ОГНЕЗАЩИТНАЯ ВСПУЧИВАЮЩАЯСЯ КРАСКА Российский патент 2001 года по МПК C09D5/18 C09D131/04 C09D133/00 

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, а именно к огнезащитным водоэмульсионным краскам для покрытия, и может быть использовано для внутренних работ по дереву, штукатурке, картону и другим подобным материалам в строительстве, авиации, железнодорожном транспорте и в других областях, где требуется защита поверхностей таких изделий от огня.

Огнезащитные покрытия оказывают огнезащитное действие при защите легкосгораемых поверхностей /дерево, бумага, картон, ткань/ и теплоизолирующее действие при защите металла и других трудносгораемых поверхностей в целях повышения предела их огнестойкости при возникновении пожара.

Огнезащитные покрытия находят широкое применение в строительстве для предотвращения воспламеняемости конструкций и изделий из древесины, древесностружечных плит, стеклопластиков и т.д. Принцип защитного действия большинства покрытий состоит в уменьшении глубины и скорости прогрева защищаемой поверхности.

Примером покрытий, огнезащитное действие которых обусловлено охлаждением поверхностных слоев вследствие эндотермических процессов разложения и выделения при интенсивном нагреве негорючих газов (паров воды), являются, в частности, покрытия на основе жидкого стекла (RU 2071491 1997; 2140948, 1999; SU 1513005, 1990, SU 1775386, 1992).

Температура конструкций, защищенных этими покрытиями, длительное время не превышает температуры кипения воды.

Однако в большинстве случаев такие покрытия малоэффективны. Они выделяют незначительное количество воды.

Решающим фактором, определяющим эффективность огнезащитного действия покрытия, является их теплоизолирующая способность, которая во многом зависит от толщины покрытия.

Однако чрезмерное увеличение толщины покрытия, полезное с точки зрения пожарной безопасности, может отрицательно влиять на их эксплутационные свойства.

С этой точки зрения наиболее перспективными являются огнезащитные вспучивающиеся покрытия.

Такие покрытия имеют сравнительно небольшую толщину, которая значительно увеличивается в условиях пожара при высокотемпературном воздействии.

Образовавшийся при этом пористый (в частности, карбонизованный слой) имеет высокие теплоизоляционные характеристики и обеспечивает эффективную защиту конструкций от огня. (Л.Н. Машляковский и др. Органические покрытия пониженной горючести. - Л.: Химия, 1989, с.90; RU 2105030, 1998; RU 2120956, 1998; RU 2028348, 1995; US 4179298, 1979; WO 00/27934, 2000; US 4879320, 1989).

Основными компонентами вспучивающихся огнезащитных покрытий являются связующее (полимеры), вспучивающие добавки - пенообразователи (полисахариды, многоатомные спирты, азотсодержащие соединения - мочевина, дициандиамид) и антипирены, например, фосфор - и азотсодержащие соединения.

Известен состав огнезащитной эмали (Л.Н. Мышляковский и др. Органические покрытия пониженной горючести.- С. 74-75), включающий связующее - поливинилхлорид, пластификатор (диоктилфталат), вспучивающие добавки, антипирены, барий-кадмиевый катализатор, трикрезилфосфат, эпоксидированное соевое масло и органический растворитель.

Однако при повышении температуры поливинилхлорид разлагается, что сопровождается большим дымообразованием, кроме того, из-за наличия органического растворителя подобная композиция является токсичной.

Известен другой огнезащитный вспучивающийся состав для покрытия на основе водорастворимой мочевино-формальдегидной смолы, в качестве связующего включающий полифосфат аммония дициандиамид, пентаэритрит, каолин, стекловолокно и воду (RU 2028348, 1995).

Ввиду того что полифосфат аммония при разложении, образуя кислую среду, вызывает отверждение меламино-формальдегидной смолы, то приготовление такого состава необходимо осуществлять непосредственно перед нанесением покрытия, что технологически сложно осуществлять, например, на стройплощадке. Кроме того, наличие дициандиамида, выделяющего при горении токсичные вещества, делает состав токсичным и ухудшает экологию.

