Огнестойкие краски

Изобретение относится к аэрозольным краскам с огнеупорными и/или огнестойкими свойствами, предназначенным для аэрозольного распыления, в частности, на горючие поверхности. Аэрозольная краска содержит водную суспензию мелкоизмельченных частиц вспененного вермикулита, где частицы вермикулита представляют собой смеси химически вспученного вермикулита в количестве, предпочтительно, приблизительно, от 75 до 99 масс. %, и термически вспученного вермикулита в количестве, предпочтительно, приблизительно, от 1 до 25 масс. %. Вязкость аэрозольной краски, измеренная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), предпочтительно, находится в интервале от 5500 до 10000 сПз. Изобретение обеспечивает получение огнеупорной и/или огнестойкой краски с хорошей адгезией и нестекаемостью.3 н. и 23 з.п. ф-лы, 1 ил, 2 пр.

 

Изобретение относится к огнеупорным или огнестойким краскам, предназначенным для аэрозольного распыления на поверхности. Краска представляет собой стабильную диспергированную суспензию смеси химически и термически вспученного вермикулита. Характеристики краски значительно превышают требования класса "0" по пожарной безопасности стандарта BS476 Pt 6 & 7 или его эквивалента теста Euro BSEN 11925 BSEN 13823.

Огнестойкие краски могут наноситься на горючие поверхности в зонах высокого риска, таких как межпалубное пространство на кораблях или подводных лодках, а также в зонах риска зданий или других строений, где распространение огня может носить катастрофические последствия, например, на круизных лайнерах, в подземных железнодорожных системах и в аэропортах. Огнестойкие краски можно наносить в процессе строительства, но можно также покрывать ими уже готовые поверхности для защиты от огня, например, в коммерческих или жилых зданиях, где требуется защитить деревянные изделия.

Поверх напыленного слоя огнестойкой краски можно из эстетических соображений нанести окрашенную краску, не нарушая качества защитного покрытия из диспергированного вермикулита.

Изобретение относится к применению водной суспензии мелкоизмельченных частиц вспененного вермикулита, составленной таким образом, чтобы ее можно было нанести путем распыления на поверхности с целью существенного улучшения ее огнестойкости. Предпочтительно, суспензию формулируют таким образом, чтобы она не оседала в контейнере при поставке, чтобы она характеризовалась хорошей адгезией к обрабатываемой поверхности, и чтобы свести к минимуму ее стекание с вертикальных поверхностей.

Основным материалом при изготовлении водной суспензии огнестойкой краски является вермикулит, который представляет собой природный минерал химической формулы (Mg,Fe,Al)₃(Al,Si)₄O₁₀(OH)₂⋅4H₂O. Подвергая вермикулит нагреву или химической обработке, можно добиваться его вспенивания с образованием вспученного (вспененного) вермикулита. Содержание твердых частиц вспененного вермикулита в огнестойкой краске может быть в интервале от 5 до 35%, более предпочтительно, от 15 до 25%, например, около 20%.

Частицы вспученного вермикулита можно суспендировать в стабильную водную дисперсию. Водные суспензии вспененного вермикулита применялись для придания огнестойких свойств гибким материалам, таким как бумага и одежда. В патенте US 6,309,740 представлены способы изготовления водных суспензий вспененного вермикулита и описано применение наносимого распылением покрытия из водной суспензии химически вспененного вермикулита в качестве вторичного слоя, дополняющего первичное цементирующее покрытие огнестойкой композиции.

Настоящее изобретение относится к применению водной суспензии вспененного вермикулита в качестве аэрозольной краски для веществ, огнестойкость которых необходимо улучшить. Вермикулит в суспензии предпочтительно формулируют для удобства аэрозольного распыления и минимизации стекания с вертикальных поверхностей.

