Огнезащитная вспучивающая композиция
Владельцы патента RU 2763727:
Акционерное общество «Инжиниринговая компания Научно-исследовательский институт по строительству трубопроводов и объектов ТЭК» (RU)
Изобретение относится к огнезащитным вспучивающимся композициям, покрытия из которых могут эффективно применяться в нефтегазовой отрасли, химической промышленности для защиты от воздействия огня в условиях пожара металлических поверхностей. Предложена огнезащитная вспучивающаяся композиция, включающая (в мас.ч.) эпоксидную смолу, полифосфат аммония (25-30), пентаэритрит (15-20), интеркалированный графит (3), отвердитель – полиамидную смолу (15), меламин (10-15), хлорпарафин (7-10), химически модифицированный монтмориллонит (3-5), полые микросферы из алюмосиликатного стекла (4-7). Технический результат – предложенная композиция имеет повышенную степень вспучивания и улучшенную адгезию к металлическим и бетонным поверхностям. 2 табл., 9 пр.
Изобретение относится к огнезащитным вспучивающимся композициям, покрытия из которых могут эффективно применяться в нефтегазовой отрасли, химической промышленности для защиты от воздействия огня в условиях пожара металлических поверхностей.
По патенту RU 2387693 известен состав для получения огнезащитного покрытия на металлических конструкциях, содержащий эпоксидную смолу, отвердитель, интеркалированный графит и фосфорсодержащее соединение, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидроокись алюминия, борат цинка и органобентонит, а в качестве фосфорсодержащего соединения - трикрезилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.ч: интеркалированный графит 20-50, трикрезилфосфат 25-40, гидроокись алюминия 30-45, борат цинка 10-35, органобентонит 1,5-3,0, отвердитель 30-35, эпоксидная смола до 100, состав дополнительно содержит 5,0-30,0 мас.ч. микросфер.
Недостатком известного состава являются неудовлетворительная адгезия к металлическим и бетонным поверхностям.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известная по патенту RU 2425078 огнезащитная вспучивающая композиция, включающая эпоксидную смолу, аминный отвердитель, полифосфат аммония, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит триглицидилфосфат, полиаминометиленфосфонат натрия, углеродные нанотрубки и пентаэритрит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: эпоксидная смола 100, полифосфат аммония 15-25, триглицидилфосфат, полиаминометиленфосфонат натрия 5-10, пентаэритрит 10-20, углеродные нанотрубки 0,01-0,1, аминный отвердитель 22-28.
Недостатком известной композиции является недостаточный коэффициент вспучивания покрытия, что не обеспечивает ей необходимые огнезащитные свойства.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени вспучивания и улучшение адгезии к металлическим и бетонным поверхностям.
Технический результат достигается тем, что огнезащитная вспучивающая композиция, включающая эпоксидную смолу, полифосфат аммония, пентаэритрит и отвердитель, согласно изобретению, дополнительно содержит полые микросферы из алюмосиликатного стекла, меламин, хлорпарафин, химически модифицированный монтмориллонит и интеркалированный графит, а в качестве отвердителя используется полиамидная смола, при этом компоненты взяты в следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полифосфат аммония | 25-30 |
| Меламин | 10-15 |
| Пентаэритрит | 15-20 |
| Хлорпарафин | 7-10 |
| Интеркалированный графит | 3 |
| Химически модифицированный монтмориллонит | 3-5 |
| Полые микросферы из алюмосиликатного стекла | 4-7 |
| Полиамидная смола | 15 |
| Эпоксидная смола | остальное |
Совокупное содержание полифосфата аммония в пределах 25-30 мас. ч., меламина в пределах 10-15мас. ч., пентаэритрита в пределах 15-20мас. ч., интеркалированного графита в количестве 3 мас. ч. в сочетании с остальными компонентами композиции при повышенных температурах обеспечивают протекание эндотермических реакций с выделением газовых ингибиторов горения и интенсивным вспениванием покрытия, повышающим тепло- и огнезащитные свойства образующегося пенококса.
Использование в композиции химически модифицированного монтмориллонитав пределах 3-5 мас. ч. обеспечивает повышение адгезии покрытия к защищаемой поверхности, улучшает реологические свойства композиции.
Совокупное содержание полифосфата аммония, меламина, пентаэритрита, интеркалированного графита, хлорпарафина и химически модифицированного монтмориллонита в заявляемых количествах в результате синергетического эффекта позволяет усилить свойства друг друга, обеспечить высокую адгезию и достичь высоких огнезащитных свойств композиции.
Эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) является пленкообразователем огнезащитной вспучивающейся композиции.
Полифосфат аммония марки Exflam АРР 201 выполняет в композиции функции пенообразователя. В условиях высоких температур он выделяет негорючий газ, способствующий вспениванию композиции.
Меламин марки METOPAC MMSCC99 используется в композиции в качестве вспенивающего агента.
Пентаэритрит (ГОСТ 9286-2012) - карбонизирующееся соединение, является источником углерода, обеспечивает образование коксового каркаса покрытия.
Хлорпарафин - химическое соединение, полученное путем хлорирования жидких парафинов; используется в качестве пластификатора.
Наноструктурированный интеркалированный графит Graft EG 803 - терморасширяющийся графит. Введение в состав композиции интеркалированного графита позволяет улучшить ее вспучивающиеся свойства. Применен интеркалированный графит со степенью расширения 95 мл/гр при 350°C.
