Огнезащитный состав для металлоконструкций Российский патент 2021 года по МПК C09D5/18 C09D1/04 

Изобретение относится к составам, имеющим в основе силикаты щелочных металлов, а именно к одноупаковочным огнезащитным композициям - механическим смесям, которые предназначены для получения огнезащитных покрытий по металлу.

Известен состав композиции для нанесения защитного покрытия на поверхности строительных изделий (авт. свид. СССР №617421, С04В 19/04, опубл. 1978), содержащей:

Такая композиция, обладает водостойкостью и огнестойкостью. Недостатком ее является малая жизнеспособность, нестабильность при хранении, кроме этого, она обеспечивает получение покрытий со сравнительно невысокой эластичностью и канцерогенна из-за присутствия в ней асбеста.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является Композиция для получения огнезащитного покрытия, (патент RU 2071491, C09D 1/04, 10.01.1997, описание, сущность прототипа - GB 2167073), содержащая все три компонента заявляемого состава - жидкое стекло в количестве 35-55 вес. %, тальк в качестве минерального наполнителя и поверхностно-активное вещество, придающее составу сродство к воде (далее ПАВ) в количестве 0,8-6 вес. %. Мыла жирных кислот являют собой пример анионных ПАВ, так как в контакте с водой их углеводородные хвосты с «прикрепленными» химической связью карбоксильной и сульфатной группами обретают при диссоциации отрицательный заряд. Для стеарата калия, «жидкого мыла», это выглядит так (полное ионное уравнение).

Такая композиция обладает недостаточными технологическими свойствами - низкой стабильностью смеси (расслаиваемость при хранении), вязкостью, недостаточной для применения механизации нанесения и низкой огнестойкостью по сравнению, например, с вспучивающимися огнезащитными покрытиями из-за малого количества минерального наполнителя как материала, определяющего огнестойкость. Увеличение доли минерального наполнителя требует увеличения доли увлажняющего агента, в нашем случае анионного ПАВ, так как из-за повышенной вязкости невозможно механизировать процесс нанесения.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании изобретения, и которая не могла быть решена при осуществлении или использовании известных заявителю аналогов изобретения, является создание силикатной огнезащитной композиции, с повышенной стабильностью гомогенизированной смеси, достаточной вязкостью для возможности механизированного нанесения в качестве огнезащитного покрытия, обладающей высокой адгезией по отношению к металлу и повышенной огнестойкостью.

Для решения поставленной проблемы в качестве компонентов в заявляемом огнезащитном составе, включающем водорастворимый силикат щелочного металла, минеральный наполнитель и поверхностно-активное вещество, он содержит в качестве силиката щелочного металла силикат натрия Na₂O(SiO₂)_n, в качестве минерального наполнителя гидросиликат магния 3MgO⋅2SiO₂⋅2H₂O и в качестве поверхностно-активного вещества стеарат калия C₁₇H₃₅COOK при следующем соотношении компонентов, мас. %

силикат натрия 48 гидросиликат магния 40 стеарат калия 12

Для осуществления изобретения используют жидкое стекло ГОСТ 13078 (Стекло натриевое жидкое) с силикатным модулем 2,5-3,0 и плотностью 1,32-1,35, в качестве гидросиликата магния - отходы дробления серпентинита крупностью 0,4 мм, в качестве поверхностно-активного вещества - жидкое мыло ГОСТ 31696-2012 Продукция косметическая гигиеническая моющая. Общие технические условия.

Состав получают следующим образом. В подготовленное жидкое стекло (раствор силиката натрия (Na₂O(SiO₂)_n плотностью 1,30 г/см³) в количестве 37 мл вводят 12 мл поверхностно-активного вещества (C₁₇H₃₅COOK), смесь перемешивают в течение 10 мин, затем вводят 40 г гидросиликата магния (3MgO⋅2SiO₂⋅2H₂O), и перемешивают в течение 20 мин, после чего состав готов к употреблению. Состав является одноупаковочным, поставляется упакованным в таре, готовым для нанесения. Наносят огнезащитный состав нанесением на поверхности конструкций, обеспечивая огнезащитный слой.

Содержащееся в смеси жидкое стекло является связующим состава, обеспечивая адгезию покрытия к металлу. Огнестойкость дает наполнитель - гидросиликат магния, при этом необходимо особо отметить повышение в композиции доли минерального наполнителя - доступного и дешевого минерала. Повышенное содержание поверхностно-активного вещества обеспечивает стабильность смеси и вязкость, не превышающую необходимой для возможности механизации процесса нанесения состава, при этом жизнестойкость композиции и долговечность покрытия (гарантийные сроки хранения и эксплуатации покрытия) определяют по изменению внешнего вида и технических свойств.

