Поверхностно-активные вещества для стабилизации вспучивающейся пены
Изобретение относится к водным композициям вспучивающегося покрытия. Композиция включает неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) от 9 до 20 и источник кислоты. При этом отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 имеет коэффициент расширения кокса от 40 до 75. Обеспечивается повышение огнезащитной эффективности покрытия. 5 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.
Родственная заявка
Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки США № 62/420013, поданной 10 ноября 2016 года, описание которой включено в настоящий документ в полном объеме путем ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится в целом к композициям вспучивающегося покрытия и более конкретно к водным композициям вспучивающегося покрытия, включающим неионогенное поверхностно-активное вещество.
Уровень техники
Композиции вспучивающегося покрытия можно наносить на такие подложки, как металл, дерево и другие материалы способом нанесения покрытия, обеспечивающим относительно низкую толщину пленки. Под действием огня, тепла или пламени вспучивающееся покрытие существенно расширяется с точки зрения его толщины, образуя изолирующий слой вспененного углеродного кокса. Это означает, что при нагревании вспучивающееся покрытие выделяет газы и разлагается с образованием углеродного кокса, который затем расширяется в пенококс за счет выделившихся газов. Этот термически стабильный, вспененный, многопористый остаток называется «вспучивающимся коксом» и действует как изолирующий слой, который защищает нижележащую подложку путем снижения скорости нагрева и, следовательно, продлевает время достижения подложкой критических температур разрушения.
Например, конструкционная сталь, как подложка, обычно используемая в строительной отрасли, теряет приблизительно 40% своей несущей способности при превышении температуры 500°C, в частности, при пожаре. Это, в основном, обусловлено высокой теплопроводностью, низкой удельной теплоемкостью и быстрым снижением предела прочности и модуля упругости стали. При нагревании до приблизительно 800 °C несущая способность стали снижается еще больше, приблизительно до 10% ее нормального значения. Таким образом, конструкционная сталь с нанесенным вспучивающимся покрытием, способным образовать вспучивающийся кокс, который изолирует сталь и снижает скорость нагревания при пожаре, может придать зданиям и сооружениям повышенную огнестойкость и может предотвратить или по меньшей мере отсрочить разрушение конструкции.
Целесообразно предлагать композиции вспучивающегося покрытия, которые дают вспучивающийся кокс с повышенными огнезащитными и/или изолирующими характеристиками, и таким образом, еще больше продлевают время достижения подложкой с покрытием критической температуры разрушения.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение предлагает водную композицию вспучивающегося покрытия, включающую пленкообразующую смолу, источник кислоты и неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) от 9 до 20.
Настоящее изобретение также предлагает водную композицию вспучивающегося покрытия, включающую пленкообразующую смолу, источник кислоты и неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество, содержащее от 10 до 50 мас.% силоксана, от 30 до 90 мас.% алкиленоксида и имеющее средневесовую молекулярную массу от 500 до 12000 г/моль, где массовый процент рассчитан на основе общего веса неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества в композиции покрытия.
Настоящее изобретение также предлагает подложки с нанесенными водными композициями вспучивающегося покрытия и способы повышения огнезащитной эффективности покрытий, осажденных из водной композиции вспучивающегося покрытия, путем добавления неионогенного поверхностно-активного вещества с ГЛБ от 9 до 20.
Подробное описание
Изобретатели настоящего изобретения обнаружили, что введение неионогенного поверхностно-активного вещества в композицию вспучивающегося покрытия повышает огнезащитную эффективность покрытия в сравнении с таким же покрытием без неионогенного поверхностно-активного вещества. Используемый здесь термин «огнезащитная эффективность» относится к образованию под действием тепла вспучивающегося кокса, который работает как обычный изолятор на покрываемой им подложке, увеличивая время, требуемое для разрушения конструкции с покрытием под действием тепла и/или пламени при пожаре. Таким образом, повышение огнезащитной эффективности вспучивающегося покрытия может привести к увеличению времени, требуемому для разрушения конструкции с покрытием под действием тепла и/или пламени при пожаре. Это может быть связано с улучшением стабильности, целостности и механической прочности (например, адгезии кокса, растрескивании кокса, слеживаемости кокса, плотности кокса, размера газовых пузырей и/или их однородности, коэффициента расширения кокса) пены во вспучивающемся коксе.
На протяжении всего этого описания и в прилагаемой формуле изобретения, использование единственного числа включает множественное число, а множественное число включает единственное число, если конкретно не указано иное. Например, несмотря на то что в данном документе дается ссылка на пленкообразующую смолу, источник кислоты, источник газа, неионогенное поверхностно-активное вещество, водный носитель и источник углерода, можно использовать один или более из этих компонентов и/или любые другие компоненты, описанные здесь.
Используемое в этом описании и формуле изобретения слово «содержащий» и формы слова «содержащий» не ограничивают настоящее изобретение исключением каких-либо вариантов и дополнений. Кроме того, хотя настоящее изобретение описано с использованием слова «содержащий», процессы, материалы и композиции покрытия, подробно изложенные здесь, также могут быть описаны посредством фраз «состоящий в основном из» или «состоящий из». Например, хотя некоторые аспекты изобретения описаны здесь как водная композиция вспучивающегося покрытия, полученная путем образования смеси, содержащей пленкообразующую смолу, источник кислоты, источник газа и неионогенное поверхностно-активное вещество, смесь «состоящая, в основном из» или «состоящая из» пленкообразующей смолы, источника кислоты, источника газа и неионогенного поверхностно-активного вещества также входит в сферу настоящего изобретения. В этом контексте «состоящий в основном из» или «состоящий из» означает, что любые дополнительные компоненты не влияют физически на характеристики вспучивания вспучивающихся покрытий настоящего изобретения и/или не влияют физически на общий процент или диапазон улучшения характеристик вспучивания вспучивающихся покрытий настоящего изобретения в сравнении с композициями покрытия без неионогенного поверхностно-активного вещества.
Кроме того, использование «или» означает «и/или», если конкретно не указано иное. Используемый здесь термин «полимер» относится к форполимерам, олигомерам и как гомополимерам, так и сополимерам; префикс «поли» означает два или более. Термин «включающий» и сопоставимые термины означает, включающий, но не ограничивающий. Если указаны диапазоны, то любые крайние значения этих диапазонов и/или числа в пределах этих диапазонов можно комбинировать между собой в пределах сферы действия настоящего изобретения.
Используемые здесь термины «на», «нанесенный на/поверх» «сформированный на/поверх», «осажденный на/поверх», «нанесенный перекрыванием один на другой» и «доставленный на/поверх» означает сформированный, нанесенный перекрыванием, осажденный или доставленный на, но необязательно путем контакта с поверхностью. Например, слой покрытия «сформированный поверх» подложки не исключает наличие одного или более слоев покрытия той же или другой композиции, расположенных между сформированным слоем покрытия и подложкой.
