ОГНЕЗАЩИТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ Российский патент 2002 года по МПК C09D127/24 C09D5/18 C09D127/24 C09D161/32 

Изобретение относится к области получения огнезащитных покрытий, в частности, покрытий на основе полимерного связующего, обладающих высокими теплоизолирующими свойствами при действии высоких температур.

Известна огнезащитная композиция, содержащая меламиноформальдегидную смолу, мочевиноформальдегидную смолу, бутиловый спирт, отвердители и наполнители (авт. свид. 452224, кл. С 09 D 5/18, 1972 г.). Эта композиция обладает высокими вспенивающимися и теплоизолирующими свойствами, но при хранении в готовом виде она недостаточно жизнеспособна.

Известна также огнезащитная вспенивающаяся композиция для защиты несущих металлических конструкций, противопожарных перегородок, топливных баков (авт. свид. 709654, кл. С 09 D 5/18, 1980 г.). Эта композиция обладает хорошими вспенивающимися и эксплуатационными свойствами, но ее теплоизолирующие характеристики недостаточно высоки.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению (прототипом) является огнезащитная композиция для покрытия металлических конструкций по патенту России 1804082 (кл. С 09 D 5/18, 1995 г.). Композиция прототипа состоит из следующих компонентов в соотношениях, мас.ч.: хлорсульфированный полиэтилен - 16-20; толуол - 80-84; оксид магния - 2,5-3,0; сахароза - 10-12; аммофос - 40-50; дициандиамид - 20-30; пентаэритрит - 30-40; мочевина - 10-12; тетраборат натрия водный - 10-15; перлит вспененный - 4,5-5,0; аэросил - 2,5-3,0.

Данная композиция также имеет недостаточно эффективную огнезащиту, так как время прогрева металлической подложки до 500^oС при исходной толщине покрытия 2 мм составило 0,5 ч, что в условиях пожара не обеспечивает защиту стальных конструкций от действия огня, в результате чего происходит быстрая потеря их конструкционной прочности. Кроме того, низкая термостабильность образующегося углеродного слоя приводит к быстрому выгоранию покрытия. К недостаткам этого состава следует отнести и то обстоятельство, что нанести покрытие можно только с помощью шпателя, что снижает качество покрытия и увеличивает расход материала, о чем свидетельствуют результаты испытаний, проведенных согласно "Инструкции по определению теплоизолирующих свойств вспучивающихся покрытий по металлу" (М.: ВНИИПО, 1980).

При создании огнезащитной композиции, составляющей предмет предлагаемого изобретения, ставилась задача повышения огнезащитных свойств покрытий и расширения ассортимента полимерных композиционных материалов для защиты металлических конструкций.

Повышение огнезащитных свойств достигается составом, включающим:
смолу перхлорвиниловую, например ПСХ-ЛН - 15 мас.ч.;
растворитель, например растворитель Р-4 - 85 мас.ч.;
продукт, полученный конденсацией при смешении формальдегида, дициандиамида, сорбита и щавелевой кислоты - 60-75 мас.ч.;
аммоний фосфорнокислый однозамещенный - 25-35 мас.ч.;
диоксид титана - 5-10 мас.ч.;
аэросил - 0,5-1,5 мас.ч.

Конденсация продукта осуществляется следующим образом. В водный раствор формальдегида (38-40%) 16-18 мас.ч. добавляют 0,3 мас.ч. гидроксида калия и 18-20 мас.ч. дициандиамида. Смесь выдерживают при 50-60^oС в течение 2,5-3 ч, постоянно перемешивая. Затем в раствор добавляют 8-10 мас.ч. сорбита и продолжают процесс конденсации при перемешивании, поддерживая температуру 90-95^oС еще 2 ч. По истечении этого времени в горячую смесь добавляют 0,5-1,0 мас. ч. щавелевой кислоты. По мере охлаждения раствора продукт конденсации выпадает в осадок, осадок высушивают и выдерживают 4-5 ч при температуре 115-125^oС. Высушенный продукт измельчают в шаровой мельнице до размера диаметра частиц не более 70 мкм. Затем тонко измельченные сухие компоненты смешивают с раствором перхлорвиниловой смолы в растворителе Р-4 - толуол-ацетон-этилацетат.

Полученный состав наносят на металлические образцы с помощью кисти, валика или напылением слоем толщиной 1,1-1,2 мм. Образцы с нанесенным на них покрытием высушивают на воздухе в течение 6-7 суток при нормальных условиях.

