СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО МАТЕРИАЛА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 1998 года по МПК C09K21/14 

Изобретение относится к технологии поручения огнезащитных материалов, обладающих высокими теплоизолирующими свойствами при воздействии высоких температур, которые могут быть использованы дли защиты от огня различных объектов гражданского или военного назначения.

Известен огнезащитный материал на основе окисленного графита (ОГ) и натурального или синтетического каучука. Способ получения материала заключается в смешении окисленного графита с каучуком и формовании (прессовании в форме) при температуре ниже 180^oC (1).

Известный материал не обладает достаточной механической прочностью, что не позволяет использовать его в форме листового покрытия. Недостатком способа получения материала является многостадийность, малая производительность, применение нестандартного оборудования и большие затраты, связанные с изготовлением материала в виде тонких листов.

Известен также огнезащитный материал, содержащий не менее 35 мас.ч., предпочтительно 40-55 мас.ч., окисленного графита на 100 мас.ч. связующего в виде латекса природного или синтетического каучука. Для получения такого материала латекс каучука смешивают с окисленным графитом и полученную смесь подвергают формованию (2).

Недостатком этого огнезащитного материала является сложность технологии получения: многостадийность технологического процесса, связанная с необходимостью тщательного перемешивания исходных компонентов и удаления воды, содержащейся в латексе, а также проведением вулканизации, невозможность достижения однородности состава и введение большого количества огнезащитного компонента.

Кроме того, известен способ получения огнезащитного материала для покрытий, в состав которого входит окислении графит со степенью расширения 10-40 раз и органическое связующее, представляющее собой галогенсодержащий эластомер в смеси с фенольной смолой. На 100 мас.ч. связующего используют 10-50 мас.ч. окисленного графита. Способ получения огнезащитного материала для покрытий заключается в смешении окисленного графита с полимерным связующим, предварительно растворенным в органическом растворителе, нанесении пастообразной смеси мастерком или пистолетом на металлическую или деревянную основу, приглаживании вручную роликом и сушке для удаления растворителя. После сушки оптимальная толщина покрытия составляет 2 мм. При воздействии огня покрытие расширяется в несколько раз (3).

Недостатком указанного способа является чрезвычайно сложный 4- стадийный процесс приготовления связующего, его многокомпонентный состав и необходимость использования нескольких типов растворителя, а также неэкономичность, связанная с большими затратами времени и ручного труда.

Недостатком полученного огнезащитного материала является наличие в его составе фенольной смолы, которая в условиях пожара выделяет канцерогенные продукты. Необходимость введения фенольной смолы в состав материала связана с тем, что галогенсодержащие эластомеры не коксуются и поэтому не могут удерживать частицы вспенивающегося агента при пожаре.

Задачей изобретения является получение материала, обладающего повышенной механической прочностью и способностью к формованию в форме тонкого листового покрытия, отвечающего требованиям экологии, технологичного и экономичного в производстве и многопланового при использовании.

Указанная задача решается составом для получения огнезащитного материала, содержащего окисленный графит и связующее на основе каучука, причем по изобретению материал содержит окисленный графит со степенью расширения 50-400, а в качестве связующего - бутадиен-нитрильный каучук при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук 100, окисленный графит со степенью расширения 50-400 50-150.

В случае необходимости, состав может содержать дополнительно органический растворитель.

Указанная задача решается также способом получения огнезащитного материала смешением окисленного графита с каучуком в среде органического растворителя, нанесением полученной пастообразной смеси на основу и сушкой, причем по изобретению в качестве каучука используют бутадиен-нитрильный каучук, в качестве окисленного графита - окисленный графит со степенью расширения 50-400 в количестве 50-150 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, нанесение пастообразной смеси осуществляют на тканевую основу, а сушку проводят при 80-110^oC.

На основе состава по изобретению может быть также получен огнезащитный материал и другими способами, например вальцеванием состава, не содержащего органического растворителя.