Термин «отверждать», «отвержденный» или аналогичные термины, используемые в связи с отвержденной или отверждаемой композицией, например, «отвержденная композиция» или «отвержденное покрытие» некоторого конкретного описания означает, что по меньшей мере часть пленкообразующей смолы или компонентов «связующего», которые образуют покрытие, полимеризуются и/или подвергаются реакции поперечной сшивки, или высыхают с образованием отвержденной пленки. Реакции отверждения или сушки с образованием отвержденной пленки можно проводить в условиях окружающей среды. «Условия окружающей среды» означают условия внешней среды без регулирования температуры, влажности или давления. Обычно температура окружающей среды находится в диапазоне от 15,6 до 32,2°C (от 60 до 90°F), в частности, является типичной комнатная температура 22,2°C (72°F). После отверждения или высушивания пленкообразующая смола является устойчивой к действию растворителей и к умеренному нагреву (до температур меньше, чем 100°C).
Кроме того, за исключением рабочих примеров, или если прямо не указано иное, все числовые выражения, например, количества ингредиентов, используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать, как изменяемые во всех случаях термином «приблизительно». Соответственно, если не указано иное, числовые параметры, указанные ниже в последующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приблизительными и могут меняться в зависимости от желаемых свойств, которых можно достичь согласно настоящем изобретению. По крайней мере и не как попытка ограничить применение теории эквивалентов к объему формулы изобретения, каждый числовой параметр должен по меньшей мере толковаться в свете числа указанных значащих цифр и путем применения обычной техники округления.
При том, что числовые диапазоны и параметры, определяющие обширный объем изобретения, являются приблизительными, числовые значения, изложенные в конкретных примерах, указываются с максимально возможной точностью. Однако любое числовое значение, по своей сути, содержит определенные погрешности, неизбежно возникающие из-за стандартного отклонения, определяемого соответствующими тестовыми измерениями.
Если не оговорено иное, указанные молекулярные массы являются средневесовыми молекулярными массами, определенными посредством гельпроникающей хроматографии относительно стандартов полистирола, в единицах измерения г/моль.
Настоящее изобретение предлагает водную композицию вспучивающегося покрытия, содержащую пленкообразующую смолу, источник кислоты и неионогенное поверхностно-активное вещество. Отвержденное покрытие, осажденное из водной композиции вспучивающегося покрытия на подложку 1-футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 в соответствии со стандартом EN1363-1, при нагревании может иметь коэффициент расширения кокса в диапазоне от 40 до 75, в частности, от 45 до 65, или от 50 до 75, или от 55 до 75. Образующийся при этом вспучивающийся кокс может иметь 20% снижение в растрескивании кокса по сравнению с таким же покрытием без поверхностно-активного вещества. Вспучивающийся кокс может обеспечить огнезащитную эффективность до температуры 620°C больше, чем 50 мин для покрытия толщиной 1000 микрон на подложке 1-футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 в соответствии с тестом на огнестойкость по стандарту EN13381-8 после высушивания покрытия в течение 1 недели при температуре 22°C и затем 1 недели при температуре 40°C.
Неионогенное поверхностно-активное вещество может иметь гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) в диапазоне от 9 до 20, в частности, от 12 до 19. Неионогенное поверхностно-активное вещество может быть неионогенным силиконовым поверхностно-активным веществом. Неионогенное поверхностно-активное вещество может быть неионогенным силиконовым поверхностно-активным веществом, содержащим от 10 до 50 мас.% силоксана, от 30 до 90 мас.% алкиленоксида, в частности, этиленоксида и/или пропиленоксида и иметь средневесовое значение молекулярной массы от 500 до 12000 г/моль, массовый процент рассчитан на основе общей массы неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества. Неионогенное поверхностно-активное вещество может быть неионогенным фторсодержащим поверхностно-активным веществом, например, фторэтоксилатом.
Некоторые необязательные компоненты можно дополнительно включать в водную композицию вспучивающегося покрытия, такие как водный растворитель, источник углерода, источник газа, неорганический нуклеирующий агент и/или неорганический наполнитель, пигмент, модификатор реологии, замедлитель горения и/или упрочнитель кокса.
Водные композиции вспучивающегося покрытия содержат пленкообразующую смолу, которая может быть включена в количестве от 5 до 30 мас.%, в частности, от 10 до 20 мас.%, в расчете на общую массу композиции покрытия.
Пленкообразующая смола может вноситься как твердое вещество или может вноситься в жидком носителе, таком как органический или водный растворитель. Соответственно пленкообразующая смола может быть водорастворимой смолой, смолой на водной основе или смолой на органической основе. Хотя в настоящем изобретении возможны смолы на органической основе, желательно, чтобы общее количество растворителя, вносимое в водное вспучивающееся покрытие из пленкообразующей смолы, поддерживалось ниже количества, которое способствовало бы дестабилизации неионогенных поверхностно-активных веществ настоящего изобретения. Это количество может зависеть от растворителя (-ей), в котором вносится пленкообразующая смола. Водорастворимые смолы или смолы на водной основе могут, по сути, не содержать или совсем не содержать органических растворителей.
Фраза «по сути не содержит» материал может означать, что композиция содержит только следовые или случайные количества данного материала, и что материал не присутствует в количестве, достаточном для оказания влияния на свойства композиции, такие как, например, свойства отверждения или вспучивания. Другими словами, эти материалы не имеют значения для композиции и поэтому композиция не содержит эти материалы в заметном количестве. Если они присутствуют в композиции, то обычно меньше, чем 0,1% по массе или по объему, в расчете на общую массу или общий объем, соответственно, композиции. «Совсем не содержит» материал означает, что композиция не имеет измеримого количества данного материала.
Пленкообразующая смола может быть водной дисперсией полимерных частиц, включая: метакриловые полимеры, виниловые, полиэстеры, поликарбонаты, полилактиды, полиэфиры, полисульфоны, полиуретаны, полиамиды, хлорированные полиолефины, полимочевины, эпоксиполимеры, и их смеси или их сополимеры. Латексные полимеры легко синтезируются при невысоких затратах и дают подходящий класс водных дисперсий полимерных частиц. Латексные полимеры обычно получают путем полимеризации со стадией роста цепи, используя один или более олефиновых соединений (например, мономеров). Неограничивающие примеры олефиновых соединений, которые можно использовать для получения латексных полимеров, включают этилен, бутадиен, пропен, бутен, изобутен, акриловую кислоту, метакриловую кислоту, метилакрилат, этилакрилат, пропилакрилат, бутилакрилат, 2-этилгексилакрилат, метилметакрилат, этилметакрилат, пропилметакрилат, бутилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, гидроксиэтилакрилат, гидроксиэтилметакрилат, гидроксипропилакрилат, гидроксибутилакрилат, гидроксибутилметакрилат, глицидилметакрилат, глицидиловый эфир 4-гидроксибутилакрилата, акриламид, метилакриламид, стирол, α-метилстирол, винилтолуол, винилацетат, винилпропионат, аллилметакрилат, ацетоацетил этилметакрилат (ААЭМ) диацетон акриламид, диметиламинометакрилат, диметиламинометакрилат, N-гидрокси(мет)акриламид, виниловый эфир малеиновой кислоты, виниловые сложные эфиры VERSATIC™-кислоты (VERSATIC-кислота является синтетической насыщенной монокарбоновой кислотой с высоко разветвленной структурой, содержащей от приблизительно 5 до приблизительно 10 атомов углерода) и их смеси.
