Способ получения огнезащитного состава и огнезащитный состав для трубопроводного и кабельного перехода переборки

Изобретение относится к противопожарным техническим средствам и может быть использовано для защиты трубопроводных и кабельных переходов в прочных переборках судов и промышленных объектах с повышенной пожароопасностью. Предложен способ получения огнезащитного состава взаимодействием глицерина с тетраэтоксисиланом при мольном соотношении глицерин:тетраэтоксисилан от 2 до 4 с одновременной отгонкой этилового спирта при использовании в качестве катализатора тетрабутоксиолова, где полученный глицерат кремния далее смешивают с диоксидом кремния и карбонатом калия. Предложен также огнезащитный состав для трубопроводного и кабельного перехода переборки, полученный заявленным способом. Технический результат – предложенный способ позволяет получить высококонденсированный глицерат кремния, используемый в качестве огнезащитного состава как индивидуально, так и в смеси с мелкодисперсным диоксидом кремния. При термическом воздействии из полученного заявленным способом глицерата кремния образуется пеносиликат с низкой теплопроводностью. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 9 пр.

 

Изобретение относится к противопожарным техническим средствам и может быть использовано для защиты трубопроводных и кабельных переходов в прочных переборках судов, промышленных объектах с повышенной пожароопасностью и т.п.

Для решения подобных задач распространены следующие способы получения огнезащитных составов с использованием как неорганических силикатных гелей [1], так и их смесей с различными органическими веществами [2], которые при воздействии высоких температур превращаются в пеносиликаты.

Решение поставленной задачи достигается тем, что коллоидный раствор силиката калия с содержанием, мас. %: K₂O 7-12, SiO₂ 23-38, H₂O 50-70 получают частичной деполимеризацией золя кремнезема с концентрацией SiO₂ 15-45 мас. % и размером частиц SiO₂ не более 30 нм гидроксидом калия и/или силикатом калия с отношением SiO₂ мас. %/K₂O мас. % менее 2,5 до содержания α-SiO₂ 1-10 мас. % от общего содержания SiO₂, с последующей дегазацией и концентрированием и отверждают.

Под частичной деполимеризацией здесь понимается переход SiO₂ в раствор в виде низко полимерной формы (так называемого α-SiO₂, [1]) с поверхности коллоидных частиц кремнезема, вызванный разрывом связей Si-O-Si гидроксид-ионами КОН и/или силиката калия. Вследствие происходящих при этом физико-химических процессов взаимодействия различных форм кремнезема через определенное время раствор теряет первоначальную подвижность с образованием светопрозрачной композиции в виде геля.

Получаемая светопрозрачная композиция при нагреве выше 100-150°C вспучивается парами содержащейся в ней воды.

Известен также способ получения глицерата кремния из глицерина и тетраэтоксисилана в присутствии катализатора этерификации тетрабутоксититана при соотношении глицерин / тетраэтоксисилан / тетрабутоксититан 14÷7/1/0,06 с получением раствора глицерата кремния в глицерине, который при высокотемпературном воздействии превращается в пеносиликат с зольностью до 9% масс [3]. Указанный способ выбран в качестве прототипа.

Недостатком известного способа является низкое содержание кремния в получаемом глицерате кремния, что приводит к воспламеняемости при термическом воздействии, а так же низкой зольности и низкой прочности образующегося пеносиликата после термической обработки, что приводит к невозможность использования данного глицерата кремния в качестве основного компонента огнезащитного материала.

Задачей, на решение которой направлен заявляемый способ, является разработка способа получения огнезащитного состава на основе глицерата кремния с высоким содержанием кремния, снижение концентрации катализатора этерификации за счет замены его на более эффективное тетрабутоксиолово. Это приводит к увеличению зольности и увеличению прочности получаемого пеносиликата после термической обработки глицерата кремния с сохранением его оптимальных теплопроводных характеристик.

Решение поставленной задачи достигают тем, что, в известном способе получения глицерата кремния используют более эффективный катализатор тетрабутоксиолово в более низкой концентрации с получением высоко конденсированного глицерата кремния, легкоплавкого твердого вещества.

Кроме этого, указанный технический результат достигают также тем, что полученный глицерат кремния смешивают с диоксидом кремния (загуститель) и карбонатом калия (пламя гаситель), формуют его для футеровки или заполняют им полости защищаемого объекта.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

В 2÷4 моля глицерина вводят 1 моль тетраэтоксисилана и добавляют 0,001 моля тетрабутоксиолова, затем смесь при перемешивании нагревают до 120°C с одновременной отгонкой 4-х молей этилового спирта. Затем продолжают нагрев смеси в течение 3 часов, после чего полученную горячую смесь смешивают с мелко дисперсным диоксидом кремния и карбонатом калия, выливают в форму и по охлаждении получают твердый продукт.

Образец для проведения огневых испытаний состоял из двух прямоугольных пластин 30×15 см толщиной пластин 0,5 мм между которых помещался исследуемый образец огнезащитного состава толщиной 2 мм. Проверку качества получаемого продукта пригодного для огнезащитной футеровки изделий осуществляют наблюдением за его состоянием, измеряя динамику изменения температуры внешней стенки образца пирометром DT-8862 при воздействии на противоположенную стенку образца температуры 1000°C.

Получаемый в результате синтеза глицерат кремния представляет из себя легкоплавкое вещество, растворимое в воде, которое может использоваться непосредственно как огнезащитное вещество, так и в виде смеси с мелко дисперсным диоксидом кремния и карбонатом калия в формованном или другом виде в зависимости от требуемой степени огневой и тепловой защиты.