Вермикулит предпочтительно представляет собой очень тонкий порошок с размером частиц от одного нанометра до 1000 микрометров, предпочтительно не более 300 микрометров. Размер частиц D₉₀, предпочтительно, находится в интервале от 100 до 300 микрометров, более предпочтительно, от 140 до 250 микрометров, в особенности, от 160 до 200 микрометров. Твердый вермикулит представляет собой смесь химически и термически вспученного вермикулита. Предпочтительно содержание химически вспученного вермикулита составляет от 75 до 99 масс. % от общего содержания вермикулита, более предпочтительно, от 88 до 96%, например, 95%; а содержание термически вспученного вермикулита составляет от 25 до 1 масс. % от общего содержания вермикулита, более предпочтительно, от 12 до 4%, например, 5%.

Для применения в составе огнеупорной или огнестойкой краски с хорошей адгезией и нестекаемостью, предназначенной для аэрозольного распыления, предпочтительны суспензии смесей химически и механически вспученного вермикулита с вязкостью в интервале от 5500 до 10000 сПз, при измерении на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин). Предпочтительно, чтобы измеренная таким способом вязкость была не менее 8000, более предпочтительно, не менее 8400, например, не менее 8500 сПз. Предпочтительно, чтобы вязкость не превышала 9000 сПз, предпочтительно, 8700 сПз, например, не более 8600 сПз.

Хотя подходящая водная суспензия вермикулита без дополнительных присадок сама по себе позволяет получить огнестойкую краску, дополнительно суспензия может содержать и другие присадки, такие как противоусадочные агенты и флокулянты, обычно используемые в составе аэрозольных красок для улучшения их свойств, если только они не оказывают негативного влияния на способность вермикулита продолжительное время оставаться в суспендированном виде и не ухудшают его огнестойкость. Предпочтительно, если вермикулит остается в составе неподвижной суспензии в течение, по меньшей мере, 6 месяцев при комнатной температуре, например, от 5 до 35 градусов по Цельсию, например, при 20 градусах по Цельсию, более предпочтительно, если он остается в составе неподвижной суспензии в течение, по меньшей мере, 12 месяцев, в особенности, 24 месяцев или больше.

Традиционные огнестойкие краски основаны на инертном соединении, которое ограждает горючую поверхность, на которую они нанесены, и, фактически, их достаточно трудно отделить от этой поверхности при действии пламени и высокой температуры.

Огнестойкие и огнеупорные свойства аэрозольных красок, основанных на диспергированном в воде вермикулите, обусловлены четырьмя механизмами:

(1) Высохшая водная дисперсия вермикулита изолирует поверхность, на которую нанесена, не позволяя ей достичь температуры самовозгорания при действии тепла.

(2) Высохшая водная дисперсия вермикулита не пропускает кислород, так что покрытый огнестойкой краской горючий материал не загорится, даже если его температура достигнет температуры самовозгорания, поскольку для этого процесса ему не хватит кислорода.

(3) Высохшая водная дисперсия вермикулита инертна и противостоит температурам вплоть до 1200°C без разрушения. Она не загорится даже при 1350°C, но спечется, и такое спекание представляет собой барьер для пламени и также вносит свой вклад в изоляцию, хотя и в меньшей степени.

(4) В ходе описанного в пункте (3) процесса спекания вермикулит может закрыть любое отверстие на покрытии поверхности, что поддерживает барьер, препятствующий доступу кислорода. Это является следствием пластинчатой структуры частиц вермикулита, которые способны скрепляться друг с другом, что видно на холоду под электронным микроскопом.

Изобретение можно лучше понять из следующего далее описания и фигур, которые приводятся исключительно для примера:

Фигура 1 иллюстрирует диаграмму распределения размеров для дисперсии вермикулита DM651, полученного компанией Dupre Minerals Limited.