Особенно подходящие пленкообразующие смолы включают смолы на основе винилацетата такие как, например, поливинилацетат, сополимеры этиленвинилацетата, сополимеры на основе сложных эфиров этиленвинилацетата карбоновых кислот, таких как неодекановая кислота или их комбинаций.
Композиции вспучивающегося покрытия могут, по сути, не содержать фенолформальдегидные форполимеры, или полиимиды, которые образуются при нагревании смеси мономеров из полиизоцианата, поликарбоновой кислоты и фурфурилового спирта при температурах выше 110°C. Кроме того, композиции вспучивающегося покрытия могут совсем не содержать фенолформальдегидные форполимеры или полиимиды, образующиеся с фурфуриловым спиртом.
Композиции вспучивающегося покрытия также могут содержать водный растворитель, который отделяется от любого растворителя, вносимого с пленкообразующей смолой, источником кислоты или неионогенным поверхностно-активным веществом. Водные растворители включают воду в качестве главного компонента. Водный растворитель может входить в состав композиции вспучивающегося покрытия в количестве от 5 до 40 мас.%, в частности, от 10 до 30 мас.%, или даже от 10 до 25 мас.%, в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
Композиции вспучивающегося покрытия содержат неионогенное поверхностно-активное вещество. Как указано выше, обнаружено, что неионогенные поверхностно-активные вещества настоящего изобретения стабилизируют вспучивающийся кокс, который образуется, когда покрытие, осажденное из композиций покрытия настоящего изобретения, подвергается действию высокой температуры, в частности, при пожаре. Эту стабилизацию можно наблюдать, как увеличение плотности кокса, снижение коэффициента расширения кокса, повышенную эластичность коксовой пены, повышение механической прочности и эффективности изоляции и/или большей долговечности композиции покрытия относительно такого же покрытия без неионогенного поверхностно-активного вещества.
Следует отметить, что неионогенные поверхностно-активные вещества настоящего изобретения не образуют пену в композициях покрытия, а только усиливают вспучивающие свойства пен, которые получаются при образовании вспучивающегося кокса (например, при воздействии на осажденные и высушенные не пенящиеся покрытия повышенных температур и/или пламени, в частности, при пожаре). Таким образом, хотя пленкообразующие смолы настоящего изобретения могут быть выбраны из полимеров, которые могут образовывать пену, находясь в жидком состоянии, например полиуретан, пленкообразующие смолы и композиции покрытия настоящего изобретения не образуют пену в жидком или неотвержденном состоянии, или при отверждении или при высушивании в условиях окружающей среды. Более того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что введение неионогенных поверхностно-активных веществ настоящего изобретения в композицию вспучивающегося покрытия улучшает пены, которые образуются после высушивания или отверждения композиции покрытия и затем подвергаются действию повышенных температур и/или пламени.
Например, обнаружено, что отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, включающей неионогенные поверхностно-активные вещества по настоящему изобретению, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 имеет коэффициент расширения кокса в диапазоне от 40 до 75, в частности, от 45 до 65, или от 50 до 75, или от 55 до 75. В целом, пены вспучивающихся коксов, образованные покрытиями настоящего изобретения, могут быть плотнее, чем пены, образованные из такого же покрытия без неионогенного поверхностно-активного вещества. Типичные размеры индивидуальных ячеек пенококса настоящего изобретения могут быть меньше, чем 1/25 дюйма (меньше, чем 1 мм).
После того, как углеродный кокс полностью вспенится, он может быть более стабильным благодаря либо одному, либо обоим факторам – повышенной эластичности пены, наблюдаемой как снижение растрескивания кокса в сравнении с тем же покрытием без поверхностно-активного вещества, и увеличенной плотности ячеек, указанной выше, за счет пониженного коэффициента расширения кокса. Например, при нагревании покрытия в соответствии со стандартом EN-1363-1, полученный вспучивающийся кокс может быть категорирован путем визуальной проверки по шкале от 1 до 5, где лучшим результатом является 5. Вспучивающиеся покрытия настоящего изобретения показывают улучшения в плотности кокса, адгезии кокса, слеживаемости кокса и/или растрескивании кокса по меньшей мере на одну единицу (например, 5, а не 4, или 4, а не 3) или по меньшей мере на 20% (1/5), больше, чем коксы, образующиеся из такого же покрытия без неионогенного поверхностно-активного вещества.
Неионогенные поверхностно-активные вещества настоящего изобретения могут улучшить механическую прочность и изолирующую эффективность вспучивающегося кокса, образующегося при действии на покрытие, осажденное из композиций покрытия настоящего изобретения, повышенных температур и/или пламени. Повышения в изолирующей эффективности можно наблюдать, как более продолжительное время замедления горения по сравнению с таким же покрытием без поверхностно-активного вещества (например, время до 620°C). То есть при нагревании в соответствии со стандартом EN-1363-1, время до 620°C для подложек со вспучивающимися покрытиями, содержащими неионогенные поверхностно-активные вещества настоящего изобретения, может быть повышено по меньшей мере на 5%, или даже по меньшей мере на 10% в сравнении с такими же покрытиями без неионогенных поверхностно-активных веществ. Например, вспучивающийся кокс может обеспечить время до достижения 620°C более, чем 50 мин для покрытия толщиной 1000 микрон на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6X16, испытанной в соответствии со стандартом EN13381-8 после того, как покрытие сушили в течение 1 недели при температуре 22°C и затем в течение 1 недели при температуре 40°C.
Эта комбинация повышений огнезащитной эффективности, наблюдаемых для покрытий, которые включают неионогенное поверхностно-активное вещество, может обеспечить расширенный диапазон Hp/A для композиций покрытия по сравнению с таким же покрытием без поверхностно-активного вещества. Таким образом, толщина покрытия на профиле строительного материала такого как, например, стальная балка, может зависеть от соотношения периметра поперечного сечения (Hp) и площади поперечного сечения (A), или от диапазона Hp/A. Композиции вспучивающегося покрытия по настоящему изобретению могут продлить время достижения подложкой критических температур разрушения и таким образом могут обеспечить нагрузки на подложку при более низкой толщине сухой пленки (ТСП), чтобы достичь достаточной или такой же огнезащиты, как покрытия без неионогенных поверхностно-активных веществ настоящего изобретения. Кроме того, при нанесении покрытия с такой же ТСП покрытия изобретения могут расширить диапазон Hp/A, выше которого они обеспечивают достаточную или такую же огнезащиту в сравнении с таким же покрытием без поверхностно-активного вещества.
Одной из количественных оценок гидрофильного и гидрофобного содержания неионогенного поверхностно-активного вещества является ГЛБ (гидрофильно-липофильный баланс). Неионогенные поверхностно-активные вещества, включенные в покрытия настоящего изобретения, могут иметь ГЛБ, равное 9 или выше, в частности, от 9 до 20, или от 12 до 19. ГЛБ, указанное в настоящем документе, рассчитывают в соответствии со способом, описанном в публикации W. C. Griffin, J. Soc. Cosm. Chem. 1954 (Vol. 5), с. 249-256, по Уравнению 1, приведенному ниже:
ГЛБ = 20 × [MГ/M] Уравнение 1
где MГ – молекулярная масса гидрофильной части молекулы и М – общая молекулярная масса молекулы, что приводит к результату по шкале от 0 до 20. Значение ГЛБ, равное 0, рассчитанное в соответствии с методом Гриффина, соответствует полностью липофильной/гидрофобной молекуле, а значение 20 соответствует полностью гидрофильной/липофобной молекуле.
