Огнезащитная композиция
Владельцы патента RU 2526980:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к химической промышленности, а именно к получению огнезащитных покрытий на основе полимерного связующего, и может быть использовано в разных отраслях промышленности для защиты стеклопластика. Огнезащитная композиция для покрытия стеклопластиков включает перхлорвиниловую смолу, в качестве органического растворителя смесь бутилацетата и ацетона в соотношение 1:1, в качестве вспучивающей добавки фосфорборазотсодержащий олигомер, предварительно полученный в результате взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом соотношении 2,5:1:2,5. Изобретение позволяет обеспечить высокую огнезащиту покрытий для стеклопластика. 3 табл.
Изобретение относится к области получения огнезащитных покрытий на основе полимерного связующего и может найти применение в судостроении, военной промышленности, транспорте.
Известна огнезащитная композиция, содержащая перхлорвиниловую смолу, растворитель, продукт конденсации формальдегида, дициандиамида, сорбита, щавелевой кислоты. (Пат. 2185408 Россия, C09D 127/24, C09D 5/18; Опубл. 20.07.2002).
Данная огнезащитная композиция обладает высокими вспенивающимися и теплоизолирующими свойствами, но она имеет более сложный состав, технология получения многостадийная и требует поддержания строго определенных температурных условий, необходима длительная выдержка после нанесения.
Известна композиция, предназначенная для получения защитно-декоративных покрытий древесины. Композиция содержит перхлорвиниловую смолу ПСХ-ЛС, наполнитель - двуокись титана, пигмент и растворитель. В качестве растворителя она содержит этилацетат или дихлорметилен и этилацетат, или дихлорметилен и ацетон (Пат. 2265633 Россия, C09D 127/06, C08F 14/06, C08F 114/06; Опубл. 10.12.05).
Однако указанная композиция предназначена для защиты материалов из древесины.
Наиболее близким к изобретению (прототипом) по технической сущности является огнезащитная эмаль. Композиция содержит хлорированное производное поливинилхлорида (перхлорвиниловую смолу), кремнийорганическую смолу, пентафталевую смолу, эпоксидную смолу, пигмент, растворитель, в качестве вспучивающих добавок - низкомолекулярное и полимерное фосфорсодержащие соединения, окисленный графит (Пат. 2177973 Россия, C09D 127/24, C09D 183/04, C09D 5/18, C09D 127/24; Опубл. 10.01.02).
Данная огнезащитная композиция имеет более сложный состав и предназначена для огнезащиты металлических и деревянных конструкций.
Задача: получение огнезащитной композиции на основе перхлорвиниловой смолы для стеклопластика.
Техническим результатом является обеспечение высокой огнезащиты покрытия для стеклопластика.
Поставленный технический результат достигается тем, что огнезащитная композиция для покрытия стеклопластиков, включающая перхлорвиниловую смолу, органический растворитель, вспучивающую добавку, причем она содержит в качестве растворителя смесь бутилацетата и ацетона в соотношении 1:1 и в качестве вспучивающей добавки - фосфорборазотсодержащий олигомер, предварительно полученный в результате взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом соотношении 2,5:1:2,5, при следующем соотношении компонентов, масс.ч.: перхлорвиниловая смола - 15,0 указанный органический растворитель - 85,0, указанный фосфорборазотсодержащий олигомер - 2,5-7,5.
Перхлорвиниловая смола марки CPVC (ОСТ 6-01-37-88, изм. 1,2) применяется в производстве клеев, покрытий в качестве полимерного связующего.
Бутилацетат (ГОСТ 8981-78) применяется в качестве растворителя.
Ацетон (ГОСТ 2603-79) применяется в качестве растворителя.
В качестве вспучивающей добавки используется фосфорборазотсодержащий олигомер (ФЭДА), предварительно полученный в результате взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом соотношении 2,5:1:2,5. Борат метилфосфита использовался ранее для огнезащитной модификации целлюлозных материалов (Пат. РФ 2254341 C1, C08B 15/05, опубл. 20.06.05). Для приготовления ФЭДА в мешалку загружают необходимое количество эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина, перемешивают до получения однородной массы. Затем медленно по каплям добавляют рассчитанное количество бората метилфосфита, не допуская разогрева реакционной массы выше 25°C. Синтез ведется при постоянном перемешивании. Время приготовления ФЭДА составляет 2,5-3 часа. Некоторые физические свойства олигомера представлены в таблице 1.
| Таблица 1 | |
| Физические свойства | Значение |
| Относительная плотность, г/см3 | 1,4914-1,5478 |
| Показатель преломления | 1,461-1,496 |
Наличие в составе фосфорборазотсодержащего олигомера атомов фосфора, бора и азота, являющихся ингибиторами процессов горения и окисления, придает огнестойкость композиции на основе перхлорвиниловой смолы. Кроме того, значительное содержание фосфора и бора в структуре вещества способствует достижению максимального результата, не прибегая к использованию больших концентраций.
Данный состав позволяет получать покрытия на основе перхлорвиниловой смолы с повышенной огнезащитой. Использование 15%-ных растворов перхлорвиниловой смолы наиболее оптимально. При увеличении концентрации повышается вязкость растворов, что создает технологические трудности при нанесении покрытий и приводит к ухудшению огнезащитных свойств покрытия.
