Способ получения огнезащитной вспучивающейся композиции

Изобретение относится к области огнезащитных вспучивающихся композиций, используемых для снижения горючести и пожаростойкости материалов и конструкций. Способ получения огнезащитной вспучивающейся композициии на основе полимерного связующего, фосфата аммония, пентаэритрита, меламина и целевых добавок для стабилизации и придания декоративности включает дополнительное введение в композицию 3,0-7,0 мас.% кремнийорганических полимеров с главными цепями из чередующихся атомов кремния и кислорода и 0,02-0,07 мас.% фуллерена C₆₀. Техническим результатом изобретения является получение покрытия, обладающего различными прочностными свойствами: сохранение адгезии к защищаемой поверхности при высоких температурах, эластическая упругость образующегося пенококса. 36 пр.

 

Изобретение относится к области огнезащитных вспучивающихся композиций, используемых для снижения горючести и пожаростойкости материалов и конструкций. Композиция изготавливается на основе полимерного связующего, фосфата аммония, пентаэритрита, меламина, кремнийорганических соединений, нанодобавок в виде фуллеренов и других вспомогательных ингредиентов, образующих покрытия, создающие при высоких температурах - пожаре - за счет синтеза олигомеров и выделения газообразных продуктов, - пеноподобные, прочные, плохо проводящие тепло структуры, называемые после карбонизации (обугливания) пенококсами.

Известные публикации обычно рассматривают огнезащитные композиции [Машляковский Л.Н., Лыков А.Д., Репкин В.Ю.. Органические покрытия пониженной горючести. - Л.: Химия, 1989. - 192 с., Патент РФ 2038977 6 В28В 19/00, С04В 41/70, С04В 28/26, 1995 Способ получения огнезащитного покрытия, http://www.faqs.org/patents/app/20090148637 Fabrication of fire materials with nanoadditives, IPC8 Class: AB32B102FI, USPC Class: 428 345.], применяемые для обеспечения сохранности в течение определенного времени прочностных параметров металлических конструкций, задерживании их нагревания до критической температуры 500°C.

Настоящее предлагаемое изобретение рассматривает другое конструкционно-техническое решение с применением огнезащитных материалов упомянутого выше типа. Защите подлежат перегородки, разделяющие на малые объемы внутренний объем - замкнутое пространство единого изделия, предназначенного для размещения в нем людей, приборов, оборудования: это суда, железнодорожные вагоны, склады, камеры хранения и т.п.

В случае возникновения пожара в одном малом объеме разделительные перегородки - переборки должны в течение заданного времени обеспечить защиту смежных малых объемов, т.е. не допустить нагревания до критической температуры, возбуждающей пожар, другой стороны переборки и обеспечить защиту от проникновения горячих потоков газов через могущие возникнуть при пожаре и короблении защитных оболочек - переборок щели и неплотности.

Таким образом, огнетеплозащите подлежат поверхности конструкций не со стороны возникшего пожара, а со смежной с нагреваемой поверхностью стороны.

Пенококсы, образуемые покрытиями из огнезащитных материалов, в зависимости от состава исходных композиций обладают различными прочностными свойствами. К таковым в наибольшей степени следует отнести, в первую очередь, способность сохранять целостность и не растрескиваться при отсутствии внешних воздействий. Затем важным фактором является адгезия к защищаемой поверхности и ее сохранность при высоких температурах. Наконец, последним важным прочностным признаком является эластическая упругость пенококса, его способность изгибаться без нарушения целостности, т.е. не растрескиваться при изгибах несущей поверхности; изгибаемостью без нарушения целостности подтверждается и адгезия пенококса к подложке.

Все три упомянутых выше признака улучшаются при введении в композиционную систему нанотел, например, фуллеренов; наиболее эффективно «работает» C₆₀. Такие системы описаны в работе [http://www.faqs.org/patents/app/20090148637 Fabrication of fire materials with nanoadditives, IPC8 Class: AB32B102FI, USPC Class: 428 345], которую и следует считать прототипом нашего предложения. Композиция из упомянутых выше ингредиентов, включающих фуллерены, обладает повышенной прочностью пенококсовых структур в сравнении с таким же композициями без этих нанотел.