Низкое значение ГЛБ указывает на неионогенное поверхностно-активное вещество, которое имеет высокую растворимость в масле; высокое значение ГЛБ указывает на неионогенное поверхностно-активное вещество, которое имеет высокую растворимость в воде или других полярных растворителях. Неионогенные поверхностно-активные вещества настоящего изобретения могут иметь значения ГЛБ, которые обеспечивают растворимость в водных композициях, в частности, ГЛБ, равное 9 или выше, в частности, от 9 до 20 или от 12 до 19.
Неионогенные поверхностно-активные вещества по настоящему изобретению могут быть неионогенными силиконовыми поверхностно-активными веществами с ГЛБ, равным 9 или выше, в частности, от 9 до 20, или от 12 до 19.
Неионогенные поверхностно-активные вещества по настоящему изобретению могут быть неионогенными силиконовыми поверхностно-активными веществами, содержащими от 10 до 50 мас.% силоксана, в частности, от 10 до 30 мас.%, где мас.% рассчитывается на основе общей массы неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества. Кроме того, неионогенные силиконовые поверхностно-активные вещества по настоящему изобретению могут включать от 30 до 90 мас.% алкиленоксида такого как, этиленоксид и/или пропиленоксид, в частности, от 50 до 75 мас.%, где мас.% рассчитывается на основе общей массы силиконового поверхностно-активного вещества. Неионогенные силиконовые поверхностно-активные вещества по настоящему изобретению могут иметь средневесовую молекулярную массу от 500 до 12000 г/моль, в частности, от 2000 до 8000 г/моль.
Типичные примеры неионогенных поверхностно-активных веществ включают такие силиконовые поверхностно-активные вещества, как силиконовые сополимеры полиэфиров (например, привитые или блочные гидролитически стабильные силиконовые полиэфиры). Силиконовые поверхностно-активные вещества обычно включены в композицию в количестве от 2 до 10 мас.%, в частности, от 4 до 8 мас.% при расчете на основе массы поверхностно-активного вещества и пленкообразующей смолы в композиции вспучивающегося покрытия.
Силиконовые поверхностно-активные вещества обычно включены в композицию вспучивающегося покрытия в количестве от 0,3 до 3 мас.%, в частности от 0,5 до 2 мас.%, от 0,5 до 1,8 мас.% или даже от 0,5 до 1,5 мас.% при расчете на основе общей массы композиции вспучивающегося покрытия. Композиции, включающие больше, чем 3 мас.% силиконовых поверхностно-активных веществ (в расчете на общую массу композиции покрытия) могут показывать пониженную огнезащитную эффективность, в частности, повышенную слеживаемость и пониженную адгезию вспучивающегося кокса к подложке в сравнении с таким же покрытием, содержащим 3% или меньше силиконовых поверхностно-активных веществ.
Типичные неионогенные силиконовые поверхностно-активные вещества могут иметь формулу:
где y и z вместе выбраны так, что неионогенное поверхностно-активное вещество содержит в сумме от 10 до 50 мас.% силоксана, в частности, от 10 до 30 мас.% силоксана; x находится в диапазоне от 4 до 18; n находится в диапазоне от 1 до 6, в частности, от 2 до 4, или 3; и x и y вместе выбраны так, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит в сумме от 30 до 90 мас.% алкиленоксида такого как, этиленоксид и/или пропиленоксид, в частности, от 50 до 75 мас.%, массовый процент рассчитан, исходя из общей массы неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества. Концевой радикал R может включать метильную, гидроксильную или алкокси группы, при этом гидроксильные группы являются особенно подходящими. Кроме того, подходящие средневесовые молекулярные массы для типичного неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества могут быть от 500 до 12000 г/моль, в частности, от 2000 до 8000 г/моль.
Другое типичное неионогенное поверхностно-активное вещество включает неионогенные фторсодержащие поверхностно-активные вещества, которые обычно включены в композицию вспучивающегося покрытия в количестве от 0,05 до 0,4 мас.%, в частности, от 0,05 до 0,2 мас.%, в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
Типичные неионогенные фторсодержащие поверхностно-активные вещества включают фторсодержащие поверхностно-активные вещества, содержащие полиэтиленгликолевые полимеры, полипропиленгликолевые полимеры и их сополимеры. В некоторых вариантах воплощения изобретения неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещества включает полиоксиэтиленфторалкиловые эфиры или полиоксиэтиленфторалкилфениловые эфиры. Типичные неионогенные фторсодержащие поверхностно-активные вещества также включают фторэтоксилаты. Например, неионогенные фторсодержащие поверхностно-активные вещества могут включать фторалкил-полиэтоксилированные поверхностно-активные вещества формулы:
F(CF2)a – (CH2CH2O)b – H
В вышеприведенной формуле a и b являются целыми числами, так что a может быть меньше 10 и b может быть в диапазоне от 1 до 16. Коммерческий пример такого фторсодержащего поверхностно-активного вещества включает, например по меньшей мере Capstone® FS-31.
Для фторэтоксилированных поверхностно-активных веществ ГЛБ можно рассчитать по Уравнению 2:
ГЛБ = 20 × [(Mэтоксилат x N)/M] Уравнение 2
где Mэтоксилат – молекулярная масса этоксилатной группы, N – число этоксилатных групп на молекулу, и M – общая молекулярная масса молекулы, что приводит к результату по шкале от 0 до 20.
Под действием тепла, обычно от 100°C до 200°C пленкообразующая смола и некоторые другие компоненты вспучивающегося покрытия могут плавиться и начинают течь. При повышении температуры (> 200°C), источник кислоты, обычно путем разложения, выделяет большое количество кислоты, которая может реагировать с другими составляющими покрытия. Если источником кислоты является полифосфат, то выделяются полифосфорные кислоты, которые могут реагировать с источником углерода, например, многоатомным спиртом с образованием сложных эфиров полифосфорной кислоты. Разложение этих сложных эфиров приводит к образованию соединений углерода, которые вместе с образовавшимися газами, например, газами, которые выделяются вспенивающим агентом, или путем реакции между источником кислоты и пленкообразующей смолой приводят к образованию углеродной пены или кокса.
Композиции вспучивающегося покрытия содержат источник кислоты, примеры которого включают фитатные производные, полифосфат аммония, фосфат меламина, сульфат магния, пентаборат аммония, борат цинка, борную кислоту и соли сульфоновой кислоты. Источник кислоты обычно входит в состав вспучивающегося покрытия в количестве от 5 до 40 мас.%, в частности, от 10 до 35 мас.% или от 20 до 30 мас.% в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
Особенно подходящим источником кислоты является полифосфат аммония, обычная аббревиатура ПФА, поскольку он имеет высокое содержание фосфора и выделяет фосфорную кислоту при температурах ниже температур разложения необязательных источников углерода и газа, описанных ниже, и все же выше обычных температур, используемых в технологии изготовления вспучивающейся композиции. Полифосфаты аммония являются полимерными фосфатами со связями P-O-P, которые можно представить формулой: Hn-m+2(NH4)mPnO3m+1, где среднее значение n равно по меньшей мере приблизительно 10, среднее значение m является числом вплоть до n+2, и отношение m/n находится в диапазоне от приблизительно 0,7 до приблизительно 1,2. Значения n и m для любого конкретного соединения будут позитивными целыми числами, в то время как средние значения n и m для смеси соединений, составляющих полифосфат аммония, может быть, каждое значение отдельно, позитивным целым или позитивным числом, которое не является целым. Особенно часто в композициях вспучивающегося покрытия настоящего изобретения используются полифосфаты аммония, включающие полифосфаты со значением n > 1000.