Из WO 00/27934, 2000 известен состав для огнезащитного покрытия, включающий в качестве связующего водорастворимую мочевино-формальдегидную смолу или эпоксидную смолу с отвердителем, или алкидную смолу, или кремнийорганическую смолу, возможно, пигмент, например двуокись титана, и вспенивающую систему - смесь многоатомного спирта, полифосфата аммония, мочевины, хлористого аммония, борной кислоты и наполнителя (например, тальк).

Расход состава 0,2-0,3 кг/м², толщина покрытия 0,18-0,25 мм (для дерева) и соответственно - 1,5-2,0 кг/м², 1,4- 1,6 мм для металла; продолжительность сушки - 36 часов; потеря массы при сжигании - 4-6%, время остаточного горения до 0,4 сек. При использовании в качестве связующего мочевино- формальдегидной смолы в виде водного раствора, с учетом содержания в составе большого количества полифосфата аммония, а также наличия хлористого аммония, состав по вышеуказанным причинам имеет низкую жизнеспособность. При использовании в качестве связующих других указанных смол необходимо применять органические растворители, что увеличивает токсичность состава.

Из US 4879320, 1989 известен состав для огнезащитного покрытия различных субстратов, включающий в качестве связующего поливинилацетат или акриловую смолу, эпоксидную смолу или их комбинации (1-50 мас.%), 10-40 мас.% вспенивающий агент - (триполифосфат аммония, диаммоний фосфат, полиаммонийфосфат), углеобразующий (коксообразующий) агент - (дипентаэритрит или многоатомный спирт, или хлорпарафин или комбинации их - 4-35 мас.%); газовыделяющий агент - (меламиновая смола, мочевина или дициандиамид или их комбинации - 5-35 мас. %), пигмент - (двуокись титана, окись цинка, сажа) или наполнители - (карбонат кальция или бариты- 0-40%), 10-60% растворителя - (вода, спирты, углеводородный растворитель), огнеупорные волокна, состоящие из Al₂O₃ - 40-55 мас. % и SiO₂ - 40-55 мас.% (с добавками небольших количеств F₂O₃, TiO₂, K₂O, Na₂O и ZrO₂) в количестве на 3,8 л (1 галлон) жидкого компонента берут 1-80 унций огнеупорных волокон.

Получаемое на основе данной композиции покрытие обладает высокими огнезащитными свойствами: при нагревании выше 650^oC покрытие вспучивается с 5-12-кратным увеличением объема, образуя защитный теплоизолирующий слой.

В данном патенте US 4879320 отсутствуют какие-либо сведения о конкретно используемых в качестве связующих акриловых смолах: органорастворимые или в виде водных дисперсий. Состав сложен в приготовлении. Данный известный состав, как и большинство известных огнезащитных вспучивающихся составов, содержит такие добавки, как дициандиамид, мочевину, меламиновую смолу, которые при нагревании, разлагаясь, выделяют токсичные вещества.

Основным критерием пожароопасности полимерных материалов является их горючесть, однако не менее серьезную угрозу для жизни людей при пожарах представляют образующиеся при неполном сгорании веществ дым и ядовитый туман летучих токсичных продуктов сгорания, вследствие чего наличие в составе таких добавок, как дициандиамид, меламиновая смола и мочевина, является нежелательным.

Из патента US 4179298, 1979 известна композиция для вспучивающихся противопожарных покрытий различных субстратов (бумага, картон, дерево и т.д.), состоящая из 40-99 мас. % пленкообразующего - водные дисперсии (латексы) стиролбутадиеновые, поливинилацетатные, акриловые отдельно или в комбинации в сочетании с дисперсионным агентом (вода, алифатические или ароматические углеводороды, спирты, кетоны) и 1-60 мас.% вспучивающихся огнезадерживающих полиамидов. Композиция дополнительно может содержать до 15 мас.% таких добавок, как пигменты, вспучивающие агенты, смачиватели (поверхностно-активные вещества), наполнители, фунгицидные и бактерицидные добавки (консервирующие добавки). Покрытие имеет хорошие огнезащитные свойства, но из-за наличия полиамида также относится к токсичным составам. По технической сущности данный состав является наиболее близким с заявленным изобретением.

