Огнезащитный состав для металлоконструкций
Изобретение относится к огнезащитному составу вспучивающего действия для металлоконструкций. Состав включает пленкообразующее, отвердитель ОСА-1, ионогенное ПАВ и загуститель. Причем в качестве пленкообразующего используют алюмофосфатное или алюмохромфосфатное пленкообразующее. В качестве загустителя используют измельченное базальтовое волокно, стеклянные микросферы или их смесь. Огнезащитный состав обладает улучшенными технологическими свойствами, в частности способностью к вспучиванию при повышенных температурах. Использование состава повышает огнезащитную эффективность. 1 табл.
Изобретение относится к способам огнезащиты металлоконструкций и может найти применение в промышленном и гражданском строительстве, в производстве огнестойкой продукции, а также при проведении профилактических мероприятий по огнезащите производственных объектов.
В последние годы наиболее перспективными признаны металлофосфатные композиции благодаря их высокой эффективности, относительно невысокой стоимости и способности к вспучиванию при повышенных температурах.
Известен способ получения огнезащитного состава, предложенный в [RU №2277076, кл. B27K 3/52, C09K 21/10]. Он предусматривает смешение алюмохромфосфата, неионогенного ПАВ и полиамина [см. RU 2228925, кл. С07С 211/13, 209/60], предварительно нейтрализованного ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,8, причем в качестве полиамина используют водный раствор продукта общей формулы
H2[H6N2C2]n+1NCON[C2N2H6]m+1, где n=0,1 и m=0,1,
при следующем массовом соотношении компонентов алюмохромфосфат: неионогенное ПАВ:полиамин, равном (20-90):(0,1-0,5):(10-80).
При обработке изделий из древесины данный огнезащитный состав обеспечивает их перевод в первую группу огнезащитной эффективности. К его недостаткам может быть отнесена повышенная скорость отверждения, зависящая от температуры окружающей среды, а также невысокая вязкость, затрудняющая получение слоев повышенной толщины при огнезащите металлоконструкций.
Известен [SU №883119, кл. C09D 5/18, C09D 3/54] огнезащитный вспучивающийся состав для покрытия, включающий пленкообразующее на основе карбамидоформальдегидной или меламиноформальдегидной смолы, стекловолокно, пористый наполнитель, растворитель и карбонизирующие добавки (карбамид, меламин и пр.). К его существенным недостаткам следует отнести пониженную атмосферостойкость используемого пленкообразующего.
Известны также композиции для огнезащитного покрытия, предусматривающие применение в качестве пленкообразователей силикатов и сложных фосфатов, которые содержат пористый и волокнистый наполнитель, ПАВ и другие компоненты [RU №94044272, кл. C09D 21/14; RU №2084481, кл. C09D 1/04]. Для указанных составов характерен невысокий коэффициент вспучивания при повышенных температурах, что обусловливает повышенный расход композиций в ходе проведения огнезащитных работ.
Наиболее близким по технической сущности является огнезащитный состав вспучивающего действия, описанный в [RU №2339671, кл. C09K 21/10]. Его изготовление предусматривает смешение металлофосфата и композиции, включающей отвердитель, ионогенное ПАВ и преобразователь ржавчины «НОТЕХ», причем в качестве отвердителей используются огнезащитный состав для древесины марки «ОСА-1», аминный модификатор АМ-1, аминоспирты и другие аминосоединения, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: металлофосфат:отвердитель: ионогенное ПАВ:«НОТЕХ», равном (40-90):(5-30):(0-15):(0-20).
При использовании данного состава необходимо нанесение нескольких его слоев, что вызвано пониженной вязкостью композиции. В результате этого увеличиваются стоимость и сроки проведения огнезащитных работ.
Технической задачей настоящего изобретения является огнезащитный состав вспучивающего типа, обладающий улучшенными технологическими свойствами.
Поставленная задача достигается тем, что наряду с металлофосфатным пленкообразующим, отвердителем «ОСА-1» и ионогенным ПАВ он содержит загуститель, проявляющий теплоизолирующие свойства.
Сущностью предлагаемого технического решения является огнезащитный состав для металлоконструкций, включающий алюмофосфатное или алюмохромфосфатное пленкообразующее, отвердитель ОСА-1, ионогенное ПАВ и загуститель, причем в качестве загустителя используется базальтовое волокно, микросферы или их смесь, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: пленкообразующее:отвердитель: ионогенное ПАВ:загуститель, равном (50-75):(10-30):(3-10):(1-20).
При смешении указанных реагентов образуется суспензия, содержащая низкомолекулярную карбамидоформальдегидную смолу, продукты поликонденсации алюмофосфата или алюмохромфосфата и загуститель. В процессе ее дальнейшего отверждения формируются надмолекулярные структуры, склонные к вспучиванию при высокой температуре за счет отщепления низкомолекулярных соединений - воды, углекислого газа, аммиака и формальдегида.
Действительно, при добавлении к кислому алюмо- или алюмохромфосфату отвердителя и поверхностно-активного вещества рН смеси устанавливается на более высоком уровне, чем у исходных металлофосфатов, что вызывает быструю сшивку фосфатных групп с образованием пространственной сетки. С другой стороны, при рН ниже 7 компоненты отвердителя «ОСА-1» вступают в реакцию поликонденсации с образованием карбамидоформальдегидной смолы. Этому благоприятствует наличие в его составе различных метилолмочевин, склонных к конденсации в кислой среде с образованием смолообразных продуктов. Роль ионогенного ПАВ состоит в улучшении смачиваемости поверхности материала (древесины, металла) антипиреном.