Композиции вспучивающегося покрытия, как правило, содержат соединение или группу соединений, способных выделять газ при действии тепла («источник газа»). Эти газы, обычно, кислород, азот, диоксид углерода, диоксид серы, газообразный аммиак или их смеси действуют как вспенивающий агент для вспенивания углеродного кокса. Газ может образоваться путем реакции между некоторыми компонентами вспучивающегося покрытия, например, путем реакций между источником кислоты и пленкообразующей смолой под действием тепла. В таком случае вспенивание или образование газа может начаться при температурах, при которых источник кислоты разлагается (>200°C) с образованием кислоты, которая может реагировать с пленкообразующей смолой.
Альтернативно или в дополнение источник газа может быть добавлен как отдельный компонент в композицию покрытия. Подходящие источники газа включают соединения, которые разлагаются или активируются с образованием газов (например, кислорода, азота, диоксида углерода, диоксида серы и/или аммиака) выше 200°C, например, в диапазоне от 200 до 400°C. Походящие источники газа включают полимерные материалы и/или определенные мономерные материалы или их смеси, которые могут образовывать полимеры или сополимеры при отверждении и которые разрушаются при таких повышенных температурах с выделением газов. Типичные полимерные материалы, которые можно использовать в качестве источника газа, включают полилактиды, которые разлагаются при температурах от 200°C до 350°C как определено термогравиметрическим анализом (ТГА). Дополнительные типичные полимерные материалы включают по меньшей мере полисульфоны, поликарбонаты, полиэфиры и/или полиэстеры.
Другие подходящие источники газа включают азотсодержащие соединения, такие как меламин, соли меламина, производные меламина, мочевину, дициандиамид, гуанидин и цианураты. Конкретные дополнительные примеры включают глицин, фосфат меламина, борат меламина, меламинформальдегид, меламинцианурат, трис-(гидроксиэтил)изоцианурат (ТГЭИЦ), или хлорированный парафин. Источник газа, включенный в качестве отдельного компонента в композицию вспучивающегося покрытия, может входить в композицию в количестве от 3 до 20 мас.%, в частности, от 3 до 15 мас.% или даже от 8 до 12 мас.%, в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
Композиции вспучивающегося покрытия могут содержать источник углерода, который может быть жидким источником углерода, твердым источником углерода или их комбинацией. Источник углерода может быть внесен посредством пленкообразующей смолы и/или любого полимерного материала, используемого в качестве источника газа. Эти материалы при действии тепла, в частности, при пожаре, могут реагировать с источником кислоты с образованием вспучивающегося кокса. Дополнительные источники углерода могут быть добавлены с целью усиления образования углеродного кокса. Типичные дополнительные источники углерода включают органические соединения с несколькими гидроксильными функциональными группами такими как источники твердого углерода - пентаэритрит, дипентаэритрит и трипентаэритрит. Крахмал, сахара, олигомеры полиолов, глицерин и вспениваемый графит являются другими типичными дополнительными источниками углерода. Дополнительные источники углерода, при их использовании, могут быть включены в композицию вспенивающегося покрытия в количестве от 0,1 до 20 мас.%, в частности, от 3 до 15 мас.% или даже от 8 до 12 мас.% в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
Неорганические «нуклеирующие» агенты также могут быть включены в композиции вспучивающегося покрытия по настоящему изобретению, поскольку они обеспечивают зародыши для образования вспучивающегося кокса и улучшают свойства термической стойкости и стабильность кокса во время пожара. Таким образом, композиции вспучивающегося покрытия по настоящему изобретению могут содержать нуклеирующий агент, примеры которого включают диоксид титана, оксид цинка, оксид алюминия, диоксид кремния, силикаты, оксиды тяжелых металлов, такие как оксид церия, оксид лантана и оксид циркония, карбонат кальция, газовую сажу, тальк, волластонит, слюдяной оксид железа, каолин, слюду и бентонитовую глину. Нуклеирующий агент такой как диоксид титана также может придавать непрозрачность покрытию. Нуклеирующий агент, при его использовании, может быть включен во вспучивающееся покрытие в количестве от 3 до 20 мас.%, в частности, от 3 до 15 мас.%, или даже от 8 до 12 мас.%, в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
Кроме того, в некоторых случаях вводят добавки как часть вспучивающихся ингредиентов, чтобы облегчить образование и упрочнение кокса и предотвратить разложение кокса (например, упрочняющие кокс агенты). Такие добавки включают твердые вещества, такие как борат цинка, станнат цинка, гидроксистаннат цинка, стеклянные чешуйки, стеклянные шарики, полимерные шарики, волокна (керамические, минеральные, на основе стекла/диоксида кремния) гидроксид алюминия, оксид сурьмы, фосфат бора, пирогенный кремнезем. Особенно подходящие волокна включают конструкционные минеральные волокна длиной от 100 до 5000 микрон, в частности, длиной от 100 до 1000 микрон, или даже длиной от 100 до 500 микрон. Такие добавки могут быть включены во вспучивающееся покрытие в количестве от 1 до 5 мас.% в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия. Эти ингредиенты обычно добавляют, чтобы стабилизировать кокс путем снижения коэффициента расширения кокса, чтобы кокс не становился слишком «воздушным» или большим, чтобы оставаться стабильным. Включение неионогенных поверхностно-активных веществ в композиции покрытия по настоящему изобретению могут свести на нет или уменьшить потребность в подобных добавочных стабилизирующих агентах.
Кроме того, модификаторы реологии, такие как тиксотроп могут быть включены в композицию вспучивающегося покрытия. Подходящие тиксотропные добавки включают органически модифицированные неорганические глины, такие как бентонитовые глины, гекторитовые глины или аттапульгитовые глины, тиксотропы из органического воска на основе касторового масла и производные касторового масла и пирогенный кремнезем.
Для того, чтобы улучшить или облегчить диспергирование вспучивающихся ингредиентов во вспучивающемся покрытии может быть целесообразным вводить смачивающие/диспергирующие добавки. Такие добавки обычно вносятся в жидкой форме с растворителем или без растворителя. Смачивающие/диспергирующие добавки отличаются от неионогенных поверхностно-активных веществ по настоящему изобретению более низкими значениями ГЛБ (например, ГЛБ меньше 9). Кроме того, такие добавки обычно не являются силиконами и являются ионными по своей природе, поскольку вносятся как соли карбоксилатов.
