ОГНЕЗАЩИТНАЯ ВСПУЧИВАЮЩАЯСЯ КРАСКА Российский патент 2004 года по МПК C09D5/18 

Изобретение относится к химической промышленности, точнее к вспенивающимся полимерным покрытиям, оказывающим огнезащитное действие при защите древесины и теплоизолирующее действие при защите металлических конструкций в целях повышения предела их огнестойкости при возникновении пожара, защиты целлюлозно-бумажных, полимерных, кабельных изделий и материалов на тканевой основе.

Наиболее широко такие покрытия применяются при строительстве гражданских и промышленных зданий, а также в авиации, железнодорожном транспорте, судостроении.

Огнезащитная краска представляет однородную суспензию с пенообразующим сухим компонентом.

При нанесении на поверхность металла или дерева слои краски образуют при высыхании непрозрачные или прозрачные покрытия, защищающие поверхность металла или дерева от воздействия агрессивных агентов и придающие ей товарный вид. При пожаре огнезащитная краска (ОГК) образует защитный теплоизоляционный слой из негорючего пенокоса, предохраняющий от теплового воздействия и предотвращающий деформацию металла и возгорание термопластовых, деревянных конструкций, целлюлозобумажных изделий и материалов па тканевой основе.

Химические компоненты вспучивающейся огнезащитной краски начинают взаимодействовать между собой при температуре приблизительно 120-200^oС. Эффект огнезащиты достигается за счет вспучивания краски при нагреве. ОГК представляет собой дисперсию антипирена - вспенивающего агента и специальных добавок в растворе связующего. В качестве растворителей в зависимости от связующего используют уайт-спирит, ксилол, бутилацетат или воду.

ОГК наносится различными способами на металлическую или деревянную поверхность: шпателем, кистью или краскопультом. Известны теплоизолирующие лакокрасочные покрытия на основе применения неорганических связующих с минеральными наполнителями и добавками: асбестом, вермикулитом, перлитом, солями борной кислоты. Полученные на этой основе покрытия обладают высокой отражающей способностью и низкой теплопроводностью. При высоком температурном воздействии такие лакокрасочные покрытия изменяют свою структуру, разлагаются с выделением негорючих газов и воды. Основой в таких покрытиях является жидкое стекло и минеральные вяжущие вещества, а именно: молотая слюда, каолин, ферросплавные отходы (патенты РФ 2091424, 2028348).

Все эти виды огнезащитных покрытий требуют сложной технологии нанесения и больших материальных затрат, так как для повышения огнестойкости необходимо обеспечить перепад температур на внешней и внутренней стороне лакокрасочного покрытия более 700^oС, что может быть достигнуто только за счет большой толщины этого покрытия. Огнезащитные покрытия невспучивающегося типа неэффективны по экономическим и технологическим соображениям. Наибольшим огнезащитным эффектом с хорошими теплофизическими характеристиками обладают вспучивающиеся покрытия, полученные на фосфатной основе, содержащие антипирен. Такие огнестойкие покрытия (краски, композиции) при нагревании, разлагаясь, образуют негорючие газы и пенококс. В этом случае негорючий меламин является источником углерода для образования пенококса. ОГК, увеличиваясь в объеме от 40 до 70 раз, позволяет осуществить необходимую целостность конструкции или изделий огнезащиты в пределах от 0,5-1,0 часа времени при температуре 1000-1100^oС.

В последнее время вспучивающиеся покрытия с образованием пенококса получали на основе эпоксидного олигомера, водно-дисперсных акриловых сополимеров, кремнеорганических смол, каучуков и т.д. В таких огнезащитных композициях только верхняя часть слоя участвует в ценообразовании и образующийся пенококс в верхнем слое экранирует нижние слои, лежащие на поверхности подложки (металла, дерева или термопласта), что не обеспечивало равномерности структуры качества пенококса и снижало его теплофизические характеристики как теплоизолятора. Предлагаемый химический состав сухой компоненты повышает качество пенококса и его структуру во время вспучивания при высокой температуре, что увеличивает предел ее огнестойкости в сравнении с уже известными аналогами, такими как ОЗС-МВ, МПВО, ПЕНОКОКС, СГК-1, "Файрекс-400", огнезащитный состав "МС", огнезащитный состав "Старый вяз", огнезащитная краска "Азнар".

Химический состав, способ приготовления и нанесения на поверхность огнезащитного покрытия играет важную роль в показателях качества пенококса, таких как высота слоя, диаметр пузырей, их равномерность распределения по всему объему образования пенококса, что в значительной степени определяет прочность и эластичность корки образующегося огнезащитного покрытия.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является 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 - анионактивное 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
Анионактивное 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 - Остальное
(патент РФ 2174527, 2001).