DM651 разработан компанией Dupre Minerals Limited для аэрозольного применения в составе смеси химически (95%) и термически (5%) вспененного вермикулита в контролируемом диапазоне размеров частиц, причем эти твердые частицы составляют 20% массы водного раствора. Вермикулит в таких дисперсиях может оставаться в суспендированном состоянии в течение месяцев, до года, двух лет и более. Для иллюстративных целей распределение частиц DM651 компании Dupre Minerals Limited по размерам представлено на Фигуре 1. Размер частиц колеблется от нанометров до 1000 микрометров, размер большей части частиц вермикулита составляет около 300 микрометров. Для аэрозольного распыления огнестойкой красящей среды размер частиц должен быть таким, чтобы вермикулит мог длительное время оставаться в суспензии; это позволит получить подходящий аэрозоль для распыления традиционным оборудованием без или в присутствии воздуха, добиться хорошей покрывающей способности, приемлемой термоизоляции при распылении и оградить поверхность от доступа кислорода.

Для этой цели подходят частицы вермикулита размером до 2000 микрометров, предпочтительно до 1000 микрометров, еще более предпочтительно до 300 микрометров или меньше. Предпочтительно, если размер не менее 90 масс. %, более предпочтительно, 95 масс. % частиц вермикулита не превышает 300 микрометров, и, более предпочтительно, находится в интервале от 300 до 1 микрометра. В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления, D₉₀ частиц вермикулита должен быть в интервале от 50 до 300 микрометров, предпочтительно, от 100 до 250 микрометров, более предпочтительно, от 150 до 200 микрометров. Вермикулит может входить в состав подходящей суспензии в количестве от 1 до 40 масс. %, предпочтительно, от 10 до 30 масс. %, более предпочтительно, от 15 до 25 масс. %, в особенности, около 20%.

Хотя водная суспензия вермикулита без дополнительных присадок и, в особенности, суспензия в деионизированной или дистиллированной воде представляет собой прекрасную нетоксичную среду для аэрозольного распыления, дополнительно суспензия может содержать и другие присадки, такие как противоусадочные агенты и флокулянты, обычно, используемые в составе аэрозольных красок для улучшения их свойств, а также присадки для улучшения стабильности суспензии. Предпочтительно, чтобы присадки не оказывали негативного влияния на способность вермикулита продолжительное время оставаться в суспендированном виде, и, предпочтительно, чтобы присадки не оказывали негативного влияния на способность суспензии при распылении формировать защитное огнестойкое инертное теплоизолирующее покрытие.

Следующие примеры иллюстрируют преимущества суспензии вермикулита как способного к нанесению посредством аэрозольного распыления огнезащитного материала.

Пример 1

Тест на распространение огня по окрашенной поверхности по методике испытательного центра Warrington (Великобритания) с использованием голубого гипсокартона (Warrington Blue Board test)

Проводимый по методике компании Exova Warrington тест на соответствие стандартам BS 476 Части 6 и 7

Подготовка

Голубой гипсокартон покрывают дисперсией вермикулита DM651 методом аэрозольного распыления с использованием промышленного безвоздушного распылительного пистолета, 429 сопел, 3 прохождения. После этого образцы высушивают при температуре окружающей среды, пока масса не перестанет уменьшаться, и подвергают испытанию.

Тест на соответствие стандарту BS 476 Часть 6

В этом тесте образцы закрепляют в раме в полностью закрытом испытательном стенде. Испытываемый образец подвергают воздействию пламени посредством горелки, расположенной в нижней части стенда, чтобы воспламенить образец, после чего включают инфракрасный нагреватель.

После воспламенения испытываемого образца через заданные интервалы времени измеряют и записывают возрастающую температуру. Калибровочную температуру рассчитывают на основании измеренной температуры образца, для получения индекса результат умножают на 10. Чтобы пройти тест, значение индекса через 3 минуты не должно превышать 6, а через 20 минут не должно превышать 12.