Вспучивающиеся композиции по настоящему изобретению могут дополнительно включать галоидированную полимерную смолу в качестве замедлителя горения и/или расширяющего агента для кокса. Особенно подходящие замедлители горения включают хлорированный парафин, который может быть введен в композицию в количестве от 0,1 до 15 мас.%, в частности, от 2 до 10 мас.% в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
Настоящее изобретение, кроме того, относится к подложкам по меньшей мере частично покрытым композицией вспучивающегося покрытия, описанным здесь. Подложки, на которые можно наносить эти композиции, включают жесткие металлические подложки, такие как черные металлы, алюминий, сплавы алюминия, медь и другие металлы или сплавы. Типичные подложки черных металлов, которые применяют в практике настоящего изобретения, включают железо, сталь и их сплавы.
Стальные профили, требующие огнезащиты, обычно подвергают струйной очистке перед нанесением вспучивающегося покрытия, чтобы удалить окалину и другие отложения, которые могут привести к преждевременной порче вспучивающегося покрытия или при длительном атмосферном воздействии, или при пожаре. Для того, чтобы предотвратить разрушение поверхности, подвергнутой струйной очистке, особенно когда вспучивающееся покрытие наносят с отсрочкой во времени, обычной практикой является нанесение грунтовочного покрытия. Грунтовочное покрытие часто наносят на месте эксплуатации.
Примерами подходящих грунтовочных покрытий являются покрытия на основе эпоксиполимеров, модифицированных эпоксиполимеров (например, модифицированных поливинилбутиралем), полиуретана, акрила, винила и хлорированного каучука. Толщина грунтовочного слоя может быть в диапазоне от 15 микрон до 250 микрон, в частности, в диапазоне от 25 микрон до 100 микрон.
Верхнее покрытие может быть нанесено на отвержденные вспучивающиеся покрытия по настоящему изобретению, в частности, чтобы придать цвет открытым стальным конструкциям. Верхнее покрытие может повысить долговечность композиций вспучивающихся покрытий. Также можно использовать шпатлевочное покрытие. Примерами подходящих верхних покрытий являются покрытия на основе эпоксиполимеров, полиуретана, алкидные, акриловые, виниловые покрытия или на основе хлорированного каучука. Толщина верхнего покрытия может варьировать от 15 микрон до 250 микрон, в частности, от 25 микрон до 75 микрон; в зависимости от потребности пользователя, слишком толстое покрытие может ингибировать реакции вспучивания.
Можно сказать, что каждая из характеристик и примеров, описанных выше, и их комбинаций описывается настоящим изобретением. Таким образом, настоящее изобретение касается следующих неограничивающих аспектов:
(1) Водная композиция вспучивающегося покрытия, содержащая: пленкообразующую смолу; неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) от 9 до 20; и источник кислоты.
(2) Композиция покрытия согласно аспекту 1, в которой неионогенное поверхностно-активное вещество имеет ГЛБ от 12 до 19.
(3) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 или 2, в которой неионогенное поверхностно-активное вещество включает силиконовое поверхностно-активное вещество, введенное в количестве от 0,3 до 3 мас.%, в частности, от 0,5 до 2 мас.%, в расчете на общую массу композиции покрытия.
(4) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 3, в которой неионогенное поверхностно-активное вещество включает силиконовое поверхностно-активное вещество, которое содержит от 10 до 50 мас.% силоксана, от 30 до 90 мас.% алкиленоксида, в частности, этиленоксида и/или пропиленоксида, и имеет молекулярную массу от 500 до 12000 г/моль, где мас.% рассчитан на основе общей массы силиконового поверхностно-активного вещества.
(5) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 4, в которой неионогенное поверхностно-активное вещество включает силиконовое поверхностно-активное вещество формулы:
где R – метильная группа, гидроксильная группа или алкокси группа; z и y вместе выбраны так, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит от 10 до 30 мас.% силоксана; x находится в диапазоне от 4 до 18; n находится в диапазоне от 1до- 6, в частности, 2 - 4, или 3; и x и y вместе выбраны так, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит от 50 до 75 мас.% алкиленоксида такого, как этиленоксид и/или пропиленоксид, где мас.% рассчитан на основе общей массы неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества.
(6) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 5, включающая: от 5 до 30 мас.% пленкообразующей смолы; от 0,5 до 2 мас.% неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества; от 5 до 40 мас.% источника кислоты; и от 10 до 30 мас.% водного растворителя, в которой мас.% рассчитан на основе общей массы композиции покрытия.
(7) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 или 2, в которой неионогенное поверхностно-активное вещество включает фторсодержащее этоксилированное поверхностно-активное вещество в количестве от 0,05 до 0,4 мас.%, в частности, от 0,05 до 0,2 мас.% в расчете на общую массу композиции покрытия.
(8) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1, 2 или 7, содержащая: от 5 до 30 мас.% пленкообразующей смолы; от 0,05 до 0,2 мас.% неионогенного фторсодержащего этоксилированного поверхностно-активного вещества; от 5 до 40 мас.% источника кислоты; и от 10 до 30 мас.% водного растворителя, где мас.% рассчитан на основе общей массы композиции покрытия.
(9) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 8, в которой пленкообразующая смола включает водную эмульсию винил-стиролакриловой смолы, поливинилацетатной смолы, циклоалифатической смолы или их комбинации.
(10) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 8, в которой пленкообразующая смола включает смолу на основе винилацетата.
(11) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 10, в которой источник кислоты выбран из сложных эфиров фосфорной кислоты и многоатомных спиртов, фосфатов аммония или аминофосфатов.
(12) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 11, в которой источник кислоты включает полифосфат аммония (ПФА).
(13) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 12, дополнительно включающая источник газа, который может составлять в композиции покрытия от 3 до 20 мас.% в расчете на общую массу композиции покрытия.
(14) Композиция покрытия согласно аспекту 13, в которой источник газа содержит полимерный материал или азотсодержащий материал, который разлагается с образованием газов при температуре выше 200°C, в частности, от 200°C до 400°C.
(15) Композиция покрытия согласно аспекту 13 или 14, в которой источник газа включает меламин.
(16) Композиция покрытия согласно аспектам 13 или 14, в которой источник газа включает полимерный материал, выбранный из полилактидов, полисульфонов, поликарбонатов, полиэфиров, полиэстеров или их смесей.
(17) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 16, которая дополнительно включает источник углерода, отличающийся от пленкообразующей смолы.
(18) Композиция покрытия согласно аспекту 17, в которой источник углерода может быть включен в композицию в количестве от 0,1 до 20 мас.% в расчете на общую массу композиции вспучивающегося покрытия.
(19) Композиция покрытия согласно аспектам 17 или 18, в которой источник углерода включает пентаэритрит.
(20) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 19, в которой, композиция покрытия, по сути, не содержит фенолформальдегидных форполимеров или полиимидов, образованных с фурфуриловым спиртом.
(21) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 20, которая дополнительно включает нуклеирующий агент.
(22) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 21, которая дополнительно включает модификтор реологии.
(23) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 22, которая дополнительно включает неорганический наполнитель.
(24) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 23, которая дополнительно включает замедлитель горения.
(25) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 24, в которой отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 образует вспучивающийся кокс, имеющий коэффициент расширения кокса от 40 до 75, в частности, от 45 до 65, или от 50 до 75, или от 55 до 75.
