ГИДРОГЕЛЬ ДЛЯ ОГНЕЗАЩИТНЫХ ПРОСЛОЕК В МНОГОСЛОЙНОМ ПОЖАРОБЕЗОПАСНОМ ОСТЕКЛЕНИИ Российский патент 2012 года по МПК C03C27/12 

Изобретение относится к гидрогелям, пригодным для использования при производстве пожаробезопасных светопрозрачных ограждающих конструкций, и может быть использовано в строительстве, в качестве огнезащитных прослоек в пожаробезопасном остеклении окон, дверей, светопрозрачных перегородок и ограждений, балконов, витражей, мансард. В составе многослойных стекол изобретение может быть использовано в рельсовом и автотранспорте, судостроении.

Известен гидрогель, используемый в качестве огнезащитной прослойки в пожаробезопасном многослойном стекле и содержащий производные полиакриламида и/или полиметакриламида 3-50 мас.% и их сополимеры со связующим мономером (0,05-5 мас.%), имеющим, по крайней мере, две ненасыщенные связи в молекуле; добавку, предотвращающую замерзание - многоатомный спирт или смесь многоатомных спиртов, относящихся к соединениям ряда: поливиниловый спирт, этиленгликоль, этилендигликоль, глицерин, изобутилглицерин и им подобные, а также водорастворимые углеводы, например, сахароза, лактоза, глюкоза, фруктоза и им подобные 5-20 мас.%; хлориды щелочных и/или щелочноземельных металлов 5-50 мас.%; дистиллированная вода - остальное (см. СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ РФ №15725, С03В 23/24 С03С 27/12, опубл. 10.11.2000).

Однако известный гидрогель содержит полиамиды, вязкость растворов которых не стабильна во времени, что приведет к изменению эксплуатационных свойств огнезащитной прослойки во времени и малому сроку службы конструкции.

Известен гидрогель, используемый в качестве огнезащитной прослойки в пожаробезопасном многослойном стекле, содержащий жидкое стекло на основе силиката щелочного металла, водорастворимый алюминат и гидроксикарбоновую кислоту (см. патент РФ на изобретение №2292375, C09K 21/02, опубл. 2007.01.27).

Однако известный гидрогель образует структуры с физическими связями, и его вязкость снижается при высоких температурах, что приводит к вытеканию состава из стеклопакета в условиях пожара и снижению огнестойкости конструкции; также известно, что силикатные гидрогели нестабильны при воздействии отрицательных температур, что требует при их применении для наружного остекления дополнительных теплоизолирующих элементов конструкции.

Известен гидрогель силиката щелочного металла, используемый в качестве огнезащитной прослойки в пожаробезопасном многослойном стекле, содержащий добавки, выбираемые из полиспиртов и моно- или полисахаридов (см. патент РФ на изобретение №2214372, С03С 27/12, опубл. 2003.10.20).

Недостатком известного материала является нестабильность при воздействии отрицательных температур и ультрафиолетовой составляющей солнечного света.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому результату к заявленному изобретению является гидрогель, используемый в качестве огнезащитной прослойки в пожаробезопасном многослойном стекле, содержащий следующие компоненты:

полиакриловая кислота от 3 до 25% и/или полиметакриловая кислота и/или их сополимеры от 3 до 5%, и/или соли полиакриловой, и/или полиметакриловой кислот и щелочных металлов;

многоатомные спирты, преимущественно этиленгликоль или глицерин;

вода от 65 до 90 мас.%;

инициатор полимеризации;

органическая кислота - лимонная кислота и/или ее соли щелочных металлов;

соединения, содержащие аминогруппы преимущественно триэтаноламин;

сшивающий агент (см. патент WO 03061963, В32В 17/10, опубл. 2003.07.31).

