КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1998 года по МПК C09D5/18 C09K21/02 

Изобретение относится к композициям огнезащитных покрытий, в особенности покрытий для шашек (зарядов) твердого аэрозольобразующего состава, используемых в аэрозольных генераторах (огнетушителях) как пожаротушащие средства. Композиция может быть использована также для покрытия внутренней поверхности корпусов генераторов.

Известны огнезащитные композиции для покрытий различных материалов (электропровода, кабели, строительные конструкции и т.д.) на основе наполнителей и связующих с включением различных добавок. В качестве наполнителей используются смеси карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов с алюмосиликатами, тальком, целлюлозой [1]; смесь карбонатов магния, кальция с основным карбонатом магния и гидроксидом магния, обработанная солями высших жирных кислот, силанами [2]; порошки силикатов натрия, кальция, магния, алюминия, асбест, глины, кремнезем, окись магния совместно со стеклянными частицами, слюдой и др. [3 и 4]; дициандиамид с нитромочевиной и фосфатом аммония (пат. США N 5389309, кл. C 09 K 21/00, 14.02.95); асбестовое волокно, мел двуокись титана, карбамид и дициандиамид [5] и др. В качестве связующего используются смесь строительного цемента с поливинилацетатом, поливиниловым спиртом и замещенной целлюлозой [1]; термопластичные смолы на основе полимеров и сополимеров этилена с C₃-C₁₂- α-олефинами, этиленпропиленовых каучуков, сополимеров этилена с поливинилацетатом, поливинилхлоридом [2]; натуральные и синтетические эластомеры (неопрен, хлорсульфированный полиэтилен и др. ) [4]; полимер мочевины и формальдегида в воде (пат. США N 5389309); смесь водных дисперсий поливинилацетата, натриевой соли КМЦ и карбамидоформальдегидного форконденсата [5].

Наиболее близкой по компонентному составу и достигаемому техническому результату является огнестойкая композиция для покрытия различных материалов [1]. Композиция включает, мас.%: карбонатное вещество 20 - 80; связующее 1 - 45; алюмосиликат (слюда, глина, их смесь) 0,5 - 1,5; тальк 0,5 - 10; целлюлоза (опилки, длинноволокнистая целлюлоза) 1 - 30; гелеобразователь полимерного типа (полиакрилат) 1 - 25; сульфат алюминия 0,5 - 5 и воду 1 - 50. Как видно, композиция представляет собой сложную многокомпонентную систему, основные компоненты которой - наполнитель, связующее - являются, в свою очередь, сложными смесями, например наполнитель (карбонатное вещество) - это смесь карбонатов кальция, магния, калия, в которую добавляются алюмосиликаты, тальк; связующее, в свою очередь, - это также смесь строительного цемента, поливинилацетата, поливинилового спирта и замещенной целлюлозы. Кроме того, композиция включает ряд других добавок.

Многокомпонентность системы определяет трудоемкость и сложность ее изготовления, а также удорожает в целом ее стоимость.

Технической задачей изобретения является создание композиции для огнезащитного покрытия, обладающей способностью защищать материалы от воздействия высоких температур, сопровождающих горение шашки аэрозольобразующего состава, высокой адгезией к поверхности шашки при одновременной простоте изготовления, дешевизне и экологической чистоте продуктов термического разложения компонентов композиции при эксплуатации.

Поставленная задача решается созданием композиции на основе наполнителя - соли магния и связующего - поливинилацетата и/или поливинилового спирта и воды, причем в качестве соли магния она содержит основной карбонат магния и/или основной фосфат магния, дополнительно композиция содержит оксид металла, а входящие компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Основной карбонат магния и/или основной фосфат магния - 12 - 60
Поливинилацетат и/или поливиниловый спирт - 8 - 30
Оксид металла - 0,5 - 7,0
Вода - Остальное
В качестве оксида металла в композицию входят оксид меди или оксид цинка, оксид железа или оксид кобальта, или оксид никеля, или диоксид марганца, или оксид титана.

В том случае, когда композиция содержит смесь поливинилацетата с поливиниловым спиртом, их массовое отношение в смеси составляет (1:2) - (2:1).

Композиция изготавливается путем механического перемешивания компонентов при комнатной температуре в следующей последовательности.

Вначале смешивают наполнитель с оксидом металла, затем к смеси добавляют сразу связующее и воду, смесь тщательно перемешивают и сливают. Полученная композиция наносится на боковую поверхность и на один из торцев шашки аэрозольного генератора либо, если шашка выполнена канальной, она наносится на боковую поверхность и оба ее торца, либо другим образом любым удобным способом (кистью, окунанием и т.д.) с последующей сушкой. Кроме того, композиция может быть использована в качестве огнезащитного покрытия внутренней поверхности металлического корпуса аэрозольного генератора.

Принцип действия предлагаемой композиции заключается в поглощении тепла, выделяющегося при работе аэрозольного генератора (огнетушителя), за счет эндотермического разложения наполнителя, например основного карбоната магния

При этом разложение карбоната проходит через три эндотермических этапа:
1-й - 96 - 136^oC - выделяется легко связанная гидратная вода;
2-й - 136 - 320^oC - выделяется прочно связанная гидроксильная вода;
3-й - 320 - 431^oC - происходит декарбонизация и полное разложение структуры основного карбоната магния.