Тест на соответствие стандарту BS 476 Часть 7

Покрытый исследуемым составом голубой гипсокартон в металлической раме подвешивают под прямым углом к большому инфракрасному нагревателю. Чтобы воспламенить исследуемый образец, первые полторы минуты его подвергают воздействию пламени из расположенной в его левом нижнем углу газовой горелки. Затем включают инфракрасный нагреватель и регистрируют расстояние, которое пламя преодолевает за 10 минут.

Через 10 минут испытания голубой гипсокартон, покрытый Dupre DM651, не воспламенился, и покрытие оставалось совершенно неповрежденным. Покрытие характеризуется нулевой длиной распространения пламени, так как защищенная покрытием горючая поверхность не воспламенилась. Чтобы пройти уровень 1 теста, длина распространения пламени от ближайшего к газовой горелке края не должна превышать 165 мм. Испытываемый образец также прошел уровень "0" Части 6 теста, в ходе которого измерялась теплоотдача, поскольку голубой гипсокартон вообще не загорелся.

Результаты

Так как голубой гипсокартон не загорелся, распространения пламени также не наблюдалось. Все три испытываемые образца с легкостью прошли испытание по Части 6 и 7, показав характеристики, соответствующие принятым в Великобритании классам 1 и 0. Поскольку трехкратное покрытие исследуемого образца оказалось достаточным для обеспечения полной защиты, пользы от нанесения дополнительных слоев покрытия не предполагается.

Пример 2

20 масс. % дисперсию, содержащую 95% химически и 5% механически вспученного вермикулита Dupre DM651, нанесли на расположенную вертикально деревянную доску, распылив ее из промышленного безвоздушного распылительного пистолета, 429 сопел. В результате была достигнута прекрасная адгезия с исчезающе малой тенденцией к отеканию. Нанесенный распылением материал высушили, чтобы получить равномерное интактное покрытие.

По сравнению с этими результатами, не удалось найти ни одной 100% химически вспученной суспензии, из которой удалось бы получить не засоряющий сопла аэрозоль и нестекающее герметичное покрытие. Суспензия, фактически, идентичная по составу Dupre DM651, но содержащая 100% химически вспученного вермикулита, не прилипала к поверхности при нанесении методом аэрозольного распыления. Суспензия, содержащая 100% химически вспученного вермикулита с более высокой массовой концентрацией твердого вещества прилипала к поверхности, но при этой высокой концентрации ее не удавалось нанести методом аэрозольного распыления, не засорив немедленно сопла аэрозольного распылителя. Таким образом, применение смеси химически и механически вспученного вермикулита позволяет получить суспензию, которую можно успешно наносить на субстрат методом аэрозольного распыления, и которая прилипает к нему, не стекая с вертикальной, наклонной поверхности или поверхности нерегулярной формы.

Вязкость суспензии Dupre DM651, измеренная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), составила 8600 сПз. Это отличает ее от Dupre DM338S, сопоставимой суспензии химически вспученного вермикулита с похожим профилем размера частиц; измеренная при описанных условиях вязкость такой суспензии составляет 1560 сПз. Предпочтительными для аэрозольного применения в качестве огнестойкой краски с хорошими свойствами адгезии и нестекаемости являются суспензии смесей химически и механически вспученного вермикулита, вязкость которых при измерении на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин) находится в интервале от 5500 до 10000 сПз. Предпочтительно, чтобы вязкость краски, определенная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), была бы не менее 8000, более предпочтительно, не менее 8400, такая как, например, 8500. Предпочтительно, чтобы вязкость, определенная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), была бы не более 9000 сПз, предпочтительно, не более 8700 сПз, такая как, например, 8600 сПз.

1. Аэрозольная краска с огнеупорными и/или огнестойкими свойствами, содержащая водную суспензию мелкоизмельченных частиц вспененного вермикулита, где частицы вермикулита происходят из смеси химически и термически вспученного вермикулита, и

где содержание химически вспученного вермикулита находится в интервале от 75 масс. % до 99 масс. % от общего содержания вермикулита, а содержание термически вспученного вермикулита находится в интервале от 25 масс. % до 1 масс. % от общего содержания вермикулита.