Химически модифицированный монтмориллонит марки Монамет 103 придает тиксотропную структуру огнезащитной композиции, увеличивает адгезию композиции к металлам и бетону.
Микросфера марки МС позволяет понизить плотность материала. Удерживаемый микросферами воздух создает теплостойкий барьер вокруг защищаемой от огня поверхности. Микросферы представляют собой застывший расплав алюмосиликатного стекла (керамики) в виде полых шариков диаметром от 5 до 250 мкм со сплошными непористыми стенками толщиной от 2 до 10 мкм, заполненных азотом или двуокисью углерода. Сферическая форма микросфер улучшает текучесть материалов, обеспечивает лучшее распределение по форме и эффективное заполнение объема частицами, уменьшает усадку.
Полиамидная смола марки ПО-300- продукт взаимодействия полимеризованных жирных кислот растительных масел и полиэтиленполиаминов - применяется в качестве отвердителя огнезащитного состава.
Таким образом, заявленная огнезащитная вспучивающаяся композиция обеспечивает образование вспучивающегося покрытия, обладающего высокими огнезащитными свойствами и превосходной адгезией к защищаемой поверхности.
Пример 1. Композиция изготавливается следующим образом:
Компонент 1. Эпоксидную смолу ЭД-20 100 г смешивают с 7 г хлорпарафина, 3 г химически модифицированного монтмориллонита, 25 г полифосфата аммония, 10 г меламина, 15 г пентаэритрита, затем добавляют 3 г интеркалированного графита Graft EG 803 и 4 г микросферы. Перед использованием в полученную композицию вводят 15 г полиамидной смолы. Композицию наносят (намазкой, заливкой, распылением) на образец металла толщиной слоя 2-2,1 мм и отверждают при комнатной температуре в течение двух суток.
Теплоизолирующие свойства огнезащитных покрытий по металлу определяли в соответствии с методикой ВНИИПО [ВНИИПО, 1998. Определение теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий по металлу. Методика].
Сущность метода заключается в определении времени прогрева необогреваемой стороны образца до критической температуры (для стали + 500°С) в процессе испытаний, которые проводятся по заданному температурному режиму.
По изменению толщины образца до и после испытания и рассчитывают коэффициент вспучивания покрытия.
Измерение адгезии проводится методом отрыва, суть которого состоит в измерении растягивающего усилия, достаточного для отделения покрытия от поверхности, на которую покрытие нанесено.
Толщина не стекающего мокрого слоя характеризует реологические свойства композиции. Композицию наносят на металлическую пластину с помощью аппликатора. Затем пластину ставят в вертикальное положение и после выдержки течение 1 ч при температуре 20±2°С осматривают состояние пленки на наличие подтеков. За предельную толщину не стекающего мокрого слоя принимают максимальную толщину щели аппликатора, при котором не наблюдается стекания композиции.
Примеры 2-9. Композиции готовятся аналогично примеру 1. Соотношения компонентов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
| Состав | Содержание компонентов, масс. ч. | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Эпоксидная смола ЭД-20 | до 100 |
до 100 |
до 100 |
до 100 |
до 100 |
до 100 |
до 100 |
до 100 |
до 100 |
| Полифосфат аммония | 25 | 25 | 25 | 28 | 28 | 28 | 30 | 30 | 30 |
| Меламин | 10 | 10 | 10 | 12 | 12 | 12 | 15 | 15 | 15 |
| Пентаэритрит | 15 | 15 | 15 | 18 | 18 | 18 | 20 | 20 | 20 |
| Хлорпарафин | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 | 7 |
| Интеркалированный графит | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Химически модифицированный монтмориллонит | 3 | 4 | 5 | 3 | 4 | 5 | 3 | 4 | 5 |
| Полые микросферы из алюмосиликатного стекла | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Полиамидная смола | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
Испытания на огнезащитные свойства проводились согласно указанной выше методике. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица № 2
| Свойства | Показатель по параметрам | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| Адгезия, МПа | 5 | 7 | 8 | 7 | 7 | 8 | 8 | 9 | 11 |
| Толщина нестекающего мокрого слоя, мм | 2,5 | 4,0 | 5,0 | 2,5 | 3,5 | 5,0 | 2,5 | 4,0 | 5,0 |
| Коэффициент вспучивания покрытия | 6 | 8 | 8 | 7 | 9 | 10 | 10 | 10 | 12 |
| Время достижения на подложке 500°С, мин. | 40 | 42 | 45 | 42 | 44 | 46 | 42 | 47 | 48 |
Огнезащитная вспучивающая композиция, включающая эпоксидную смолу, полифосфат аммония, пентаэритрит и отвердитель, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит полые микросферы из алюмосиликатного стекла, меламин, хлорпарафин, химически модифицированный монтмориллонит и интеркалированный графит, а в качестве отвердителя используется полиамидная смола, при этом компоненты взяты в следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Полифосфат аммония | 25-30 |
| Меламин | 10-15 |
| Пентаэритрит | 15-20 |
| Хлорпарафин | 7-10 |
| Интеркалированный графит | 3 |
| Химически модифицированный монтмориллонит | 3-5 |
| Полые микросферы из алюмосиликатного стекла | 4-7 |
| Полиамидная смола | 15 |
| Эпоксидная смола | остальное |
