устройством и насосом, который подает жидкость под высоким давлением. По этой причине многие подрядные организации предпочитают выбирать альтернативные материалы, которые наносятся методом безвоздушного распыления при помощи обычного окрасочного оборудования. Вдобавок они предъявляют повышенные требования к долговечности материалов и гладкости пленки финишного покрытия.

Алан Фрим (Omnova). В большей степени на формирование тенденций на рынке влияет толщина огнезащитного покрытия, защищающего от целлюлозного пожара, особенно это характерно для европейских
стран. В ЕС продолжается давление на производителей со стороны контролирующих организаций, вследствие которого возникают определенные риски для поставщиков покрытий. С точки зрения высоких затрат на разработку продуктов, проведение независимых испытаний, обязательную сертификацию, данный тренд остается неустойчивым.

Среди закрепившихся на сегодняшний день тенденций на международном рынке стоит особенно выделить стремление к экологичности интумесцентных покрытий, которое поддерживается движением экостроительства. Такие законодательные инициативы, как LEED, которая действует в Соединенных Штатах, и технический регламент к строительным изделиям в Европе, регулируют сферу огнезащитных покрытий не напрямую. Они влияют на индустрию огнезащитных покрытий лишь косвенно, посредством требований к экоэффективности материалов, применяемых при строительстве зданий. Данные требования, очевидно, достаточно сильно воздействуют на рынок покрытий с низким содержанием ЛОС (летучих органических соединений).

Появление еще одной тенденции на рынке обусловлено поиском новых сфер для применения огнезащитных покрытий. Именно так широкое распространение получили огнезащитные барьерные материалы для
распыляемых полиуретановых пен. Они используются при изоляции жилых и офисных помещений, полупроходных технических этажей, коридоров.

В целом, отрасль сама приходит к осознанию того, что существующие нормы и требования к испытаниям материалов на огнезащитную эффективность нуждаются в постоянном обновлении. В 2010 г. был принят
новый регламент испытаний АС-377 для полиуретановых пен. В частности он предполагает тесты на огнезащитную эффективность при повышенном давлении, что в свою очередь ставит новую задачу для разработчиков огнезащитных покрытий. Главное требование, предъявляемое к интумесцентным покрытиям (помимо их огнестойкости), — это хорошая адгезия с пенообразным субстратом, подверженным температурной деформации и быстрому воспламенению. Иными словами, огнезащитное покрытие должно обеспечивать необходимый защитный барьер, который предохраняет от возгорания, даже в том случае, когда пена подверглась деформации после нагревания.

Нейл Вейт (International Paint). По сути система REACH в Европе определяет конечный выбор сырья для рецептур защитных покрытий, поэтому некоторые технологи отдают предпочтение только тщательно испытанным сырьевым компонентам, включая хлорированный парафин, борную кислоту и ее соли. Однако в результате проведения большого количества авторитетных исследований, появления на этикетках пиктограмм, предупреждающих об угрозе безопасности, а также ужесточению контроля со стороны регулирующих организаций разработчики рецептур были вынуждены обратиться к новейшим решениям, которые представляют собой определенный риск.

Снижение уровня летучих органических соединений (ЛОС) по-прежнему остается в списке обязательных требований, предъявляемых к огнезащитным покрытиям. Однако в последние годы важным становится не столько первоначальное содержание ЛОС в рецептурах, сколько уровень летучих соединений в готовом покрытии. Высокие требования к качеству воздуха в помещениях также оказывают свое влияние: эмиссия ЛОС с момента нанесения покрытия (24  ч, 3-е суток, 7 суток или месяц спустя) находится под жестким контролем регулирующих организаций. Несмотря на то что эти нормативы в большей степени адресованы к декоративным ЛКМ, огнезащитные покрытия тоже оказываются под пристальным наблюдением.

Более того, в некоторых сегментах технические требования к возможному воспламенению объектов принимают действительно глобальный масштаб. В частности это касается нефтегазового сектора, где используется Регистр Ллойда или норвежский стандарт по безопасности DetNorskeVeritas для проверки огнезащитных покрытий. Нормативная база в других сферах более или менее фрагментирована, к тому же невозможно создать единый стандарт по огнезащите, к примеру, для отрасли жилищного строительства, которая имеет свои специфические особенности в каждом регионе.

Джон Данк (International Paint). Говоря о сфере регулирования огнезащитных покрытий, стоит отметить, что развивающиеся страны находятся в постоянном поиске новых технических требований к материалам, применяемым в коммерческом и жилищном строительстве. Этот интерес вызван значительными имущественными потерями, произошедшими от пожаров за последние годы. За основу, как правило, берутся технические нормативы развитых стран, что в свою очередь приводит к некоторому улучшению уже действующих стандартов или появлению совершенно новых требований.

Чарльз Тейлор (PPG). Мы также наблюдаем за тем, что огнезащитные покрытия неизменно приобретают свою популярность в связи с увеличением использования цементирующих составов. В частности
этот рост происходит за счет того, что архитекторы и дизайнеры предпочитают закладывать в проекты новых зданий определенные типы строительных конструкций.

Стоит добавить, что цены на основное сырье для огнезащитных материалов, такое как цинк, диоксид титана и фосфаты, увеличиваются довольно стремительно.