Достоинством предлагаемого огнезащитного состава является его способность к вспучиванию при повышенных температурах. Это обусловлено внутримолекулярными перегруппировками в отвердителе ОСА-1 и алюмофосфате (алюмохромфосфате), сопровождаемыми отщеплением низкомолекулярных веществ, преимущественно воды. Протекание данного процесса подтверждено различными физико-химическими методами, в том числе и результатами термического анализа. Интенсивное порообразование и подьем огнезащитного слоя препятствуют воздействию открытого огня и теплового излучения на верхние слои древесины или металлоконструкции.
В отличие от прототипа количество слоев, наносимых на изделия для достижения требуемой толщины покрытия и степени огнестойкости, сокращено вдвое.
В качестве пленкообразующего использовали алюмофосфат и алюмохромфосфат, синтезированные согласно RU №2187478, кл. С04В 12/02.
Полученные продукты имели следующие показатели качества:
| Характеристика | алюмофосфат | алюмохромфосфат |
| содержание алюминия в пересчете на Al2O3, мас.% | 9,0-12,5 | 6,6-9,0 |
| содержание хрома в пересчете на Cr2O3, мас.% | - | 3,5-4,5 |
| содержание фосфатов в пересчете на Р2О5, мас.% | 32-37 | 35-39 |
| плотность, г/см3 | 1,55-1,70 | 1,60-1,75 |
Огнезащитный состав «ОСА-1» был получен по способу, описанному RU №2270752, кл. B27K 3/52, C09K 21/12.
Он предусматривает конденсацию карбамидоформальдегидного концентрата состава, мас.%:
| карбамид | 21-25 |
| формальдегид | 54-60 |
| вода | остальное |
с аммиачной водой, взятых в эквимолярном отношении по формальдегиду и аммиаку, при нагревании в слабощелочной среде в присутствии моноэтаноламина, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,15 мас.% расчете на карбамидоформальдегидный концентрат, с последующим вводом 5,2 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении и нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,7.
Отвердитель марки ОСА-1 имел следующие показатели качества:
| наличие свободного формальдегида | отсутствие |
| рН | 6,7 |
| коэффициент рефракции | 1,412 |
| плотность при 20°С, г/см3 | 1,18 |
| температура замерзания, °С | минус 15 |
В качестве ионогенного ПАВ использовали пенообразователь ПО-6 ТС марок А и Б, вырабатываемый по ТУ 0258-147-05744685 и являющийся водным раствором триэтаноламиновых солей первичных алкилсульфатов. Их содержание в использованном продукте составляло 30 мас.%.
Оценка теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий проводилась по методике, разработанной ВНИИПО. Сущность метода заключается в определении времени нагрева необогреваемой стороны образца металлической пластины до критической температуры 500°С в процессе испытаний, которые проводятся по температурному режиму, согласно ГОСТ 12.1.004-89.
Параметры огнезащиты металлоконструкций определяли по НПБ 236-97. Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Методы определения огнезащитной эффективности.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблице.
Из описания изобретения и таблицы видно, что по заявленному техническому решению можно получать огнезащитные составы вспучивающего типа, характеризующиеся высокой огнезащитной эффективностью, улучшенным пределом прочности на сжатие покрытия в сравнении с прототипом. В отличие от известного состава также отмечено сокращение количества слоев, наносимых на изделия для достижения требуемой толщины покрытия и степени огнестойкости, что сокращает затраты на проведение огнезащитных работ.
Свойства огнезащитных составов по предлагаемому способу и прототипу
| Ингредиент | Прототип | Примеры | ||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Состав, мас.% | ||||||
| алюмохромфосфат | - | - | - | 65,0 | 73,6 | - |
| алюмофосфат | 71,4 | 63,8 | 57,7 | - | - | 73,3 |
| Отвердитель ОСА-1 | 21,4 | 19,1 | 17,3 | 17,0 | 18,3 | 10,2 |
| Ионогенное ПАВ ПО-6ТС марки В | 7,2 | 6,5 | 5,8 | 8,0 | 7,0 | 3,0 |
| Загуститель: | ||||||
| - базальтовое волокнох), | - | 10,6 | - | 3,3 | 1,1 | 8,9 |
| - микросферы марки МСВП-50хх) | - | - | 19,2 | 6,7 | - | 4,6 |
| Свойства композиции | ||||||
| Количество слоев для получения толщины покрытия в 1 мм | два | один | ||||
| Время достижения критической температуры в 500°С на не-обогреваемой поверхности при толщине покрытия один мм, мин | 18,1 | 18,4 | 18,3 | 18,5 | 18,6 | 18,2 |
| Предел прочности на сжатиеххх) | 1 | 1,12 | 1,20 | 1,10 | 1,07 | 1,11 |
| Группа огнезащитной эффективности по НПБ-238-97 | III | |||||
| х)Измельченные супертонкие волокна диаметром 3 мкм и длиной 50-100 мкм | ||||||
| хх)Стеклянные микросферы с диаметром 20-160 мкм, аппретированные γ-аминопропилтриэтоксисиланом | ||||||
| ххх)Отношение предела прочности отвержденного состава к прототипу |
Огнезащитный состав для металлоконструкций, включающий алюмофосфатное или алюмохромфосфатное пленкообразующее, отвердитель ОСА-1, ионогенное ПАВ и загуститель, отличающийся тем, что в качестве загустителя используются базальтовое волокно, микросферы или их смесь, при следующем соотношении ингредиентов, мас. %: пленкообразующее:отвердитель:ионогенное ПАВ:загуститель, равном (50-75):(10-30):(3-10):(1-20).