Недостатком известного гидрогеля является низкий коксовый остаток при деструкции гидрогеля, вследствие значительного содержания воды: от 65 до 90 мас.%. Нами были испытаны составы, содержащие более 60% воды. При воздействии на них открытого пламени (метод огневой трубы) потери массы составляют при 62 мас.% воды - 44 мас.%, при 66 мас.% - 50 мас.%, при 72 мас.% - 65 мас.%, при 82 мас.% - 74 мас.% Испытание для определения класса огнестойкости согласно ГОСТ 30247.0-94 составов, содержащих более 60% воды (см. протокол испытаний №1, 2), показали негативное влияние большого количества воды. Разрушение всех стекол в многослойном стекле с гидрогелевыми прослойками, содержащими более 60% волы, носит хлопкообразный характер, при этом трещины на стекле образуют замкнутые участки, которые впоследствии обрушиваются. Это объясняется высокими напряжениями, возникающими в материале при испарении связанной в геле воды. Кокс, образуемый гидрогелем с большим содержание воды, имеет рыхлую пористую структуру, быстро разрушается и осыпается, не образуя плотного теплоизолирующего слоя.

Задачей настоящего изобретения является создание гидрогеля для прослоек в многослойном пожаробезопасном стекле, характеризующемся высокими показателями огнестойкости посредством образования плотного коксового слоя, характеризующегося высокими теплоизолирующими характеристиками.

Указанный технический результат достигается тем, что гидрогель для огнезащитных прослоек в многослойном пожаробезопасном остеклении, содержащий:

полиакриловую кислоту и/или ее соли щелочных металлов,

многоатомный спирт,

воду,

фотоинициатор полимеризации пероксидного типа;

дополнительно содержит замедлитель горения, при следующем содержании компонентов, мас.%:

полиакриловая кислота и/или ее соли щелочных металлов в количестве от 30 до 70;

многоатомный спирт, преимущественно поливиниловый спирт в количестве 0,5-10;

вода - 7,9-57,9;

фотоинициатор полимеризации пероксидного типа в количестве 0,06-0,4;

замедлитель горения из группы соединений фосфора в количестве 0,5-7;

В таблице 1 представлены составы гидрогелей и класс огнестойкости трехслойного стекла с прослойками из заявляемого гидрогеля.

На чертеже представлено трехслойное стекло с прослойками из заявляемого гидрогеля.

Гидрогель синтезируется в пространстве между силикатными стеклами из раствора акриловой кислоты и/или ее соли щелочного металла, многоатомного спирта, фотоинициатора полимеризации пероксидного типа и замедлителя горения в воде внутри стеклопакета под воздействием ультрафиолетового облучения. Конструкция может содержать один или более гелевый слой, пример конструкции несимметричного исполнения, предназначенной, например, для защиты путей эвакуации людей, приведен на чертеже. При испытании несимметричной конструкции пламя должно воздействовать на сторону с обычным, незакаленным стеклом. При изготовлении конструкции, содержащей более одного слоя, каждый последующий слой заливается и синтезируется после предыдущего, таким образом, конструкция наращивается последовательно до требуемого количества слоев.

При воздействии повышенных температур на пожаробезопасное стекло происходит разогрев обращенного к пламени силикатного стекла и первого слоя гидрогеля. При нагревании гидрогеля до температуры более 120 град. С, как правило, лопается обращенное к пламени стекло и начинается удаление связанной в структуре геля воды, обуславливающее охлаждении конструкции и обеспечивающее высокие показатели ее по критерию теплоизолирующей способности. После удаления значительного количества воды происходит разогрев геля до температуры более 280 град. С, начинается карбонизация полимерной матрицы гидрогеля, при этом образуется плотный кокс с высокой теплоизолирующей способностью, защищающий последующие слои от перегрева. После разогрева обращенного к пламени силикатного стекла до температуры размягчения оно постепенно обрушается, при этом происходит деструкция кокса, образованного первым слоем гидрогеля. После этого начинает работать следующий слой. Суммарная огнестойкость всей конструкции возрастает с увеличением числа слоев.

Таким образом достигается технический результат увеличения огнестойкости многослойного трехслойного стекла в 2,3 раза.

Чертеж. Огнезащитное стекло трехслойное

1 - стекло листовое 4 мм ГОСТ 111 марки М1;

2 - стекло закаленное ТУ 5913-004-34202034-05;

3 - композиция трудногорючая органическая заливочная КТОЗ ТУ 2216-001-96961827-09;

4 - трубка ПВХ

5 - герметик "ПЕНТЭЛАСТ-1100" ТУ 2252-055-40245042-2003

Н - ширина герметизирующего слоя, равная 6 мм.