Для проведения сравнительных испытаний использовали несложную, но весьма показательную методику:

- композицию наносили на тонкую стальную пластинку толщиной 0,3 мм (металлопрокат по ГОСТ 19904 - 90) 150*150 мм;

- толщина наносимого слоя составила 1,5+/- 0,1 мм;

- сжигание до образования пенококса проводили в муфельной печи при 800°C;

- эластичность пенококса определяли изгибанием пластины с покрытием, обращенным наружу, до начала растрескивания поверхности: величину изгиба - угол в градусах - принимали за искомый показатель.

Установлено, что для получения наиболее прочного (на изгиб) пенококса в композицию, содержащую полимерное связующее, фосфат аммония, пентаэритрит, меламин, и целевые добавки для стабилизации и придания декоративности следует дополнительно вводить 3,0-7,0 мас.% кремнийорганических полимеров с главными цепями из чередующихся атомов кремния и кислорода и 0,02-0,07 мас.% фуллерена C₆₀.

Пример 1 - контрольный

Составили композицию и провели при комнатной температуре диспергирование в бисерной мельнице, мас.%:

Раствор акрилового сополимера Х-50 - 27,0

Растворитель Р-4 и целевые добавки - 18,0

Пентаэритрит - 11,0

Меламин - 11,0

Полифосфат аммония - 22,0

Диоксид титана - 5,0

Пропиленгликоль - 2,0

Фуллерен C₆₀ - 0,01

Микротальк - 3,99

В качестве целевых добавок в композицию использовались: загуститель (например, БИК 410), пеногаситель (например, EFKA 2025 или БИК 051/052/053), химический диспергатор (например, Диспербик 108), и смачиватель (например, Диспербик 174). Введение коалесцента в органические растворы полимеров не предусмотрено ввиду их природы и, следовательно, способности образовывать покрытия без присутствия в составе композиции коалесцириющей добавки.

Полученную массу нанесли 3 слоями на металлическую пластину с указанными выше параметрами, высушивая каждый слой до постоянного веса. Толщину покрытия, как указано выше, довели 1,5 мм. Окрашенную пластину с покрытием в течение 2,5 мин подвергали огневым испытаниям в муфельной печи при 800°C. Толщина пенококсового слоя составила около 50 мм - неровности поверхности не позволили произвести более точное измерение. При изгибании пластины до возникновения трещин удалось достигнуть угла изгиба 13,0+/-2,0°.

Пример 2 - контрольный

В качестве связующего взяли поливинилацетатную дисперсию (ПВА-Д) пластифицированную дибутилфталатом - 8 масс %. Приготовили водный раствор целевых добавок, включающий в себя загуститель (например, Акрисол ТТ-615), пеногаситель (например, Lumiten EL), химический диспергатор (например, Pigmentverteiler А), коалесцент (например, бутилдигликольацетат) и смачиватель (например, Lumiten N-OC 30). Составили исходную композицию, содержащую мас.%:

Пентаэритрит - 11,0

Меламин - 11,0

Диоксид титана - 4,0

Пропиленгликоль - 2,0

Микротальк - 4,0

Фуллерен C₆₀ - 0,02

Водный раствор загустителя и целевых добавок - 20,98

Смесь при комнатной температуре загрузили в бисерную мельницу и продиспергировали.

К полученной смеси добавили ПВА-Д - 25 мас.% и полифосфат аммония - 22,0.

Полученную композицию нанесли на металлическую пластину и испытали, как описано в примере 1.

При изгибании пластины пенококсом вверх до начала растрескивания достигли угла изгиба 17,0+/-2,0°.

Пример 3 - контрольный

Изготовили композицию по примеру 1, исключив фуллерен C₆₀. Нанесение и испытание провели, как в примере 1.

Угол изгиба измерить не удалось, т.к. растрескивание началось в начальной стадии изгиба.

Пример 4 - контрольный

Изготовили композицию по примеру 2, исключив фуллерен С₆₀. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

При изгибании растрескивание началось сразу.

Пример 5

Изготовили композицию по примеру 1, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,03 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 16,0+/-2,0°.

Пример 6

Изготовили композицию по примеру 1, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 масс %. Нанесение и испытание провели, как в примере 1.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 21,0+/-2,0°.

Пример 7

Изготовили композицию по примеру 1, увеличив содержание фуллерена C₆₀ До 0,07 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 23,0+/-2,0°.

Пример 8

Изготовили композицию по примеру 1, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,03 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 17,0+/-2,0°.

Пример 9

Изготовили композицию по примеру 2, увеличив содержание фуллерена C₆₀ До 0,03 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 20,0+/-2,0°.