(26) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 24, в которой отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, обеспечивает время до достижения температуры 620°C большее, чем 50 мин для покрытия толщиной 1000 микрон на подложке 1-футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6X16, подвергнутой испытанию в соответствии со стандартом EN13381-8 после высушивания покрытия в течение 1 недели при 22°C и затем в течение 1 недели при температуре 40°C.
(27) Композиция покрытия согласно любому из аспектов 1 - 24, в которой отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1-футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 показывает 20% улучшение (снижение) растрескивания кокса в сравнении с покрытием без неионогенного поверхностно-активного вещества.
(28) Подложка, покрытая по меньшей мере частично водной композицией вспучивающегося покрытия согласно любому из аспектов 1 - 27.
(29) Способ повышения огнезащитной эффективности вспучивающегося покрытия, включающий: добавление от 0,5 до 2 мас.% неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества с ГЛБ от 9 до 20 к водной композиции вспучивающегося покрытия, при этом мас.% рассчитан на основе общей массы композиции покрытия и неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество определено по любому из аспектов 4 или 5.
(30) Способ согласно аспекту 29, в котором неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество имеет ГЛБ от 12 до 19.
(31) Способ повышения огнезащитной эффективности вспучивающегося покрытия, включающий: добавление от 0,05 до 0,2 мас.% неионогенного фторсодержащего этоксилированного поверхностно-активного вещества с ГЛБ от 9 до 20 к водной композиции вспучивающегося покрытия, при этом мас.% рассчитан на основе общей массы композиции покрытия.
(32) Способ согласно аспекту 31, в котором неионогенное фторсодержащее этоксилированное поверхностно-активное вещество имеет ГЛБ от 12 до 19.
(33) Подложка с нанесенным покрытием, полученным в соответствии со способом по любому из аспектов 29 - 32.
Примеры
Следующие примеры предназначены для иллюстрации изобретения и не должны рассматриваться как ограничение изобретения каким-либо путем. Проценты компонентов даны как массовые проценты, если не указано иное.
Пример A:
Составы вспучивающегося покрытия готовили в диссольвере типа Dispermat, снабженном для диспергирования мощной мешалкой из нержавеющей стали. Водные красочные покрытия готовили на воде, используя жидкие добавки в качестве измельчающего средства для пигмента. Пигмент медленно добавляли при низкой линейной скорости, чтобы поддерживать температуру меньше 25°C. После добавления всего пигмента, гомогенную дисперсию получали при перемешивании с высокой скоростью до температуры 35°C. Затем эмульсию смолы и поверхностно-активное вещество, и какой-либо модификатор реологии добавляли при низкой линейной скорости и гомогенизировали в течение 5 мин. Композиции изобретения (покрытия 2 – 5) и композиции сравнения (покрытие 1) приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Функция ингредиента | Ингредиенты | Массовые части (г) | ||||
| Покрытие 1* |
Покрытие 2 |
Покрытие 3 |
Покрытие 4 |
Покрытие 5 |
||
| Растворитель | Вода | 20,00 | 19,81 | 19,81 | 19,81 | 19,98 |
| Реологическая добавка | Гидроксиэтилцел-люлоза | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,25 | 0,25 |
| Реологическая добавка | Неионогенная полиуретановая эмульсия | 1,00 | 0,99 | 0,99 | 0,99 | 1,00 |
| Смачиватель/ диспергатор |
Натриевая соль карбоксилата | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,20 |
| Пеногаситель | Foamaster NDW | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,20 |
| Биоцид | Acticide OTW 8 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 | 0,10 |
| Коалесцент | Texanol | 2,00 | 1,98 | 1,98 | 1,98 | 2,00 |
| Пигмент | Диоксид титана | 8,95 | 8,86 | 8,86 | 8,86 | 8,94 |
| Источник углерода | Пентаэритрит | 8,95 | 8,86 | 8,86 | 8,86 | 8,94 |
| Источник кислоты | Полифосфат аммония | 26,83 | 26,57 | 26,57 | 26,57 | 26,81 |
| Источник газа | Меламин | 8,95 | 8,86 | 8,86 | 8,86 | 8,94 |
| Неорганический наполнитель | Каолин Е | 4,00 | 3,96 | 3,96 | 3,96 | 4,00 |
| Смола | Поливинилацетатная эмульсия | 18,56 | 18,38 | 18,38 | 18,38 | 18,54 |
| Неионогенное поверхностно-активное вещество | Xiameter OFX-0193 | - | 0,99 | - | - | - |
| Tegostab 8002 | - | - | 0,99 | - | - | |
| Dow corning 11-100 | - | - | - | 0,99 | - | |
| Capstone FS-31 | - | - | - | - | 0,1 |
*Пример сравнения;
Xiameter® OFX-0193 – силиконовый сополимер полиэфира; Tegostab® B8002 –силиконовое поверхностно-активное вещество; Dow Corning® 11-100 – силиконовое поверхностно-активное вещество, включающее алкокси и алкильные функциональные группы на силоксане; и Capstone® FS-31 – неионогенное фторсодержащее поверхностно-активное вещество.
Пример B:
Красочные покрытия, приведенные в таблице 1, хранили в течение 24 часов при температуре 20°C перед нанесением. Красочные покрытия наносили на 1 футовые двутавровые балки из малоуглеродистой стали W6x16 в два слоя с толщиной сухой пленки 500 микрон. Первое покрытие сушили в течение 48 часов при 20°C перед нанесением второго покрытия. Покрытия наносили распылением, используя пневматический краскораспылитель SataJet 1000B с рабочим давлением 2 – 3 бар (200 – 300 кПа) и соплом 2,0 мм. Образцы сушили в течение 1 недели в условиях окружающей среды и затем в течение 1 недели при 40°C. Окончательную толщину пленки красочного покрытия измеряли перед испытанием на огнезащитную эффективность, которое проводили в соответствии со стандартом EN13381-8. Тесты на огнезащитную эффективность прекращали, когда температура стали достигала 650°C. Окончательную толщину пленки каждого покрытия измеряли на толщиномере Elcometer 456.
Характеристики огнезащитной эффективности для композиций, перечисленных в таблице 1, приведены в таблице 2. Коэффициент расширения кокса определяли путем измерения увеличения объема кокса на стальной балке в 8 точках, равномерно распределенных по ее поверхности. Растрескивание кокса и слеживаемость кокса определяли визуально. Кокс удаляли со стальной балки и разрезали, чтобы оценить адгезию, плотность и размер воздушных пузырей. Все физические свойства (плотность, растрескивание, слеживаемость и адгезия) оценивали по шкале от 1 до 5, где 1 – худший результат и 5 – лучший результат.
Улучшенные характеристики огнезащитной эффективности, определенные как улучшения в плотности кокса, растрескивании кокса, слеживаемости кокса и адгезии кокса получали для отвержденных покрытий, осажденных из композиций покрытия, включающих неионогенное поверхностно-активное вещество по настоящему изобретению. Например, растрескивание кокса снизилось по меньшей мере на 20% (таблица 2: примеры композиций изобретения 2 – 5 показывают значение 5 в сравнении со значением 3 для примера сравнения 1) и плотность кокса улучшилась по меньшей мере на 20% (таблица 2: примеры композиций изобретения 2, 3, и 4 показывают значения 4 или 5 в сравнении со значением 3 для примера сравнения 1).