Согласно изобретению используют бутадиен-нитрильный каучук марки БНК-40 АСМ (ГОСТ 7738-79). В условиях высокой температуры этот каучук коксуется с образованием углеродного скелета, способного удерживать частицы вспененного окисленного графита. Каучук не выделяет в условиях пожара токсичных удушливых газов и паров. Кроме того, бутадиен-нитрильный каучук обладает повышенной способностью сохранять целостность покрытия в условиях пожара.

Содержание окисленного графита более 150 мас.ч. в огнезащитном материале приводит к тому, что в условиях пожара связующее теряет каркасность и материал сильно осыпается. В конечном итоге, значительно ухудшается огнезащитная способность покрытия. Содержание ОГ менее 50 мас.ч. также нежелательно, так как материал слабо вспенивается и изолирующая прокладка неэффективно работает, то есть и в этом случае падает огнезащитная способность материала.

Окисленный графит, используемый в предлагаемом изобретении, имеет степень расширения 50-400 раз. Увеличение или уменьшение степени расширения окисленного графита нежелательно по тем же причинам, что и изменение его содержания в составе материала. Окисленный графит может быть получен различными способами: электрохимическим окислением в растворе серной или азотной кислоты; окислением графита в растворе конц.серной кислоты в присутствии азотной кислоты, бихромата калия, серного ангидрида или хлора; обработкой графита в дымящейся азотной кислоте или другими известными способами. После окислительной обработки проводят промывку продукта водой для удаления избытка окислительных реагентов и сушку ОГ в мягких условиях. Кроме того, режимом окислительной обработки можно регулировать степень окисления графитовой матрицы и получать окисленный графит с содержанием совнедренной воды и различных функциональных группировок до 40-50 мас.%. При воздействии пламени на такой "переокисленный" графит происходит его вспенивание, сопровождаемое в течение длительного времени выделением большого количества газо-паровой фазы (вода, двуокись углерода), не поддерживающей горения.

Следовательно, благодаря использованию того или иного вида окисленного графита можно изменять в широких пределах свойства огнезащитного материала, такие как начальная температура вспенивания, количество и состав выделяемых газов и паров, механическая прочность покрытия, его огнезащитная способность в зависимости от конкретной области использования материала.

Способ получения огнезащитного материала включает смешение дисперсного окисленного графита с непредельным бутадиен-нитрильным каучуком в органическом растворителе в количестве 100 мас.ч. на 50-150 мас.ч. окисленного графита, нанесение пастообразной смеси на тканевую основу и сушку с удалением растворителя при 80-110^oC. Пастообразную смесь наносят на движущуюся тканевую основу на шпрединг-машине. Согласно изобретению сушку проводят при 80-110^oC. Понижение температуры сушки ниже 80^oC нецелесообразно, так как существенно увеличивается время сушки. Повышение температуры выше 110^oC нежелательно, так как приводит к повышению пористости материала и нарушению однородности покрытия из-за быстрого удаления растворителя.

Способ характеризуется простотой технологии, высокой эффективностью и производительностью, небольшими затратами, так как основан на использовании промышленного оборудования и серийно выпускаемого полимера.

Полученный материал обладает высокими огнезащитными характеристиками и может быть сформован в виде листов различной толщины и протяженности в зависимости от назначения. Возможно введение в процессе изготовления материала различных добавок, например волокнистых материалов (базальтового волокна, углеродного волокна, стекловолокна) для придания высокой прочности изделию. Кроме того, в зависимости от целевого назначения материал может содержать другие добавки (оксиды и гидрооксиды металлов, карбонаты, фосфаты, бораты, трехокись сурьмы, меламин). В качестве растворителя можно использовать: этилацетат, бутилацетат или их смеси. В качестве тканевой основы можно использовать различные технические ткани: хлопчатобумажные, синтетические, стеклоткани.

В работе использовали природные графиты различной дисперсности (марок ГСМ, ГТ, ГАК), а также киш-графит. Идентификация полученных продуктов проводилась методом РФА и химического анализа. Степень расширения ОГ оценивалась как объем (мл) 1 г вспененного в муфеле при 900^oC ОГ. Физико-механические характеристики материала оценивали по стандартным методикам. Испытания на огнестойкость проводили в соответствии с требованиями СТ СЭВ 1000-78 "Метод испытания строительных конструкций на огнестойкость" и СТ СЭВ 3974-83 "Двери и ворота. Метод испытания на огнестойкость". Материал по изобретению имеет предел огнестойкости 45-60.