Эффективность получаемого огнезащитного состава оценивают по скорости повышения температуры на стенке защищаемого объекта.

Пример 1. К 33 г аэросила А-175 при перемешивании постепенно добавляют глицерин 16 г и 25,5 г дистиллированной воды к полученной смеси добавляют 25 г водного 50% мас. раствора КОН так, чтобы температура не поднималась выше 40°C. Полученный раствор перемешивают еще в течение 5 мин.

Раствор заливают в пространство между защищаемым объектом и его внешней оболочкой.

Отверждение раствора осуществляют, выдерживая изделие при 60°C в течение 2-3 ч.

Испытания образца на огнестойкость проводят в муфельной печи. Разогрев муфельную печь до 1000°C, устанавливают образец на месте дверцы муфеля и далее в течение 15 мин наблюдают за его состоянием и измеряя динамику изменения температуры внешней стенки изделия пирометром.

Так же определялась зольность состава. Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 2. В одногорлую круглодонную колбу, снабженную двурогой насадкой, мешалкой и холодильником, помещают 62.53 г (0.679 моль) глицерина. В нагретый до 60°C глицерин при перемешивании порционно добавляют 20.27 г (0.097 моль) тетраэтоксисилана в присутствии 1.99 г (0.0058 моль) тетрабутоксититана (что составляет в мольном соотношении тетраэтоксисилан : глицерин = 1:7). Реакционную массу прогревают в течение 3 часов при температуре 100°C, затем для удаления спирта вакуумируют на роторном испарителе до постоянного веса (что соответствует убыли теоретического количества этилового спирта) при остаточном давлении 2-5 мм рт.ст. и температуре 120°C, а затем выдерживают при этой же температуре в течение 3 часов. Получают продукт в виде густой белой жидкости в количестве 65.09 г (выход 99%), неограниченно смешивающейся с водой, с динамической вязкостью 28.5 Па⋅сек (20±0.5°C), n_Д²⁰=1.4833. Состав полученного продукта отвечает формуле Si(C₃H₇O₃)₄⋅3C₃H₈O₃.

Определялась зольность состава. Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 3. Для получения огнезащитного состава синтезирован глицерат кремния из 4 молей глицерина и 1 моль тетраэтоксисилана в качестве катализатора этерификации использовали 0,001 моля тетрабутоксиолова.

Реакцию этерификации проводили при 120°C с одновременной отгонкой 4-х молей этилового спирта. После охлаждения продукт сливали.

Продукт глицерат кремния представляет собой твердое легкоплавкое белое вещество.

Определялась зольность состава. Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 4. К полученному в примере 3 глицерату кремния добавляли 5,4% мас. аэросила А-175 и растирали с перемешиванием в ступке до однородной вязкой консистенции.

Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 5. К полученному в примере 3 глицерату кремния добавляли 5,1% мас. аэросила А-175 и 8,6% мас. карбоната калия затем растирали с перемешиванием в ступке до однородной вязкой консистенции.

Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 6. Для получения огнезащитного состава синтезирован глицерат кремния из 3 молей глицерина и 1 моля тетраэтоксисилана в качестве катализатора этерификации использовали 0,001 моля тетрабутоксиолова в соответствии с примером 3.

Продукт глицерат кремния представляет собой твердое легкоплавкое белое вещество.

Определялась зольность состава. Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 7. К полученному в примере 6 глицерату кремния добавляли 5,2% мас. аэросила А-175 и 8,7% мас. карбоната калия затем растирали с перемешиванием в ступке до однородной вязкой консистенции.

Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 8. Для получения огнезащитного состава синтезирован глицерат кремния из 2 молей глицерина и 1 моля тетраэтоксисилана в качестве катализатора этерификации использовали 0,001 моля тетрабутоксиолова в соответствии с примером 3.

Так же определялась зольность состава. Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Пример 9. К полученному в примере 8 глицерату кремния добавляли 6,5% мас. аэросила А-175 и 8,6% мас. карбоната калия, затем растирали с перемешиванием в ступке до однородной вязкой консистенции.

Состав огнезащитного состава и результаты огневых испытаний приведены в таблице 1.

Данные таблицы 1 показывают, что получаемые огнезащитные составы из глицерата кремния по заявляемому способу приводит к получению эффективного огнезащитного материала.

Одновременное наполнение получаемого по данному способу глицерата кремния диоксидом кремния (который служит загустителем) и карбоната калия (пламягаситель) не приводит к значительному снижению огнезащитных свойств огнезащитного состава при этом введение карбоната калия в состав исключает воспламенения состава при огневых испытаниях, что свидетельствует о преимуществах заявляемого способа.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ №2205793.

2. Корнеев В.И., Данилов В.В. Растворимое и жидкое стекло. СПб.: Стройиздат, 1996. 216 с.

3. Патент РФ №2255939.

1. Способ получения огнезащитного состава путем синтеза глицерина с тетраэтоксисиланом в присутствии катализатора с одновременной отгонкой этилового спирта, в котором высококонденсированный глицерат кремния получают синтезом глицерина с тетраэтоксисиланом при мольных соотношениях: глицерин : тетраэтоксисилан от 2 до 4, а в качестве катализатора в синтезе используют тетрабутоксиолово при мольной концентрации 0,0005÷0,001, полученный глицерат кремния далее смешивают с диоксидом кремния и карбонатом калия.

2. Огнезащитный состав для трубопроводного и кабельного перехода переборки, полученный способом по п. 1, в котором полученный высококонденсированный глицерат кремния представляет собой легкоплавкое твердое вещество, предназначенное для футеровки защищаемого объекта как с наполнителем, так и без него.