• Каким образом эти тенденции влияют на развитие новых технологий?

Нейл Вейт (International Paint). Разработчики рецептур находятся в поиске технологий, которые смогли бы заменить существующие, позволив создавать материалы с длительным сроком эксплуатации и улучшенными характеристиками. Это движение к новым технологиям в свою очередь сопряжено с определенными рисками. Новые материалы, будучи не опробованными в реальных условиях эксплуатации, могут не отличаться высокой устойчивостью, но при этом обеспечивать такие же характеристики. По этой причине столь важно, чтобы новые продукты не только соответствовали минимальной огнезащитной эффективности, но и отвечали своему назначению. В добавление к этому новейшие решения предполагают высокую стоимость конечных продуктов, которую производители не всегда готовы предложить своим клиентам.

Чарльз Тейлор (PPG). Покрытия, защищающие от целлюлозного горения, в первую очередь отличаются по толщине пленки. В зависимости от требований, предъявляемых к пленке покрытия, может варьироваться их конечная стоимость, а также затраты на несение материалов. Внешний вид рассматривается во вторую очередь наряду со стойкостью к погодным изменениям и временем, требующимся для нанесения
финишного слоя. Однако если огнезащитное покрытие не способно конкурировать с аналогами по толщине пленки, оно точно не будет отобрано.

Рассел Норрис (Sherwin-Williams). Разработчики огнезащитных покрытий всегда напоминают о коррозии под изоляцией при презентации своих материалов, так как огнезащитные составы создают барьер не
только для огня, но и для влаги, препятствуя ее взаимодействию с металлом. Кроме того, подобные материалы отличаются высокой устойчивостью к растрескиванию вследствие механического повреждения, циклов расширения и сжатия металла, вибраций, что не характерно для цементирующих составов.

В добавление к этому огнезащитные покрытия всегда проще наносить в производственных условиях: большие по площади объекты могут быть защищены от огня до того, как будут отгружены на строительные площадки. Более того, для этих целей может потребоваться меньше средств и времени, причем риск нанесения повреждений в процессе отгрузки остается минимальным.

• Какие последние достижения были сделаны в области огнезащитных покрытий благодаря этим стимулам?

Чарльз Тейлор (PPG). На всех поставщиков огнезащитных покрытий оказывается давление со стороны регулирующих органов, требующих снижения уровня ЛОС. Производители вынуждены принимать новые правила игры, чтобы впоследствии получать сертификацию для своих материалов и реализовывать их на локальных рынках. Поэтому правомерно говорить, что понятие «экологичность» пришло в отрасль благодаря жесткому контролю качества.

Алан Фрим (OMNOVA). Последние разработки позволяют значительно снижать натяжение пленки покрытия (как правило, на 30–40%). В настоящее время особенно активизировались поставщики добавок, которые инвестируют большие средства в научные исследования, чтобы повысить эффективность своей продукции для применения в составе огнезащитных покрытий. Особый интерес проявляется к улучшению свойств поверхностно-активных веществ, пеногасителей, силиконов, керамических волокон, бората цинка. Введение данных добавок позволяет улучшать характеристики огнезащитных покрытий.

• Какие существуют технологические ограничения и что производители добавок, смол и покрытий предпринимают, чтобы их обойти?

Алан Фрим (Omnova). Несмотря на все преимущества водно-дисперсионных технологий, достаточно очевидным остается тот факт, что ВД покрытия по-прежнему отстают по некоторым эксплуатационным характеристикам от материалов на основе органических растворителей. Именно эту проблему и предстоит в ближайшем будущем решать поставщикам огнезащитных покрытий.

Нейл Вейт (International Paint). Высокая чувствительность к воде некоторых активных компонентов в составе интумесцентных покрытий создает определенные сложности для технологов. К тому же она усугубляется необходимостью составлять рецептуры с довольно высокой объемной концентрацией пигмента. В связи с этим большинство покрытий, препятствующих целлюлозному горению, нельзя использовать для защиты объектов, которые эксплуатируются на открытом воздухе – они имеют существенные ограничения по степени стойкости. По этой причине для таких объектов, как нефтяные платформы, выбираются эпоксидные материалы, которые отличаются не только высокой стойкостью, но и устойчивостью к механическим повреждениям.

Чарльз Тейлор (PPG). В целом, интумесцентные покрытия считаются дорогостоящими материалами, и затраты на их разработку, испытания и последующую сертификацию достаточно велики. Ситуация осложняется еще тем, что локальные стандарты, как правило, не соответствуют международным, поэтому рынок остается слабовосприимчивым к продуктам, технические характеристики которых выходят за рамки базовых нормативных требований. В результате цена на такие материалы заметно возрастает.

В дополнение к этому стоит отметить ограниченность по использованию огнезащитных покрытий – они предназначены для нанесения на металлические поверхности. В настоящее же время повышается спрос на материалы, которые способны одинаково эффективно взаимодействовать с любыми подложками и при этом обеспечивать хорошую защиту от огня.

Синтия Чаленер,
Ассоциация производителей лакокрасочных материалов
(По материалам журнала ЛКМ. Лакокрасочные материалы и их применение)