ОГНЕЗАЩИТНАЯ ВСПУЧИВАЮЩАЯСЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ ЭПОКСИДНОЙ СМОЛЫ, МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЭПОКСИФОСФАЗЕНОМ Российский патент 2022 года по МПК C09D163/00 C09D5/18 C09K21/00 

Изобретение относится к материалам для получения огнезащитного покрытия, которое может быть использовано для защиты металлических конструкций в условиях пожара.

Известна композиция для изготовления вспенивающего огнезащитного покрытия, содержащая лаковый раствор хлорсульфированного полиэтилена ХСПЭ-20, модифицированный эпоксидной смолой ЭД-20, асбест, переработанный для клеев марки А или марки Б, дифенилгуанидин, меламин, стеклянные полые микросферы МС-ВП-А9, обработанные поверхностно активным составом на основе АГМ-9, графит окисленный, аэросил (Патент РФ 2740894, опубл. 21.01.2021). Недостатком огнезащитной композиции являются применение материала, обладающего канцерогенными свойствами - асбеста, а также галогенсодержащего соединения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является огнезащитная вспучивающаяся композиция, включающая эпоксидную смолу ЭД-20, полифосфат аммония, модифицированный меламином, трихлорпропилфосфат, пентаэритрит, борат метилфосфита, белую сажу, интеркалированный графит (Патент РФ 2558602, опубл. 10.08.2015). Именно она принята за прототип. Недостатком огнезащитной вспучивающейся композиции являются применение в качестве пластификатора галогенсодержащего соединения трихлорпропилфосфата

(содержание хлора 32,5% теоретически) в количестве 10 мас.ч., выделяющего токсичные для организма человека и окружающей среды соединения хлора при горении. Еще одним недостатком прототипа является низкая огнезащитная эффективность, выражающаяся низкой степенью вспучивания.

Техническим результатом изобретения является создание огнезащитной вспучивающейся композиции для изготовления покрытия на ее основе с низким содержанием галогенов в составе галогенсодержащих соединений (менее 1,5%), обладающей повышенной огнезащитной эффективностью благодаря увеличению степени вспучивания покрытия вследствие воздействия высоких температур.

Для достижения заявленного технического результата предложена огнезащитная композиция, содержащая эпоксидную смолу, полифосфат аммония, меламин, пентаэритрит, белую сажу, эпоксидную смолу, модифицированную эпоксифосфазеном, отвердитель аминного типа, боратофосфат, стекловолокно, диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: эпоксидная смола 15-21, эпоксидная смола, модифицированная эпоксифосфазеном 5-10, отвердитель аминного типа 8-16, меламин 8-10, полифосфат аммония 25-30, пентаэритрит 8-10, боратофосфат 5, стекловолокно 3, белая сажа БС-120 2, диоксид титана 7.

Отличительной особенностью предлагаемой композиции является то, что она дополнительно содержит эпоксидную смолу, модифицированную эпоксифосфазеном, отвердитель аминного типа, боратофосфат, стекловолокно, диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: эпоксидная смола 15-21, эпоксидная смола, модифицированная эпоксифосфазеном 5-10, отвердитель аминного типа 8-16, меламин 8-10, полифосфат аммония 25-30, пентаэритрит 8-10, боратофосфат 5, стекловолокно 3, белая сажа БС-120 2, диоксид титана 7.

Изготовление огнезащитной композиции для огнезащитного покрытия проводили путем смешения компонентов в смесителе с последовательным вводом сыпучих компонентов в смесь эпоксидных смол. Введение отвердителя аминного типа осуществлялось в соответствии с рецептурой непосредственно перед применением.

Эпоксидная смола является основой огнезащитной вспучивающейся композиции и выполняет в ней функции пленкообразователя.

Эпоксидная смола, модифицированная эпоксифосфазеном, выполняет функции антипирена, а также ее применение в огнезащитной вспучивающейся композиции приводит к увеличению коксового остатка и повышению адгезии к металлу.

Полифосфат аммония является высокомолекулярным антипиреном и выполняет в композиции функции пенообразователя. В условиях высоких температур он выделяет негорючий газ, способствующий вспучиванию композиции.