Технической задачей заявленного изобретения является получение экологически безвредного чистого состава, сочетающего хорошие огнезащитные свойства и декоративные свойства, что позволяет использовать его широко в строительстве, например, в качестве окрасочного материала, особенно при внутренней отделке помещения.

Данная техническая задача достигается тем, что огнезащитная вспучивающаяся краска, включающая (связующие) пленкообразующее - водную акриловую дисперсию или смесь ее с гомо- или сополимерной винилацетатной дисперсией, воду, пигмент, наполнитель, поверхностно-активное вещество (смачиватель), консервирующую добавку, вспучивающие добавки, содержит в качестве пигмента двуокись титана, в качестве наполнителя тальк или микротальк, в качестве поверхностно-активного вещества анионоактивное и/или неиногенное поверхностно-активное вещество, в качестве вспучивающих добавок смесь пентаэритрита и полифосфата аммония при отношении их 1:1,3-2,6 соответственно и дополнительно коалесцирующую добавку, пеногаситель, загуститель на основе эфиров целллюлозы и возможно тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов в мас.%:
Водная акриловая дисперсия или смесь ее с гомо- или сополимерной винилацетатной дисперсией - 31,0-37,0
Полифосфат аммония - 17,0-23,0
Пентаэритрит - 9,0-13,0
Двуокись титана - 1,0-3,0
Тальк или микротальк - 5,0-8,5
Анионоактивное и/или неиногенное поверхностно-активное вещество - 0,2-0,3
Коалесцирующая добавка - 1,7-1,85
Консервирующая добавка - 0,1-0,15
Загуститель на основе эфиров целлюлозы - 0,1-0,2
Пеногаситель - 0,3-0,4
Тетраборат натрия - 0-0,1
Вода - остальное
В краске по изобретению используют акриловые водные дисперсии отечественные, например марки МБМ-5с (латекс сополимера бутилакриалата, метилметакрилата и метакриловой кислоты при соотношении мономеров 65:35:5), стиролакриловая (латекс сополимера стирола с бутилакрилатом и метакриловой кислотой при соотношении мономеров 50:45:5), так и импортные, например, стиролакрилатная марки ДМ 611, сополимерная акриловая дисперсия марки ДМ 771 и др. В качестве гомо- или сополимерной дисперсии могут быть использованы также дисперсии как отечественные, так и импортные, например, гомополимерная поливинилацетатная дисперсия ДИБ 49/2,5 м, водная дисперсия на основе сополимера винилацетата и этилена с разным содержанием этилена, например, импортная марки LDM 1780, LDM 1871 и др. Дисперсии используют с концентрацией 49-51%.

В качестве неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) в составе используют, например, такие ПАВ, как полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов (препараты ОП-7, ОП-10), блок-сополимеры окиси этилена и окиси пропилена (проксанолы), проксамины блок-сополимеры на основе этилендиамина, оксиэтилированные жирные спирты. В качестве анионоактивных ПАВ используют, например, соли карбоновых кислот, в частности щелочных или поливалентных металлов.

В качестве эфирцеллюлозного загустителя состав содержит такие эфиры целлюлозы, как, например, оксиэтилцеллюлоза, гидроксиметилцеллюлоза.

В качестве консервирующих добавок состав содержит, например, пентахлорфенолят натрия, производные фенола, катапин и др.

В качестве коалесцирующих добавок состав содержит, например, гликолевые эфиры (метилцеллозольв, этилцеллозольв, карбитол), а также такие технические продукты, как реагент Т-66 (на основе диоксановых спиртов), реагент ВВ-2 (спирты и эфиры фуранового ряда).

В качестве пеногасителя состав содержит такие известные пеногасители, как импортный "Honko D-470", низкомолекулярные полисилоксаны, силиконовые жидкости монолаурат глицерина и др.