Пример 10

Изготовили композицию по примеру 2, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 23,0+/-2,0°.

Пример 11

Изготовили композицию по примеру 2, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,07 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 25,0+/-2,0°.

Пример 12

Изготовили композицию по примеру 2, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,09 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 19,0+/-2,0°.

Пример 13

Составили композицию по примеру 1, уменьшив на 5,0 мас.% количество растворителя Р-4 и заменив его на этилсиликат марки 32 (ЭС-32).

Остальные действия по нанесению и испытанию пластины осуществляли по примеру 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 21,0+/-2,0°.

Пример 14

Изготовили композицию по примеру 13, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,03 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 23,0+/-2,0°.

Пример 15

Изготовили композицию по примеру 13, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 25,0+/-2,0°.

Пример 16

Изготовили композицию по примеру 13, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,07 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 27,0+/-2,0°.

Пример 17

Изготовили композицию по примеру 13, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,09 масс %. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 19,0+/-2,0°.

Пример 18

Составили и испытали композицию как в примере 5, но с 7,0 мас.% ЭС-32.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 25,0+/-2,0°.

Пример 19

Изготовили композицию по примеру 18, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 25,0+/-2,0°.

Пример 20

Изготовили композицию по примеру 18, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,07 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 27,0+/-2,0°.

Пример 21

Изготовили композицию по примеру 18, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,09 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 18,0+/-2,0°.

Пример 22

Составили и испытали композицию как в примере 5, но с 9,0 мас.% ЭС-32.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 23,0+/-2,0°.

Пример 23

Изготовили композицию по примеру 22, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Угол изгиба до начала растрескивания составил 19,0+/-2,0°.

Пример 24

Составили и испытали композицию как в примере 5, но этилсилоксан ЭС-32 заменили органосилоксаном КО-921 (алкилфенилсилоксан).

Предельный угол изгиба составил 19,0+/-2,0°.

Пример 25

Изготовили композицию по примеру 24, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Угол изгиба до начала растрескивания составил 16,0+/-2,0°.

Пример 26

Составили и испытали композицию как в примере 24, но с 7,0 масс % КО-921.

Предельный угол изгиба составил 19,0+/-2,0°.

Пример 27

Композиция и испытания по примеру 2, где 3,0 мас.% водного раствора загустителя и целевых добавок заменили эквимассовым количеством ЭС-32. Предельный угол изгиба - 20,0+/-2,0°.

Пример 28

Композиция и испытания по примеру 27, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Предельный угол изгиба - 23,0+/-2,0°.

Пример 29

Композиция и испытания по примеру 27, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,07 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Предельный угол изгиба - 26,0+/-2,0°.

Пример 30

Композиция и испытания по примеру 27, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,09 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1. Предельный угол изгиба - 20,0+/-2,0°.

Пример 31

Композиция и испытания по примеру 2, где 5,0 мас.% водного раствора загустителя и целевых добавок замещено эквимассовым количеством ЭС-32.

Предельный угол изгиба - 19,0 0+/-2,0°.

Пример 32

Композиция и испытания по примеру 31, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,05 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Предельный угол изгиба - 21,0+/-2,0°.

Пример 33

Композиция и испытания по примеру 31, увеличив содержание фуллерена C₆₀ до 0,07 мас.%. Нанесение и испытание провели как в примере 1.

Предельный угол изгиба - 19,0+/-2,0°.

Пример 34

Композиция и испытания по примеру 27, но вместо ЭС-32 взят КО-921 в том же количестве.

Предельный угол изгиба 16,0+/-2,0°.

Пример 35

Составили и испытали композицию как в примере 34, но с 5,0 мас.% КО-921.

Предельный угол изгиба составил 13,0+/-2,0°.

Пример 36

Составили и испытали композицию как в примере 35, увеличив содержание фуллерена C₆₀ До 0,05 мас.%.

Предельный угол изгиба составил 13,0+/-2,0°.

Способ получения огнезащитной вспучивающейся композиции на основе полимерного связующего, фосфата аммония, пентаэритрита, меламина и целевых добавок для стабилизации и придания декоративности, отличающийся тем, что в композицию дополнительно вводят 3,0-7,0 мас.% кремнийорганических полимеров с главными цепями из чередующихся атомов кремния и кислорода и 0,02-0,07 мас.% фуллерена C₆₀.