Состав для получения огнезащитных покрытий
Владельцы патента RU 2272057:
Закрытое акционерное общество научно-производственное предприятие "Спецэнерготехника" (RU)
Изобретение относится к огнезащитным вспенивающимся покрытиям и может быть использовано для защиты кабельной продукции от высокотемпературных воздействий. Состав содержит дисперсии акриловых полимеров в воде, терморасширяющийся графит, окись магния, окись сурьмы (III), бораты, соли фосфорной кислоты, консервирующие и биоцидные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: терморасширяющийся графит 10-30; окись магния 10-20; окись (III) сурьмы 5-10; бораты 5-10; соли фосфорной кислоты 10-35; дисперсии акриловых полимеров в воде 40-80; консервирующие и биоцидные добавки 1-3. Технический результат изобретения - повышение огнестойкости, эластичности, водостойкости и адгезии покрытия к различным типам оболочек кабелей. 1 табл.
Предлагаемый состав относится к классу составов для получения огнезащитных (теплозащитных) вспенивающихся покрытий. Он может быть использован для защиты от пожара кабельной продукции.
Сущность работы таких покрытий заключается в многократном увеличении толщины покрытия при нагреве, что препятствует повышению температуры защищаемой поверхности за счет удаления от нее фронта теплового воздействия и снижения теплопроводности самого покрытия при вспенивании.
Основные теплофизические требования к огнезащитным покрытиям на кабелях изложены в НПБ 238-97 "Огнезащитные кабельные покрытия. Общие технические требования и методы испытаний".
Кроме того, огнезащитные покрытия для кабелей должны быть эластичны, водостойки, обеспечивать адгезию к резиновым, поливинилхлоридным и полиэтиленовым оболочкам кабелей, иметь минимальную толщину. Составы для огнезащитных покрытий кабелей должны наноситься кистью, валиком, краскораспылителем на поверхность кабеля.
Наиболее близким к заявленному составу является состав для получения теплозащитного покрытия, содержащий, мас.ч.:
| хлорсульфированный полиэтилен | 10-16 |
| толуол | 84-90 |
| терморасширяющийся графит | 5-30 |
| фосфат аммония | 5-30 |
| окись цинка | 1-2 |
| окись магния | 1-2 |
| стеариновая кислота | 1-2 |
| дифенилгуанидин | 0,3-0,5 |
| алюминиевая пудра или паста | 1-2 |
(Заявка 2000101172/04 от 20.01.2000 г.).
Это покрытие обладает хорошей эластичностью, адгезией к различным видам кабельной продукции и влагостойкостью, позволяющей эксплуатировать его в жестких условиях в течение не менее 18 лет.
Основные недостатки данного состава:
- наличие органического растворителя, что не позволяет наносить его без средств защиты органов дыхания в помещениях, не оборудованных вентиляцией;
- горючесть толуола делает невозможным нанесение покрытия при проведении сварочных работ и на кабелях, находящихся под напряжением;
- значительное количество растворителя уменьшает сухой остаток, а следовательно, увеличивается количество слоев при нанесении покрытия заданной толщины.
Примером другого состава для получения огнезащитного покрытия на кабелях служит также состав, представляющий собой водную дисперсию на основе акриловой дисперсии или смеси ее с гомо- или сополимерной дисперсией винилацетата, содержащий в качестве вспучивающихся добавок смесь пентаэритрита и полифосфата аммония при соотношении их 1:1,3-2,6 соответственно, а также амионоактивное и/или неионогенное поверхностно-активное вещество, пеногаситель, эфироцеллюлозный загуститель, консервирующую добавку, двуокись титана, тальк или микротальк, возможно, тетраборат натрия и воду при определенных соотношениях этих компонентов (заявка №2001106493/04 от 03.12.2002 г.).
Данный состав не содержит органического растворителя, а следовательно, не токсичен и не горюч при нанесении. Однако он имеет ряд существенных недостатков:
- водостойкость данного состава значительно ниже, чем у неводных составов (не более 3 лет при 100% влажности);
- композиция достаточно сильно наполнена, а следовательно, можно предполагать невысокую эластичность покрытия;
- вспенивание предлагаемого состава происходит через образование жидкой фазы. При этом может происходить стекание покрытия с защищаемой поверхности;
- вспенивание покрытия происходит при температуре 250-300°С, что значительно выше, чем у покрытий, в которых в качестве вспенивающегося агента выступает терморасширяющийся графит (150-200°С), как в заявке №2000101172/04 от 20.01.2000 г. Поэтому уже при первоначальном нагреве возможно повреждение оболочки кабеля;
- наличие импортных, дорогостоящих компонентов, таких как полифосфат аммония, значительно удорожает предлагаемую рецептуру.