Таблица 2
| Покрытие 1* | Покрытие 2 | Покрытие 3 | Покрытие 4 | Покрытие 5 | |
| Время замедления пламени до 620°C (мин) | 51,2 | 53,3 | 53,9 | 51,3 | 52,2 |
| Коэффициент расширения кокса | 72 | 62 | 70 | 65 | 74 |
| Плотность кокса** | 3 | 5 | 4 | 4 | 3 |
| Растрескивание кокса** | 3 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Слеживаемость кокса** | 4 | 3 | 4 | 5 | 4 |
| Адгезия кокса** | 4 | 5 | 4 | 4 | 3 |
| Значение ГЛБ | 0 | 12.3 | 18.2 | 10.6 | 9 |
*Пример сравнения; **Шкала 1-5, 1 – худший результат, значение 5 – лучший результат; TBD – определяемый показатель.
Лучший показатель огнезащитной эффективности, измеренный как увеличение времени достижения 620°C, наблюдали для покрытий, имеющих коэффициент расширения кокса от 40 до 75, в частности от 55 до 75, что имело место для покрытий изобретения в таблице 2, или даже от 60 до 70. Таким образом, отвержденное покрытие, осажденное из композиции изобретения, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 имеет коэффициент расширения кокса от 40 до 75, в частности, от 45 до 65, или от 55 до 75, или даже от 60 до 70. Хотя время замедления распространения огня для Покрытия 5 было лучше, чем для Покрытия 1 (пример сравнения) более высокое значение коэффициента расширения кокса (74) также связано с более низкой плотностью кокса и адгезией кокса по сравнению с другими примерами изобретения (Покрытия 2 – 4).
Понятно, что следующие варианты воплощения изобретения являются иллюстративными и различные аспекты изобретения могут найти применение за пределами конкретного описания. Кроме того, следует понимать, что эти варианты воплощения изобретения не ограничиваются конкретными описанными компонентами, методиками или протоколами, а могут варьировать. Терминология, используемая в описании, предназначена только для иллюстрации конкретных версий или вариантов воплощения изобретения и не предназначена для ограничения их объема в настоящем описании изобретения, который может быть ограничен только прилагаемой формулой изобретения.
1. Водная композиция вспучивающегося покрытия, включающая:
пленкообразующую смолу;
неионогенное поверхностно-активное вещество с гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ) от 9 до 20; при этом неионогенное поверхностно-активное вещество включает фторсодержащее этоксилированное поверхностно-активное вещество в количестве от 0,05 до 0,4 мас.% в расчете на общую массу композиции покрытия, и
источник кислоты,
при этом отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 имеет коэффициент расширения кокса от 40 до 75.
2. Композиция покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что коэффициент расширения кокса находится в диапазоне от 55 до 75.
3. Композиция покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что неионогенное поверхностно-активное вещество имеет значение ГЛБ от 12 до 19.
4. Композиция покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что пленкообразующая смола включает водную эмульсию винил стиролакриловой смолы, поливинилацетатную смолу, циклоалифатическую смолу или их комбинацию.
5. Композиция покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно включает источник углерода.
6. Композиция покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительно включает источник газа, при этом источник газа включает полимерный материал или азотсодержащий материал, который разлагается с образованием газа в температурном диапазоне от 200°C до 400°C.
7. Композиция покрытия по п. 6, отличающаяся тем, что источник газа включает полилактид, полисульфон, поликарбонат, полиэфир, полиэстер или их комбинацию.
8. Композиция покрытия по п. 1, отличающаяся тем, что включает:
от 5 до 30 мас.% пленкообразующей смолы, при этом пленкообразующая смола включает водную эмульсию винил стиролакриловой смолы, поливинилацетатную смолу, циклоалифатическую смолу или их комбинацию;
от 0,05 до 2 мас.% неионогенного поверхностно-активного вещества;
от 5 до 40 мас.% источника кислоты;
от 3 до 20 мас.% источника газа, при этом источник газа включает полилактид, полисульфон, поликарбонат, полиэфир, полиэстер или их комбинацию;
от 0,1 до 20 мас.% источника углерода; и
от 10 до 30 мас.% водного растворителя,
где массовый процент рассчитан на основе общей массы композиции покрытия.
9. Подложка, на которую нанесена по меньшей мере частично композиция вспучивающегося покрытия по п. 1.
10. Водная композиция вспучивающегося покрытия, содержащая:
пленкообразующую смолу;
источник кислоты; и
неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество, содержащее от 10 до 50 мас.% силоксана, от 30 до 90 мас.% алкиленоксида и имеющее молекулярную массу от 500 до 12000 г/моль, при этом массовый процент рассчитан на основе общей массы неионогенного поверхностно-активного вещества,
при этом отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 имеет коэффициент расширения кокса от 40 до 75.
11. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество имеет формулу
где R – метильная группа, гидроксильная группа или алкоксигруппа; y и z выбраны так, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит от 10 до 30 мас.% силоксана; n имеет значение от 1 до 6; х имеет значение от 4 до 18 и x и y выбраны так, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит от 50 до 75 мас.% алкиленоксида, где мас.% рассчитан на основе общей массы неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества.
12. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что коэффициент расширения кокса находится в диапазоне от 55 до 75.
13. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество включено в композицию в количестве от 0,2 до 2 мас.% в расчете на общую массу композиции покрытия.
14. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что дополнительно включает источник углерода и водный растворитель.
15. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что дополнительно включает источник газа, при этом источник газа включает полимерный материал или азотсодержащий материал, который разлагается с образованием газа в температурном диапазоне от 200°C до 400°C.
16. Композиция покрытия по п. 10, отличающаяся тем, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество имеет ГЛБ от 9 до 20.
17. Подложка, на которую нанесена по меньшей мере частично композиция вспучивающегося покрытия по п. 10.
18. Способ повышения огнезащитной эффективности вспучивающегося покрытия, включающий:
добавление от 0,2 до 2 мас.% неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества с ГЛБ от 9 до 20 к водной композиции вспучивающегося покрытия по п. 10, в которой мас.% рассчитан на основе общей массы композиции покрытия,
при этом неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит от 10 до 50 мас.% силоксана, от 30 до 90 мас.% алкиленоксида и имеет молекулярную массу от 500 до 12000 г/моль, при этом массовый процент рассчитывают на основе общей массы неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества, и
отвержденное покрытие, осажденное из композиции покрытия, при нагревании в соответствии со стандартом EN1363-1 на подложке 1 футовой двутавровой балки из малоуглеродистой стали W6x16 имеет коэффициент расширения кокса от 40 до 75.
19. Способ по п. 18, отличающийся тем, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество имеет формулу
где R является метильной группой, гидроксильной группой или алкоксигруппой; y и z выбирают так, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит от 10 до 30 мас.% силоксана; n имеет значение от 1 до 6; х имеет значение от 4 до 18, и x и y выбраны так, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество содержит от 50 до 75 мас.% алкиленоксида, где массовый процент рассчитывают на основе общей массы неионогенного силиконового поверхностно-активного вещества.
20. Способ по п. 18, отличающийся тем, что неионогенное силиконовое поверхностно-активное вещество имеет ГЛБ от 12 до 19.