В основу заявляемого изобретения положена задача - без применения токсичных компонентов обеспечить уменьшение расхода покрытия, улучшение адгезии к защищаемым поверхностям при одновременном улучшении его огнезащитных свойств и обеспечении хороших физико-механических свойств.

Достигаемый технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении огнестойкости состава при одновременном уменьшении его расхода, улучшении адгезионных свойств, а также в создании составов, пригодных для покрытий деревянных, металлических и полимерных поверхностей изделий и других материалов без применения грунтовых покрытий.

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ: повышение огнестойкости и прочности сцепления защищаемой поверхности, получение прочного и однородного по составу пенококса, который не разрушается при воздействии на него высоких температур, небольших вибрационных нагрузок, а также получение такой композиции, которая упрощала бы ее технологию производства при изготовлении, была бы доступна к массовому применению.

Поставленная цель достигается тем, что производство ОГК основано на получении сухой части компоненты, составляющей 60-80% общей массы и остальные 20-40% образуют связующее, выпускаемые промышленностью, например карбамидоформальдегидные, меламиноформальдегидные, эпоксидные и полиэфирэпоксидные смолы, водно-дисперсные акриловые, поливинилацетатные сополимеры, такие как акрилометилметакриловая, акрилолатексная дисперсии, поливинилацетатная дисперсия-АТ-25. Краски могут быть как однокомпонентными готовыми к применению, так и двухкомпонентными. Двухкомпонентные краски перед применением готовятся путем смешения сухой части компоненты с массовой частью связующего в течение определенного времени, после смешивания краска готова к применению. Таким образом, ОГК, имея один сухой состав, является универсальной для деревянных, целлюлозобумажных, полимерных изделий на тканевой основе и металла в зависимости от толщины слоя нанесения и в зависимости от связующих. ОГК применима для различных мест внутри помещений (экологически чистая на акриловых дисперсиях), химически стойкая (полиэфирэпоксидные лаки ЭП-1335), для условий прямого атмосферного воздействия (К-411, К-421, КФС и МФС). Выбор связующего в составе ОГК определяется целесообразностью применения, ценой, а также требованиями к качеству окрашенной поверхности и требованиями времени огнезащиты для данного вида материалов или конструкций (таблицы 1 и 2).

Изобретение может быть использовано для защиты металлических, деревянных, полимерных, целлюлозобумажных, кабельных конструкций, изделий на тканевой основе, где есть возможность возгорания при пожарах или работах с открытым огнем.

Изобретение обеспечивает получение огнезащитной краски с высокими огнезащитными теплофизическими характеристиками, при достаточно простой технологии из доступных материалов отечественного производства. Образцы изделий, полностью окрашенные ОГК, при воздействии открытого пламени с температурой 1100-1300^oС, покрываясь защитным пенококсом, не теряют своих прочностных и весовых характеристик после 0,5-1,5 ч пребывания в зоне высоких температур, при толщине покрытия изделия 0,7-1,5 мм. Применение в составе краски алюминий гидроксида увеличивает тем самым время огнестойкости до 1,5 ч.

Изобретение поясняется схемами, где:
на фиг.1 - принципиальная схема действия ОГК при воздействии на окрашенную металлическую пластину;
на фиг. 2 - график температур на тыльной стороне металлических пластин для различных видов ОГК в зависимости от времени и температур теплового потока.

Сущность изобретения.

Огнезащитная вспучивающаяся краска содержит в качестве связующего смолы или смеси смол, карбонизирующее вещество, вспенивающий агент, пигмент - диоксид титана и наполнитель - тальк, отличается тем, что в качестве карбонизирующего вещества она содержит многоатомный спирт; в качестве стабилизатора пенококса содержит крахмал и мочевину; в качестве катализатора пенообразователя используют сернокислые соли металлов церия, марганца, меди, магния. В качестве компонента, повышающего огнестойкость, краска содержит гидроксид алюминия, образующий с фосфором фосфат алюминия. В качестве диспергатора краска содержит тальк, причем краска выполнена однокомпонентной или двухкомпонентной: из связующего 20-40% от общей массы и сухой составляющей 60-80%, при следующем соотношении ингредиентов сухой составляющей, мас.%:
Аммонийные соли фосфорной и полифосфорной кислот - 37-54
Многоатомный спирт - 10-20
Мочевина - 3-6
Меламин - 10-20
Борная кислота - 0,5-4
Крахмал - 8-15
Церий сернокислый - 0,3-0,5
Марганец сернокислый - 0,3-0,5
Магний сернокислый - 0,3-0,5
Медь сернокислая - 0,3-0,5
Гидроксид алюминия - 1-7
Наполнитель - 6-26
Пигмент - 0,2-0,5
В качестве связующих содержит смолы, выбранные из группы, включающей: пентафталевые, карбамидоформальдегидные, меламиноформальдегидные, водно-дисперсные акриловые сополимеры.