Пример 1. 100 г непредельного бутадпен-нитрильного каучука марки БНК-40АСМ кусками 3-5 мм помещают в смеситель, наливают 800 мл этилацетата и перемешивают при комнатной температуре до полного растворения каучука. Затем в раствор добавляют 150 г окисленного графита со степенью расширения 50 (ТУ 5728-006- 13267785-96) и осуществляют смешение компонентов в течение 20 минут до образования пастообразной смеси. Затем полученную смесь переносят в бункер шпрединг-машины, и наносят на движущуюся тканевую основу (ткань миткаль отбеленный), закрепленную на валах шпрединг-машины, слоем толщиной 0,7 мм. Далее материал поступает со скоростью лентопротяжки 1 м/с на сушильный стол шпрединг-машины, где высушивается при 80^oC до полного удаления растворителя. Высушенное покрытие имеет толщину 0,66 мм. Операцию шпредингования повторяют еще 2 раза: покрытие на тканевой основе протягивают через пастообразную смесь, излишек срезается ножом при выходе тканевой основы с покрытием таким образом, чтобы толщина покрытия увеличилась еще на 0,7 мм, затем сушат.

В результате получают материал, содержащий 150 мас.ч. ОГ на 100 мас.ч. каучука, плотностью 880 кг/м³, твердостью по Шору 22. Степень расширения покрытия при 300^o ≈ 7 раз. Предел огнестойкости - 45.

Пример 2. Осуществляют процесс как в примере 1, но на 100 мас. ч. каучука берут 800 мл бутилацетата и 100 мас.ч. ОГ со степенью расширения 250. Сушку покрытия проводят при 95^oC, скорость лентопротяжки - 1,2 м/с. Операцию шпредингования повторяют 4 раза до образования покрытия толщиной 3 ж.

В результате получают материал толщиной 3 мм, содержащий 100 мас.ч. каучука и 100 мас.ч. ОГ, плотностью 900 кг/м³, твердостью по Шору 25 и со степенью расширения при 3ОО^oC ≈ 10 раз. Предел огнестойкости - 60.

Пример 3. Поступают как в примере 1, но на 100 мас.ч. каучука берут 800 мл смеси (1:1) этилацетата и бутилацетата, 50 мас.ч. ОГ со степенью расширения 400, а сушку покрытия провозят при 110^oC (скорость лентопротяжки составляет 1,5 м/с). Операцию шпредингования проводят 2 раза до образования покрытия толщиной 1,2 мм.

В результате получают материал, содержащий 100 мас.ч. каучука и 50 мас. ч. ОГ, толщиной 1,2 мм, плотностью 320 кг/м³, твердостью по Шору 23. Степень расширения покрытия при 300^oC - 6,5 раз. Предел огнестойкости - 50.

Использование: в технологии получения огнезащитных материалов. Сущность изобретения: состав для получения огнезащитного материала содержит, мас.ч.: бутадиен-нитрильный каучук 100, окисленный графит со степенью расширения 50-400 50-150 и, в случае необходимости, органический растворитель. Каучук смешивают с окисленным графитом в среде органического растворителя, смесь наносят на тканевую основу и сушат при 8О-110^oC. Свойства материала: плотность 880-920 кг/м³; твердость по Шору 22-25; степень расширения при 300^oC 6,5-10 раз; предел огнестойкости по СТ СЭВ 1000-78 и СТ СЭВ 3974-83 45-60. 2 с. и 1 з.п. ф-лы.

1. Состав для получения огнезащитного материала, содержащий окисленный графит и связующее на основе каучука, отличающийся тем, что он содержит окисленный графит со степенью расширения 50 400, а в качестве связующего - бутадиен-нитрильный каучук при следующем соотношении компонентов, мас.ч.

Бутадиен-нитрильный каучук 100
Окисленный графит со степенью расширения 50 400 50 150
2. Состав по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит органический растворитель.