Известно (см., например, описание патента RU 2204547), что степень вспенивания солей жирных кислот, определяющих состав жидкого мыла, и выход коксового остатка при действии огня и повышенной температуры зависят как от химической природы кислот, так и от природы катиона. В соответствии с уравнением (1) в качестве катиона в составе жидкого мыла - солей жирных кислот в соответствии с настоящим изобретением, входит K⁺, то есть катион элемента I группы периодической системы. Наиболее предпочтительны в качестве интумесцентных коксообразующих антипиренов натриевые и калиевые соли жирных кислот. Калиевая соль ПАВ плавится и "вскипает" при нагревании, образуя ретикулярную пену с кратностью вспенивания К=10,8 и остаточной массой 10,6% от первоначальной.

Сочетание избытка жидкого мыла и повышенной доли минерального наполнителя производит синергическое усиление эффективности действия наполнителя-антипирена и образующегося при нагревании теплоизолирующего пенококса, что приводит к повышению огнестойкости заявляемого состава.

Показатели по сравнению с прототипом свидетельствуют о синергическом эффекте одновременного увеличения более чем вдвое доли минерального наполнителя и поверхностно-активного вещества, предположительно за счет того, что ПАВ играет роль вспенивающего агента, способствующего снижению теплопроводности состава покрытия при нагреве.

Техническим результатом является разработка силикатной огнезащитной композиции, с повышенной стабильностью гомогенизированной смеси, достаточной вязкостью для возможности механизированного нанесения в качестве огнезащитного покрытия, обладающей высокой адгезией по отношению к металлу и повышенной огнестойкостью.

Благодаря использованию в предлагаемом огнезащитном составе в качестве связующего жидкого стекла, а также использованию избытка жидкого мыла в качестве вспенивающего агента и отходов дробления серпентинита в качестве огнестойкого минерального наполнителя с повышенным содержанием его в смеси, удалось повысить огнезащитные свойства состава, снизить его расход, толщину наносимого слоя, а также обеспечить экологическую чистоту и общедоступность данного состава, а также решается проблема использования отходов при получении хризотилового асбеста из месторождения серпентинитов. За счет использования в огнезащитном составе в качестве связующего дисперсии калиевой соли кремниевой кислоты при нагревании образуется кокс на основе кремния, который является более устойчивым к пламени, чем кокс в известных вспенивающихся составах на основе углерода. Так в прототипе огнестойкость покрытия для металлических конструкций составляет от 48 мин (без грунтовки) до 60 мин (с грунтовкой), а для настоящего состава от 45 мин (слой толщиной 10 мм) до 90 мин (слой толщиной 25 мм). Эти показатели соответствуют классификации R45 и R90 по Техническому регламенту о требованиях пожарной безопасности (в редакции Федерального закона от 22 июля 2008 г. №123-ФЗ).

Остальные физико-механические свойства предлагаемого состава не хуже, чем у вышеописанных аналога и прототипа, о чем свидетельствуют следующие показатели (в скобках указаны показатели прототипа):

Условия вязкости по В3-4 при Т=20+5°С (ГОСТ8420-74), с - 15,9-22,7 - (22-42)

Адгезия по ГОСТ 15140-78, балл:

Через 10 дней после нанесения состава - 1 (1-2)

Через 12 мес после нанесения состава -1(1-2)

Время высыхания покрытия толщиной 10 мм при Т=20+2°С - 17-24 час - (24-36)

Жизнеспособность, мес - 6 (6)

Токсичность (класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76) - 4 (4)

Способность к отслаиванию - Не отслаивается - (Не отслаивается)

Применение в предлагаемом составе в качестве связующего дисперсии жидкого стекла, а также гидросиликата магния и жидкого мыла в указанных пропорциях позволило обеспечить достаточную огнестойкость покрытия без дорогостоящих, остродефицитных и токсичных ингредиентов, а также использовать отходы производства.

Изобретение относится к одноупаковочным огнезащитным композициям, имеющим в основе силикаты щелочных металлов. Предложен состав, который включает в качестве связующего силикат натрия Na₂O(SiO₂)_n, в качестве минерального наполнителя гидросиликат магния 3MgO⋅2SiO₂⋅2H₂O и в качестве поверхностно-активного вещества стеарат калия C₁₇H₃₅COOK при следующем соотношении компонентов, мас.%: силикат натрия 48; гидросиликат магния 40; стеарат калия 12. Технический результат - повышение огнезащитных свойств состава, снижение его расхода, толщины наносимого слоя, а также обеспечение экологической чистоты и общедоступности данного состава.

Огнезащитный состав для металлоконструкций, включающий водорастворимый силикат щелочного металла, минеральный наполнитель и поверхностно-активное вещество, отличающийся тем, что он содержит в качестве силиката щелочного металла силикат натрия Na₂O(SiO₂)_n, в качестве минерального наполнителя гидросиликат магния 3MgO⋅2SiO₂⋅2H₂O и в качестве поверхностно-активного вещества стеарат калия C₁₇H₃₅COOK при следующем соотношении компонентов, мас.%

силикат натрия 48 гидросиликат магния 40 стеарат калия 12