В качестве многоатомного спирта она содержит пентаэритрит, при высоких температурах являющийся фактором образования негорючего каркаса кокса.

В качестве аммонийных солей фосфорной и полифосфорной кислоты она содержит, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы: фосфат аммония, полифосфат аммония, гидрофосфат аммония.

Краска дополнительно содержит хлористый аммоний в качестве вспенивающего агента. Краска дополнительно содержит отвердитель в количестве 0,2-7 мас.%.

В качестве наполнителя содержит, по меньшей мере, одно вещество, выбранное из группы, включающей диоксид титана, слюду - миканит, тальк, цеолит.

В случае использования неводных смол она дополнительно содержит газообразователь в количестве 0,5-1,5 мас.%.

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 карбонизированный, слой имеет высокие теплоизоляционные характеристики и обеспечивает эффективную защиту конструкций от огня.

Основными компонентами вспучивающихся огнезащитных покрытий являются связующее (смола и/или смеси смол), вспучивающие добавки - пенообразователи (многоатомные спирты, азотосодержащие соединения - мочевина) и антипирены, например, фосфор и азотосодержащие соединения.

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

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-х лет), эластично, имеет хорошие декоративные свойства. При нагревании покрытие вспучивается, обеспечивая хорошие теплоизолирующие свойства и огнезащиту покрываемых поверхностей.

В качестве связующего используется смола или смеси смол, например, карбамидные, пентафталевые, водно-дисперсные акриловые сополимеры и др. В зависимости от покрывающего материала желательно применение следующих смол: ПФ-060 - пентафталевая для металла, карбамидные - КФ-Ж - для дерева (табл. 1).

Краски могут быть как однокомпонентные готовыми к применению, так и двухкомпонентными. Двухкомпонентные краски перед применением готовятся путем смешения сухой части компоненты в шаровых мельницах в течение определенного времени, после смешения краска готова к применению. Таким образом, при наличии двухкомпонентной краски одна и та же массовая часть сухой компоненты, смешанная с массовой частью различных связующих, имеет различное применение. Изобретение может быть использовано для защиты металлических, деревянных, полимерных, целлюлозобумажных, кабельных конструкций, изделий на тканевой основе, где есть возможность возгорания при пожарах или работах с открытым огнем.

Изобретение обеспечивает получение огнезащитной вспучивающейся краски (ОГК) с высокими огнезащитными теплофизическими характеристиками при достаточно простой технологии из доступных материалов отечественного производства. Образцы изделий, полностью окрашенные ОГК и помещенные в печь с температурой 1100-1300^oС внутри топки, покрываясь под воздействием тепла защитным пенококсом, не теряют своих прочностных и весовых характеристик после часового пребывания в топке при толщине покрытия изделия 1,0-1,5 мм (фиг. 1, где 1 - образец, 2 - пенококс и 3 - тепловой поток). Применение в составе краски гидроксида алюминия расширяет предел огнестойкости до 1400^oС, увеличивая тем самым время огнестойкости до 1,2 часа (табл. 2).

В составе ОГК окись титана и тальк выполняют роль отражателя тепла, фосфатная соль, реагируя с пентаэтритом, образует негорючий кокс, а хлорид аммония играет роль отвердителя смолы и газообразователя. В качестве стабилизатора пенококса используют крахмал и мочевину, а роль катализаторов пенообразователя берут на себя сернокислые соли металлов церия, марганца, магния и меди.

Пример 1. Состав сухой компоненты содержит, мас.%:
Аммонийные соли фосфорной и полифосфорной кислот - 37,0
Пентаэритрит - 10,0
Мочевина - 3,0
Слюда - миканит - 2,0
Борная кислота (кристаллическая) - 1,0
Пигмент окись цинка, сажа - 0,3
Церий сернокислый - 0,3
Марганец сернокислый - 0,3
Магний сернокислый - 0,3
Гидроксид алюминия - 2,0
Крахмал - 8,0
Медь сернокислая - 1,0
Меламин - 10,0
Цеолит природный - 2,0
Меламиноформальдегидная смола - 17,8
Хлористый аммоний - 5,0
В этом составе окись титана, тальк, выполняют роль отражателя тепла, фосфорная соль реагируя с пентаэритритом, образует негорючий кокс, хлорид аммония играет роль отвердителя смолы и газообразователя, а в качестве стабилизатора пенококса эту роль на себя берут крахмал и мочевина, роль катализаторов пенообразователя берут на себя сернокислые соли тяжелых металлов: церия, марганца, меди.