Целью настоящей работы было получение состава для огнезащитного покрытия, свободного от вышеперечисленных недостатков.
В рецептуре покрытия в качестве вспенивающегося агента используется терморасширяющийся графит, что позволяет понизить температуру вспенивания до 150-200°С, а также избежать образования жидкой фазы во время нагрева.
В качестве связующего огнезащитного состава была выбрана смесь водных акриловых дисперсий с сухим остатком 50%, не токсичная и не горючая. Это позволяет наносить покрытие без средств защиты органов дыхания и на кабели, находящиеся под напряжением, а также при одновременном проведении сварочных работ.
Меньшее содержание растворителя по сравнению с первым прототипом позволяет сократить количество наносимых слоев. Вместе с тем, большее содержание связующего в предлагаемом составе не сравнимо с обоими прототипами, что обеспечивает значительно более высокую эластичность покрытия.
Подбор оптимального соотношения молекулярных масс акриловых полимеров (сополимеров акрилового эфира с акрилонитрилом) в воде (соотношение низко- и высокомолекулярных продуктов) позволило получить покрытие с отличными адгезионными характеристиками по отношению ко всем типам кабельных оболочек и вместе с тем обеспечить высокую влагостойкость покрытия.
С целью улучшения стабильности свойств состава при хранении использованы добавки, обладающие биоцидными и консервирующими свойствами, в частности триазиновые (гексагидро 1,3,5-три (2-гидроксил-этил)-сим-триазин (биоцид/консервант)), тиоционатные (метилен бис-тиоционат (биоцид)) и бензотиазоловые (2-[тиоцианометил-тио]бензотиазол (фунгицид)) соединения.
Испытание огнезащитной эффективности покрытия проводилось на газовой горелке по следующей методике:
- огнезащитный состав наносили на образцы кабелей с резиновой оболочкой длиной 1 м и диаметром 18 мм. Толщина слоя покрытия составляла ˜0,8 мм. Кабели закреплялись в вертикальном положении и на расстоянии 20 см от нижнего конца подвергались воздействию пламени газовой горелки с плотностью теплового потока 40 кВт/м2. После 40 мин огневого воздействия для оценки огнезащитной эффективности определялась длина обуглившейся оболочки кабеля.
Результаты испытаний приведены в таблице 1.
| Таблица 1 | ||||||||
| Наименование компонентов и их содержание (вес.ч) | Примеры | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
| Акриловые дисперсии (на основе сополимеров акрилового эфира с акрилонитрилом) | 40-80 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 60 | 80 |
| Терморасширяющийся графит | 10-30 | 20 | 20 | 20 | 20 | 10 | 25 | 10 |
| Соли фосфорной кислоты (одно- и двузамещенные аммонийные, тризамещенные натриевые фосфорной кислоты, полифосфаты аммония) | 10-35 | 20 | 20 | 20 | 20 | 25 | 10 | 25 |
| Магния окись | 10-20 | 0 | 0 | 5 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| Сурьмы (III) окись | 5-10 | 0 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Бораты (борат цинка, бура) | 5-10 | 0 | 0 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Консервирующие и биоцидные добавки (например гексагидро 1,3,5-три (2-гидрокси-этил)-сим-триазин, (метилен бис-тиоционат, 2-[тиоцианометил-тио]бензотиазол) | 1-3 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Длина обугленной или поврежденной пламенем части образца | 20-25 | 40 | 35 | 30 | 28 | 20 | 40 | 27 |
По результатам испытаний были выбраны оптимальные граничные условия соотношения компонентов.
Оптимальный состав композиции следующий, мас.ч.:
| Терморасширяющийся графит | 10-30 |
| магния окись | 10-20 |
| сурьмы (III)окись | 5-10 |
| бораты | 5-10 |
| соли фосфорной кислоты | 10-35 |
| дисперсии акриловых полимеров в воде | 40-80 |
| консервирующие и биоцидные добавки | 1-3 |
Предложенный состав прошел успешные испытания в соответствии с НПБ 238-97 "Огнезащитные кабельные покрытия. Общие технические требования и методы испытаний".
Состав для получения огнезащитных вспучивающихся покрытий, содержащий терморасширяющийся графит, окись магния, окись (III) сурьмы, бораты, соли фосфорной кислоты, дисперсии акриловых полимеров в воде с оптимально подобранным соотношением их молекулярных масс, а также - консервирующие и биоцидные добавки при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Терморасширяющийся графит | 10-30 |
| Окись магния | 10-20 |
| Окись (III) сурьмы | 5-10 |
| Бораты | 5-10 |
| Соли фосфорной кислоты | 10-35 |
| Дисперсии акриловых полимеров в воде | 40-80 |
| Консервирующие и биоцидные добавки | 1-3 |