2. Аэрозольная краска по п. 1, где содержание химически вспученного вермикулита находится в интервале от 88 масс. % до 96 масс. % от общего содержания вермикулита, а содержание термически вспученного вермикулита находится в интервале от 12 масс. % до 4 масс. % от общего содержания вермикулита.

3. Аэрозольная краска по п. 1, где содержание химически вспученного вермикулита составляет около 95 масс. % от общего содержания вермикулита, а содержание термически вспученного вермикулита составляет около 5 масс. % от общего содержания вермикулита.

4. Аэрозольная краска по п. 1, где размер частиц вермикулита составляет от одного нанометра до 1000 микрометров.

5. Аэрозольная краска по п. 1, где суспензия вермикулита содержит вспененный вермикулит с размером частиц 300 микрометров или меньше.

6. Аэрозольная краска по п. 1, где диаметр D₉₀ частиц вермикулита находится в интервале от 50 до 300 микрометров.

7. Аэрозольная краска по п. 1, где диаметр D₉₀ частиц вермикулита находится в интервале от 100 до 250 микрометров.

8. Аэрозольная краска по п. 1, где диаметр D₉₀ частиц вермикулита находится в интервале от 150 до 200 микрометров.

9. Аэрозольная краска по п. 1, где суспензия вермикулита содержит приблизительно от 3 до 40 масс. % вермикулита.

10. Аэрозольная краска по п. 1, где суспензия вермикулита содержит приблизительно от 10 до 30 масс. % вермикулита.

11. Аэрозольная краска по п. 1, где суспензия вермикулита содержит приблизительно от 15 до 25 масс. % вермикулита.

12. Аэрозольная краска по п. 1, где суспензия вермикулита содержит приблизительно 20 масс. % вермикулита.

13. Аэрозольная краска по п. 1, вязкость которой, измеренная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), находится в интервале от 5500 до 10000 сПз.

14. Аэрозольная краска по п. 1, вязкость которой, измеренная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), находится в интервале от 8000 до 9000 сПз.

15. Аэрозольная краска по п. 1, вязкость которой, измеренная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), находится в интервале от 8400 до 8700 сПз.

16. Аэрозольная краска по п. 1, вязкость которой, измеренная на вискозиметре Брукфилда (шпиндель №6, 20 об/мин), находится в интервале от 8500 до 8600 сПз.

17. Аэрозольная краска по п. 1, сохраняющая стабильность при хранении в течение не менее 6 месяцев, так что все это время вермикулит остается в суспензии.

18. Аэрозольная краска по п. 1, сохраняющая стабильность при хранении в течение не менее 12 месяцев, так что все это время вермикулит остается в суспензии.

19. Аэрозольная краска по п. 1, сохраняющая стабильность при хранении в течение 24 месяцев, так что все это время вермикулит остается в суспензии.

20. Аэрозольная краска по п. 1, которая при нанесении методом аэрозольного распыления в три слоя выдерживает наиболее строгие испытания на соответствие стандартам BS476 Части 6 и/или 7.

21. Способ придания субстрату огнестойких или огнеупорных свойств, включающий аэрозольное нанесение на субстрат аэрозольной краски по п. 1.

22. Способ по п. 21, где субстрат представляет собой древесину.

23. Способ по п. 21, где аэрозольную краску наносят не в качестве вторичного слоя, дополняющего первичное цементирующее покрытие огнестойкой композиции.

24. Способ по п. 21, где аэрозольную краску наносят непосредственно на субстрат в качестве одного или более покрытий.

25. Способ по п. 21, где поверх аэрозольной краски наносят цветное покрытие или декоративный слой.

26. Субстрат, покрытый одним или более покрытиями аэрозольной краски по п. 1.