Пример 2.

Аммонийные соли фосфорной и полифосфорной кислот - 37,0
Многоатомный спирт - 10,0
Мочевина - 4,0
Меламин - 10,0
Борная кислота - 1,0
Крахмал - 9,0
Церий сернокислый - 0,3
Марганец сернокислый - 0,4
Магний сернокислый - 0,3
Медь сернокислая - 0,3
Гидроксид алюминия - 1,0
Пигмент - диоксид титана - 0,2
Наполнитель: каолин (тальк), миканит - 6,5
Карбамидоформальдегидная смола - 15,0
Хлористый аммоний - 5,0
Приготовление сухой составляющей осуществляют следующим образом. В шаровую мельницу загружают карбонизирующее вещество (пентаэритрит, крахмал), вспенивающий агент (карбамид, борная кислота, хлористый аммоний) и все это перетирают до получения требуемой величины частиц. После окончания перетирания в полученную смесь добавляют наполнитель (каолин(тальк), миканит (слюда в порошке) и диоксид титана) и перемешивают все в смесителе до получения однородной массы.

Полученную массу растворяют в связующем.

Полифосфат и/или фосфат аммония добавляют в полученный состав непосредственно перед его нанесением и перемешиванием в смесители или вручную.

Полученный вышеописанным способом огнеупорный состав наносят любым способом (кистью, валиком, распылители и т.д.) на защищаемую поверхность и сушат.

Введение в предлагаемый состав борной кислоты повышает огнестойкость краски и уменьшает ее расход. Борная кислота разлагается с большим выделением азота, вспенивающего огнезащитный состав при более низких температурах, чем карбамид и хлористый аммоний, обеспечивая тем самым дополнительное вспенивание при более низких температурах.

Это обеспечивает также расход предлагаемого состава для дерева всего 150-300 г/м², а для металла - 1250-1700 г/м².

Использование цеолита позволяет получить при нагревании неорганический негорючий кокс на основе кремния, более устойчивый к пламени, чем органический кокс на основе углерода.

Изобретение относится к химической промышленности, точнее к вспенивающимся полимерным покрытиям, оказывающим огнезащитное действие при защите древесины и теплоизолирующее действие при защите металлических конструкций в целях повышения предела их огнестойкости при возникновении пожара, защиты целлюлозно-бумажных, полимерных, кабельных изделий и материалов на тканевой основе. Огнеупорная вспучивающаяся краска содержит в качестве связующего смолы или смеси смол карбонизирующее вещество, вспенивающий агент и наполнитель, отличается тем, что в качестве карбонизирующего вещества она содержит многоатомный спирт и/или крахмал, в качестве стабилизатора пенококса содержит крахмал и мочевину, в качестве катализатора пенообразователя используют сернокислые соли металлов церия, марганца, меди, магния. В качестве компонента, повышающего огнестойкость краски, содержит гидроксид алюминия, образующий с фосфором фосфат алюминия. В качестве диспергатора краска содержит тальк, причем краска выполнена однокомпонентной или двухкомпонентной: из связующего 20-40% от общей массы и сухой составляющей 60-80%. Сочетание компонентов в определенном сочетании позволяет повысить огнестойкость состава при одновременном уменьшении его расхода и улучшить адгезионные свойства. 7 з.п.ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1. Огнезащитная вспучивающаяся краска, включающая в качестве связующего смолу или смеси смол, карбонизирующее вещество, вспенивающий агент, пигмент и наполнитель, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в качестве стабилизатора пенококса крахмал и мочевину, в качестве катализатора пенообразователя – сернокислые соли металлов церия, марганца, меди, магния, в качестве компонента, повышающего огнестойкость, – гидроксид алюминия, в качестве диспергатора – тальк, а в качестве карбонизирующего вещества она содержит многоатомный спирт, в качестве вспенивающего агента – аммонийные соли фосфорной и полифосфорной кислот, меламин и борную кислоту, причем краска выполнена однокомпонентной или двухкомпонентной и содержит: связующего – 20-40 мас.% от общей массы и сухой смеси – 60-80 мас.%, при следующем соотношении ингредиентов сухой составляющей в мас.%:

Аммонийные соли фосфорной и полифосфорной кислот 37 - 54

Многоатомный спирт 10 - 20

Мочевина 3,0 - 6,0

Меламин 10 - 20

Борная кислота 0,5 - 4,0

Крахмал 8,0 - 15

Церий сернокислый 0,3 - 0,5

Марганец сернокислый 0,3 - 0,5

Магний сернокислый 0,3 - 0,5

Медь сернокислая 0,3 - 0,5

Гидроксид алюминия 1,0 - 7,0

Наполнитель 6,0 - 26

Пигмент 0,2 - 0,5