Пентаэритрит - карбонизирующееся соединение, является источником углерода и обеспечивает образование коксового каркаса покрытия.

Меламин используется для образования пеноструктуры и ее стабилизации при вспучивании.

Рубленое стекловолокно используется в качестве упрочняющего наполнителя, который в процессе перемешивания создает армированную объемную структуру, повышающую прочность.

Сочетание в составе боратофосфата одновременно фосфора и бора позволяет использовать продукт в качестве антипирена, поддерживающего целостность и прочность полукокса во вспученных системах, а также в качестве дымоподавителя.

Диоксид титана используется в качестве УФ-фильтра.

Белая сажа БС-120 (ГОСТ 18307-78) является загустителем и придает тиксотропную структуру заявленной композиции.

Сущность изобретения заключается в том, что в отличие от прототипа огнезащитный состав, включающий эпоксидную смолу, пентаэритрит, полифосфат аммония, меламин, белую сажу, вместо борат метилфосфита содержит боратофосфат, вместо глицерина содержит отвердитель аминного типа, так же из системы были удалены интеркалированный графит, трихлорпропилфосфат и введен диоксид титана в качестве УФ-фильтра, рубленое стекловолокно в качестве упрочняющей системы, а также эпоксидная смола, модифицированная эпоксифосфазеном, в качестве антипирена, коксообразующей добавки и добавки повышающей адгезию к металлу.

Примеры конкретного выполнения.

Для проведения сравнительных испытаний было приготовлено 3 варианта композиций (по способу, описанному выше). В таблице 1 приведены составы огнезащитных вспучивающихся композиций.

Таблица 1 Компонент Содержание компонентов в композиции, мас.ч. Пример 1 Пример 2 Пример 3 Эпоксидная смола 15 19 21 Отвердитель аминного типа 8 9 16 Эпоксидная смола, модифицированная фосфазеном 10 5 5 Меламин 10 10 8 Полифосфат аммония 30 30 25 Пентаэритрит 10 10 8 Боратофосфат 5 5 5 Стекловолокно 3 3 3 БС-120 2 2 2 Диоксид титана 7 7 7

Эффективность разработанной огнезащитной вспучивающейся композиции была определена огневыми испытаниями состава, нанесенного на металлическую пластину (сталь Ст 3, размеры длина - 100 мм, ширина - 100 мм, толщина - 1 мм). Толщина покрытия составляла 1,5 мм. Установка для огневых испытаний представляла собой установленный в вытяжном шкафу лабораторный химический штатив с вертикально закрепленным образцом огнезащитной композиции на металлической пластине. В качестве источника огня использовалась газовая горелка, установленная на расстоянии 70 мм от образца. Воздействие пламени осуществлялось строго перпендикулярно поверхности и точно в центр испытуемого образца огнезащитного вспучивающегося покрытия. Высота пламени горелки составляла 70 мм. Воздействие на образец пламенем горелки осуществлялось 5в течение 60 минут. Определение температуры необогреваемой стороны образца проводится при помощи пирометра Thermopoint 80 (AGEMA Infrared Systems AB, Швеция) с интервалом 5 мин после первой минуты испытания.

Степень вспучивания огнезащитного покрытия была рассчитана по отношению толщины образца до и после огневых испытаний.

Определение коэффициента вспучивания было проведено согласно Руководству [Смиронов, Н.В. и др. Оценка качества огнезащиты и установление вида огнезащитных покрытий на объектах: Руководство // М.:ВНИИПО - Москва, 2011. - 42 с.]. Образцы огнезащитной композиции помещались в муфель, нагретый до температуры 600 °С и выдерживались в течение 5 минут. Коэффициент вспучивания К_вс был определен как отношение толщины вспученного слоя h к исходной толщине покрытия h₀ (1):

Покрытие считалось вспучивающимся, если значение коэффициента вспучивания образцов составляло не менее 10.