В составе композиции нет экологически опасных продуктов, как, например, асбест, асбестовое волокно, продуктами ее разложения являются экологически безопасные вещества, в них отсутствуют окислы азота, аммиак, окись углерода.

Пример 1. Изготовлена композиция для огнезащитного покрытия на основе следующих компонентов, мас.%:
Поливинилацетат - 24,5
Основной карбонат магния - 37,8
Оксид меди - 2,5
Вода - 35,2
Композиция в виде пасты наносилась на поверхность шашки (заряда) 67/10 - 20 мм, один из торцев и на внутреннюю поверхность корпуса огнетушителя типа МАГ-2. Огнетушитель срабатывал, время работы 5,5 с, температура корпуса 124^oC. Для сравнения - без покрытия: время работы генератора 3,5 с, температура корпуса 200^oC.

Пример 2. Изготовлена следующая композиция, мас.%:
Поливиниловый спирт - 11,4
Основной фосфат магния - 44,3
Оксид железа - 5,3
Вода - 39,0
Условия испытания те же, что в примере 1. Время работы генератора 5,2 с, температура на корпусе 134^oC.

Пример 3. Изготовлена следующая композиция, мас.%:
Поливинилацетат и поливиниловый спирт в соотношении 1:1 - 26,6
Основной карбонат магния - 15,8
Диоксид марганца - 1,5
Вода - 56,1
Условия испытания аналогичные, время работы генератора 5,8 с, температура на корпусе 129^oC.

Чем выше содержание наполнителя, тем более эффективной является композиция, однако вводить его более 60% нецелесообразно, так как резко ухудшается технологичность состава, а ввод менее 12% резко снижает его эффективность.

Разработанная композиция для огнезащитного покрытия представляет собой высоконаполненную систему с использованием в качестве связующего поливинилацетата или поливинилового спирта или их смеси при отношении (2:1) - (1:2). При использовании связующего менее 8% компоненты в композиции не связаны друг с другом, а при содержании связующего более 30% резко растет вязкость системы, т.е. в обоих случаях ухудшается технологичность композиции, затрудняется работа с ней.

Введение в композицию в качестве технологической добавки оксида металла (железа, меди, марганца и др.) делает систему более пластичной, причем при содержании оксида менее 0,5% его воздействие проявляется незначительно, а при содержании более 7% ухудшаются эксплуатационные свойства композиции: при высыхании наблюдается растрескивание покрытия. Наряду с указанной ролью оксиды металлов выполняют дополнительно роль катализатора окисления окиси углерода в составе аэрозоля, образующегося при сгорании шашки аэрозольобразующего состава в процессе работы генератора (огнетушителя).

В данной композиции вода является важным технологическим компонентом. Она выполняет роль, и пластификатора, и добавки, без которой невозможно изготовить композицию.

Высокая эффективность предлагаемой композиции для огнезащитного покрытия была подтверждена большой серией испытаний огнетушителей на автомобилях "ЗИЛ-130", "Волга", "Тойота" "КамАЗ", "ВАЗ 2121Б" ("Нива"), автобусах ЛАЗ, железнодорожном транспорте, гаражных, складских помещениях и других объектах.

В настоящее время ведутся работы по созданию серийного производства аэрозольных огнетушителей с использованием разработанной композиции для огнезащитного покрытия для оснащения пожароопасных объектов в России, странах СНГ и дальнем зарубежье.

Композиция может быть использована для огнезащитных покрытий шашек твердого аэрозольобразующего состава для огнетушителей и внутренней поверхности корпуса огнетушителя. Композиция содержит: мас.%: основной карбонат магния и/или основной фосфат магния 12 - 60; поливинилацетат и/или поливиниловый спирт 8 - 30; оксид металла 0,5 - 7,0 и воду остальное. В качестве оксида металла она содержит оксиды меди, цинка, железа, кобальта, никеля, марганца и титана. Массовое отношение поливинилацетата к поливиниловому спирту составляет (1:2)-(2:1). Композицию наносят на поверхность кистью, окунанием и другими способами. Она экологически безопасна при использовании и эффективно поглощает тепло за счет эндотермического разложения основных солей магния. 2 з.п. ф-лы.

1. Композиция для огнезащитных покрытий, содержащая соль магния в качестве наполнителя, связующее - поливинилацетат и/или поливиниловый спирт и воду, отличающаяся тем, что в качестве соли магния она содержит основной карбонат магния и/или основной фосфат магния и дополнительно оксид металла при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
Основной карбонат магния и/или основной фосфат магния - 12 - 60
Поливинилацетат и/или поливиниловый спирт - 8 - 30
Оксид металла - 0,5 - 7,0
Вода - Остальное
2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве оксида металла она содержит соединение, выбранное из группы, включающей оксид меди, оксид цинка, оксид железа, оксид кобальта, оксид никеля, диоксид марганца, диоксид титана. 3. Композиция по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит смесь поливинилацетат с поливиниловым спиртом в массовом соотношении 1 : 2 - 2 : 1.