Краску готовят, например, следующим образом.

Сначала в аппарат с мешалкой загружали воду и добавки (двуокись титана, тальк, загуститель, ПАВ), все это перемешивали в течение 10-15 минут. Затем туда же загружали остальные компоненты состава и полученную смесь перемешивали в течение 1-1,5 часов. После этого в аппарат загружали связующее и перемешивали в течение 3 часов. По окончании технологического процесса получали однородную массу, которая наносится на защищаемую поверхность. Состав может наноситься кистью, валиком или при помощи распылителя. Расход состава - не менее 600 г/м² (3-4 слоя). Сушка первого слоя осуществляется 2 часа, последующих - 1 час. Окончательно формирование защитного слоя - через 3 суток.

Состав имеет следующие огнезащитные характеристики.

В соответствии с НПБ 251-98 состав обеспечивает 1 группу огнезащитной эффективности (средства, обеспечивающие получение трудносгораемой древесины), потеря массы при сжигании менее 9%.

Ниже приведены конкретные примеры, иллюстрирующие изобретение (см. таблицу).

Подобранный экспериментальным путем качественно-количественный состав краски обеспечивает высокие свойства покрытию.

Краска по изобретению обладает хорошей стабильностью при хранении, нетоксична, проста в приготовлении. Покрытие на основе данной краски обладает хорошей адгезией к защищаемой поверхности (впитываемостью), покрытие влагостойко (обеспечивает работу в условиях 100% влажности в течение не менее 3 лет), эластично, имеет хорошие декоративные свойства. При нагревании до 250-300^oC покрытие вспучивается, обеспечивая хорошие теплоизолирующие свойства и огнезащиту покрываемым субстратам.

Изобретение относится к огнезащитным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты легковозгораемых материалов, и предназначено для использования, например, в строительстве. Огнезащитная краска представляет собой водную дисперсию на основе акриловой дисперсии или смеси ее с гомо- или сополимерной дисперсией винилацетата, содержащая в качестве вспучивающих добавок смесь пентаэритрита и полифосфата аммония при отношении их 1:1,3-2,6 соответственно, а также анионоактивное и/или неиногенное поверхностно-активное вещество, пеногаситель, эфироцеллюлозный загуститель, консервирующую добавку, двуокись титана, тальк или микротальк, возможно тетраборат натрия и воду при определенных соотношениях этих компонентов. Состав стабилен при хранении, покрытие влагостойко, обладает хорошими декоративными свойствами и при воздействии огня вспучивается, образуя теплоизолирующий и огнезащитный слой на субстрате. 1 табл.

Огнезащитная вспучивающаяся краска, включающая в качестве связующего водную акриловую дисперсию или смесь ее с гомо- или сополимерной дисперсией винилацетата, поверхностно-активное вещество, консервирующую добавку, вспучивающую добавку и воду, отличающаяся тем, что содержит в качестве пигмента двуокись титана, в качестве наполнителя тальк или микротальк, в качестве поверхностно-активного вещества - анионоактивное и/или неионогенное поверхностно-активное вещество, в качестве вспучивающих добавок смесь пентаэритрита и полифосфата аммония при отношении их 1 : 1,3 - 2,6 соответственно и дополнительно коалесцирующую добавку, загуститель на основе эфира целлюлозы, пеногаситель и, возможно, тетраборат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вышеуказанное связующее - 31,0 - 37,0
Полифосфат аммония - 17,0 - 23,0
Пентаэритрит - 9,0 - 13,0
Двуокись титана - 1,0 - 3,0
Тальк или микротальк - 5,0 - 8,5
Анионоактивное и/или неионогенное поверхностно-активное вещество - 0,2 - 0,3
Коалесцирующая добавка - 1,7 - 1,85
Консервирующая добавка - 0,1 - 0,15
Загуститель на основе эфиров целлюлозы - 0,1 - 0,2
Пеногаситель - 0,3 - 0,4
Тетраборат натрия - 0 - 0,1
Вода - Остальноею