Таблица 1 Составы гидрогелей и их технические характеристики № Полиакриловая кислота, мас.% Полиакрилат калия, мас.% Полиакрилат натрия, мас.% Поливиниловый спирт, мас.% Глицерин, мас.% Вода, мас.% Фото-инициатор, мас.% Замедлитель горения - фосфорная кислота, мас.% Замедлитель горения - фосфат калия, мас.% Лимонная кислота, мас.% соединение, содержащее амино группу, мас.% класс огнестойкости EI, мин 1 20     7   67,9 0,1 5       12 2 30     7   57,9 0,1 5       20 3 60     7   27,9 0,1 5       30 4 70     7   17,9 0,1 5       32 5 80     7   7,9 0,1 5       * 6 40 20   7   27,9 0,1 5       30 7   40   7   47,9 0,1 5       28 8 40   20 7   27,9 0,1 5       28 9     40 7   47,9 0,1 5       27 10 60     0,1   34,8 0,1 5       26** 11 60     0,5   34,4 0,1 5       27 13 60     10   24,9 0,1 5       31 14 60     20   14,9 0,1 5       *** 15 60     7 0,5 27,4 0,1 5       26 16 60     7 7 20,9 0,1 5       29 17 60     7 10 17,9 0,1 5       30 18 60     7   27,99 0,01 5       *** 19 60     7   27,94 0,06 5       30 21 60     7   27,6 0,4 5       30 22 60     7   27 1 5       ** 23 60     7   32,8 0,1 0,1       ***** 24 60     7   32,4 0,1 0,5       15 26 60     7   25,9 0,1 7       30 27 60     7   17,9 0,1 15       * 28 60     7   32,4 0,1   0,5     15 29 60     7   27,9 0,1   5     30 30 60     7   25,9 0,1   7     30 прототип 25     3   65 0,1     3 3,9 13 *- непрозрачный гель
** - присутствуют дефекты структуры
*** - слишком вязкий для заливки в стеклопакет
****- не полимеризуется в течение 1 часа
***** - после удаления всей воды кокс выгорает, способствуя усилению пожара

Изобретение относится к пожаробезопасным светопрозрачным строительным конструкциям. Технический результат изобретения заключается в повышении огнестойкости. В многослойном пожаробезопасном остеклении для получения огнезащитных прослоек используют гидрогель, включающий следующие компоненты, мас.%: полиакриловую кислоту и/или ее соли щелочных металлов 30-70; многоатомный спирт, преимущественно поливиниловый спирт 0,5-10; воду 7,9-57,9; фотоинициатор полимеризации пероксидного типа 0,06-0,4; замедлитель горения из группы соединений фосфора в количестве 0,5-7. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Гидрогель для огнезащитных прослоек в многослойном пожаробезопасном остеклении, состоящий из полиакриловой кислоты и/или ее солей щелочных металлов, многоатомного спирта, воды, фотоинициатора полимеризации пероксидного типа, отличающийся тем, что содержит замедлитель горения при следующем содержании компонентов, мас.%:
полиакриловая кислота и/или ее соли щелочных металлов 30-70 многоатомный спирт, преимущественно поливиниловый спирт 0,5-10 вода 7,9-57,9 фотоинициатор полимеризации пероксидного типа 0,06-0,4 замедлитель горения из группы соединений фосфора 0,5-7

2. Гидрогель по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли полиакриловой кислоты выбран полиакрилат калия.

3. Гидрогель по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли полиакриловой кислоты выбран полиакрилат натрия.

4. Гидрогель по п.1, отличающийся тем, что в качестве многоатомного спирта выбран поливиниловый спирт.

5. Гидрогель по п.1, отличающийся тем, что в качестве многоатомного спирта использован глицерин.

6. Гидрогель по п.1, отличающийся тем, что в качестве замедлителя горения выбрана фосфорная кислота.

7. Гидрогель по п.1, отличающийся тем, что в качестве замедлителя горения выбран фосфат калия.