Пример
Для получения предлагаемой огнезащитной полимерной композиции 70 мас.ч. продукта конденсации формальдегида, дициандиамида, сорбита и щавелевой кислоты, 30 мас.ч. аммония фосфорнокислого однозамещенного, 8 мас.ч. диоксида титана и 0,5 мас.ч. аэросила измельчают в шаровой мельнице до размера частиц не более 70 мкм и смешивают с 15 мас.ч. перхлорвиниловой смолы, предварительно растворенной в 85 мас.ч. растворителя Р-4. Тщательно перемешивают состав и наносят его на стальную пластину.

При толщине покрытия 1,2 мм оно увеличивается в объеме при огневых испытаниях в 20 раз, а температура металлической пластины повышается до 220^oС через 0,5 ч.

Испытания по оценке огнезащитной эффективности покрытий, нанесенных на стальные пластины толщиной 3 мм, проводили при воздействии излучаемого теплового потока в двух режимах:
1) в температурном режиме "стандартного пожара" (ГОСТ 30247.0);
2) при действии теплового потока плотностью 40 Вт/см².

Результаты испытаний оценивались в первом случае по времени прогрева металлических пластин до 220^oС, а во втором - по температуре металлических пластин через 15 мин после начала испытаний. Результаты испытаний приведены в таблице. Из таблицы видно, что соотношение компонентов определяет эффективность огнезащиты. При содержании компонентов ниже нижнего предела эффективность огнезащиты существенно падает. При концентрации ингредиентов выше верхнего предела эффективность огнезащиты не увеличивается, но резко возрастает вязкость состава, что создает технологические трудности при нанесении покрытий и приводит к ухудшению физико-механических свойств покрытия.

Использование состава, содержащего компоненты в оптимальных соотношениях, в качестве покрытия обеспечивает повышение огнестойкости металлических конструкций на 30% при одновременном снижении толщины исходного покрытия в 1,5 раза по сравнению с прототипом.

Основные физико-механические свойства покрытия, полученного при использовании смеси компонентов в оптимальных концентрациях, таковы: эластичность пленки при изгибе не более 10 мм (ГОСТ 6806), прочность пленки при ударе не менее 30 см (ГОСТ 4765), время высыхания до степени 3 при 20⁺2^oC не более 3 ч (ГОСТ 19007), адгезия к стали и алюминию не более 2 баллов (ГОСТ 15140).

Данные, полученные в результате санитарно-химических испытаний (ГОСТ 12.1-005-88, ГОСТ - 12.1.016-79, РД - 52.04-186-89), показали, что данное покрытие может применяться в замкнутых обитаемых помещениях.

Покрытие сохраняет свои огнезащитные свойства при увеличении внешнего давления до 500 кПа и при повышении концентрации кислорода до 25об.%.

Изобретение относится к области получения огнезащитных покрытий на основе полимерного связующего и может найти применение в судостроении, нефтегазодобывающих платформах, транспорте. Композиция содержит перхлорвиниловую смолу, растворитель, продукт конденсации формальдегида - 16-18 мас.ч., дициандиамида - 18-20 мас. ч. , сорбита - 8-10 мас.ч., щавелевой кислоты - 0,5-1,5 мас.ч. Технический результат: покрытия обладают высокими огнезащитными свойствами за счет образования теплоизолирующего вспененного слоя при воздействии огня или тепла с температурой выше 140^oС на защищаемой поверхности. Покрытие предназначено для защиты металлов, дерева, кабеля и др., оно технологично при нанесении на защищаемую поверхность и может эксплуатироваться в условиях низких температур и высокой влажности. 1 табл.

Огнезащитная композиция для покрытия металлических конструкций, включающая полимерное связующее, вспенивающий наполнитель и пигмент, отличающаяся тем, что в качестве полимерного связующего она содержит раствор перхлорвиниловой смолы, а в качестве вспенивающегося наполнителя - продукт конденсации формальдегида, дициандиамида, сорбита и щавелевой кислоты при следующем соотношении компонентов, мас. ч. :
Перхлорвиниловая смола - 15
Растворитель - 85
Продукт конденсации, - 60 - 75
полученный из
формальдегида - 16 - 18
дициандиамида - 18 - 20
сорбита - 8 - 10
щавелевой кислоты - 0,5 - 1,5
Аммоний фосфорнокислый однозамещенный - 25 - 35
Двуокись титана - 5 - 10
Аэросил - 0,5 - 1,5