Использование растворов меньшей концентрации приводит к увеличению объема составов для получения покрытия необходимой толщины. Уменьшение содержания ФЭДА приводит к снижению огнестойкости, а повышение его содержания способствует увеличению времени отверждения композиции.
Огнезащитную композицию приготавливают следующим образом.
Перхлорвиниловая смола вместе со смесью растворителей загружается в мешалку и перемешивается до полного растворения. Затем осуществляется введение вспучивающей добавки - ФЭДА. Общее время приготовления составляет 0,5-1 час.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
В колбу, содержащую раствор перхлорвиниловой смолы, вводят ФЭДА и перемешивают содержимое 3-5 минут до получения однородной массы.
Получают композиции 1-3, составы которых приведены в таблице 2.
Композиция представляет собой жидкость белого цвета. Хорошо наносится на поверхность стеклопластика.
Были исследованы различные содержания вспучивающей добавки ФЭДА. Результаты исследований приведены в таблице 3.
Заявленные пределы ФЭДА обусловлены тем, что при увеличении или уменьшении указанных дозировок уменьшается величина коэффициента вспучивания и, следовательно, снижается огнезащита.
С целью определения эффективности разработанных огнезащитных составов проведены испытания покрытий путем воздействия на обработанный образец стеклопластика источника открытого огня. Установка для испытаний собрана на базе лабораторного химического штатива и установлена в хорошо вентилируемом помещении. Образцы для измерений имеют следующие размеры: длина - 50 мм, ширина - 50 мм, толщина - 1,8-2 мм. Толщина огнезащитного покрытия 1,0 мм. Заявленная толщина покрытия объясняется тем, что при уменьшении толщины покрытия не достигаются необходимые огнезащитные свойства, а увеличение толщины покрытия ведет к возрастанию времени отверждения композиции. Перед измерениями покрытые образцы высушиваются при комнатной температуре не менее двух суток. Подготовленный к испытанию образец закрепляют в штативе строго вертикально. Используют универсальную газовую горелку Бунзена, снабженную насадкой с диаметром отверстия 7 мм. Газовую горелку (используют бытовой газ), находящуюся в горизонтальном положении на расстоянии не менее 200 мм от образца, зажигают и регулируют так, чтобы высота пламени составляла 150-180 мм. Пламя направляют точно в центр закрепленного образца стеклопластика. Подачу воздуха регулируют до тех пор, пока не исчезнет желтый кончик пламени.
Измерения температуры проводятся прибором - пирометр С-300.3 (ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования»). Принцип работы пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.
С помощью пирометра регистрируют изменение температуры на необогреваемой поверхности опытного образца с течением времени до момента достижения предельного состояния опытного образца стеклопластика. За предельное состояние материала было принято появление черного пятна на необогреваемой стороне опытного образца - потеря целостности материала. Далее замеряют высоту образовавшегося кокса по изменению толщины образца до и после испытания и рассчитывают коэффициент вспучивания.
В результате испытаний установлено, что достигнутый коэффициент вспучивания порядка 5,55-6,47 позволил значительно снизить потерю массы образца с 24,7% до 6,2-8,6%, а время достижения предельного состояния опытных образцов увеличивается в 1,7-2,0 раза.
| Таблица 2 | |||
| Компонент | Содержание компонентов, масс.ч., в композиции | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| Перхлорвиниловая смола | 15,0 | 15,0 | 15,0 |
| Органический растворитель (смесь бутилацетата и ацетона в соотношении 1:1) | 85,0 | 85,0 | 85,0 |
| Вспучивающая добавка ФЭДА | 2,5 | 5,0 | 7,5 |
| Таблица 3 | ||||
| Испытания | Показатель для композиции | |||
| Без вспучивающей добавки | 1 | 2 | 3 | |
| Коэффициент вспучивания | 1,55 | 6,0 | 5,55 | 6,47 |
| Потеря массы, % | 24,7 | 8,6 | 6,4 | 6,2 |
| Время достижения предельного состояния, с | 29 | 52 | 57 | 63 |
| Температура необогреваемой стороны подложки в момент начала вспучивания покрытия, °C | 98,1 | 68,4 | 62,8 | 60,4 |
| Температура необогреваемой стороны подложки через 25 с, °C | 126,2 | 81,3 | 79,5 | 78,6 |
Исследование стойкости к воздействию огня показывает, что введение в композицию вспучивающей добавки ФЭДА способствует образованию значительного слоя кокса, снижению потери массы образца и обеспечению высокой огнестойкости покрытия.
Технико-экономический эффект, полученный от применения данного состава, заключается в том, что его применение позволяет значительно повысить огнестойкость стеклопластика.
Огнезащитная композиция для покрытия стеклопластиков, включающая перхлорвиниловую смолу, органический растворитель, вспучивающую добавку, отличающаяся тем, что она содержит в качестве органического растворителя смесь бутилацетата и ацетона в соотношении 1:1 и в качестве вспучивающей добавки - фосфорборазотсодержащий олигомер, предварительно полученный в результате взаимодействия бората метилфосфита, эпоксидной смолы ЭД-20 и анилина в массовом соотношении 2,5:1:2,5, при следующем соотношении компонентов, масс.ч.:
| Перхлорвиниловая смола | 15,0 |
| Указанный органический растворитель | 85,0 |
| Указанный фосфорборазотсодежащий олигомер | 2,5-7,5 |