Определение коксового остатка проводили на прямоугольных образцах толщиной 2±0,1 мм из огнезащитной покрытий, весом 0,3±0,02 г каждый. Образцы помещали в керамические тигли и далее в муфельную печь, предварительно нагретую до 500°C. Время выдержки образцов составляло 30 минут. По истечении времени образцы извлекались из муфельной печи, охлаждались в эксикаторе над хлоридом кальция и повторно взвешивались. Коксовый остаток определяли по относительному уменьшению массы образцов.

В таблице 2 приведены свойства огнезащитных вспучивающихся покрытий и прототипа.

Таблица 2 Показатель Пример 1 Пример 2 Пример 3 Прототип Толщина покрытия, нанесенного на металлическую пластину, мм 1,5 1,5 1,5 2 Температура необогреваемой стороны подложки через 30 с, °С 100 81,0 53,0 66,0 Температура необогреваемой стороны подложки через 60 с, °С 150 121,0 62 118,0 Температура необогреваемой стороны подложки через 60 мин, °С 182 147 56 - Степень вспучивания, %; (раз) 1120; (11,2) 1005; (10,05) 1107; (11,07) 120;
(-) Коэффициент вспучивания, %; (раз) 1700; (17) 2000; (20) 1300; (13) - Коксовый остаток при 500 °С через 30 минут, % 49,7 50,45 50,88 29,79

Как видно из представленных данных, предлагаемое огнезащитное вспучивающееся покрытие в сравнении с прототипом обладает более высокими свойствами в части коэффициента вспучивания и величины коксового остатка, при этом значительно более низкой температурой необогреваемой стороны подложки через 60 с после начала измерений.

Увеличение содержания полифосфата аммония, меламина и пентаэритрита приводит к значительному увеличению коэффициента вспучивания и понижению механических свойств пенококса.

Совокупное содержание эпоксидной смолы, модифицированной фосфазеном, полифосфата аммония, меламина, пентаэритрита и боратофосфата в заявляемых количествах в результате синергетического эффекта позволяет усилить свойства друг друга и достичь высоких огнезащитных свойств покрытия, а именно снижения температуры необогреваемой стороны подложки через 60 с в 2 раза и увеличения степени вспучивания примерно в 10 раз по сравнению с прототипом при большей толщине последнего на 30 %.

Таким образом, заявленная огнезащитная вспучивающаяся композиция обеспечивает образование вспучивающегося покрытия, обладающего высокими огнезащитными свойствами.

Изобретение относится к огнезащитной композиции для получения огнезащитного покрытия, которое может быть использовано в строительстве промышленных объектов, в том числе химической промышленности, для огнезащиты металлических конструкций, эксплуатируемых в условиях открытой атмосферы. Предложена композиция для изготовления огнезащитного вспучивающегося покрытия, которая содержит эпоксидную смолу, эпоксидную смолу, модифицированную эпоксифосфазеном, отвердитель аминного типа, меламин, полифосфат аммония, пентаэритрит, боратофосфат, стекловолокно, БС-120, диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас. ч.: эпоксидную смолу 15-21, эпоксидную смолу, модифицированную эпоксифосфазеном 5-10, отвердитель аминного типа 8-16, меламин 8-10, полифосфат аммония 25-30, пентаэритрит 8-10, боратофосфат 5, стекловолокно 3, белая сажа БС-120 2, диоксид титана 7. Техническим результатом изобретения является огнезащитная вспучивающаяся композиция и покрытие на ее основе с низким содержанием галогенов в составе галогенсодержащих соединений (менее 1,5%), обладающая повышенной огнезащитной эффективностью благодаря увеличению степени вспучивания покрытия вследствие воздействия высоких температур. 2 табл.

Огнезащитная композиция, содержащая эпоксидную смолу, полифосфат аммония, меламин, пентаэритрит, белую сажу, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит эпоксидную смолу, модифицированную эпоксифосфазеном, отвердитель аминного типа, боратофосфат, стекловолокно, диоксид титана при следующем соотношении компонентов, мас. ч.:

Эпоксидная смола 15-21 Отвердитель аминного типа 8-16 Эпоксидная смола, модифицированная фосфазеном 5-10 Меламин 8-10 Полифосфат аммония 25-30 Пентаэритрит 8-10 Боратофосфат 5 Стекловолокно 3 БС-120 2 Диоксид титана 7