Полимерная композиция для получения вспучивающихся огнезащитных покрытий Российский патент 2024 года по МПК C09D5/18 C09D127/24 

Область техники

Изобретение относится к огнезащитным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты от действия огня металлических конструкций и может быть использовано в строительстве, транспорте, нефтегазовой, нефтехимической и химической отраслях и других отраслях, где требуется защита металлоконструкций от огня.

Уровень техники

Применение огнезащитных красок позволяет обеспечить защиту металлических конструкций в течение времени, необходимого для безопасной эвакуации людей из здания.

В этой связи в настоящее время существует потребность в разработке альтернативных композиций лакокрасочных покрытий с улучшенными свойствами для защиты металлоконструкций от огня.

Известна термоотверждающаяся вспучивающаяся композиция для нанесения покрытия (RU 2654760 С2, дата публикации 22.05.2018), которая подходит для защиты конструкций от углеводородных пожаров. Композиция состоит из одного или более органических термоотверждающихся полимеров и отверждающих агентов для органических термоотверждающихся полимеров; одного или более источников фосфорной кислоты и/или сульфокислоты; одного или более источников ионов металла и/или металлоида, выбираемых из оксидов, гидроксидов, карбонатов, бикарбонатов, фосфатов, хлоридов, сульфатов, нитратов, силикатов и боратов Al, Ti, Zn, Cu, Zr, Mg, Na или Ca; и оксидов, гидроксидов, карбонатов Si и B; а также их комплексов; аминофункциональных вспенивающих веществ, выбранных из мочевины, дициандиамида, меламина и их производных. Покрытие на основе данной композиции под действием высоких температур позволяют получить пенококс с высокими прочностными характеристиками. К недостаткам данной композиции можно отнести то, что она является двухупаковочной и смешение компонентов является необратимым процессом, при этом время жизнеспособности не превышает нескольких часов, при этом показатели вспучивания невелики.

Известна огнезащитная вспучивающаяся краска (RU 2718870 С1, дата публикации 15.04.2020), которая состоит из меламина, в качестве вспенивающего агента, гидроксида алюминия в качестве антипирена, гидроксид калия в качестве ингибитора коагуляции, аэросил в качестве регулятора вязкости состава и неионогенное поверхностно-активное вещество, а в качестве связующего используется жидкое калиевое стекло. Данная композиция является однокомпонентной, с хорошими показателями огнестойкости, однако ее недостатком является значительное время высыхания даже при нанесении тонкослойного покрытия.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является огнезащитная вспучивающаяся краска (RU 2312878 С1, дата публикации 20.12.2007), включающая полимерное связующее - перхлорвиниловый лак, растворитель - ксилол, вспучивающиеся добавки - смесь пентаэритрита, полифосфата аммония и расширенного графита, а также ингибитора коррозии порошка цинка. Покрытия на основе данной композиции обладают удовлетворительными защитными свойствами, однако, недостатком данной композиции является то, что при температурном интервале вспучивания в пределах 250-700°С степень расширения (вспучивания) не превышает 2480. Данная композиция была взята за прототип.

Технической задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, состоит в решении задачи по созданию однокомпонентной композиции, покрытия на основе которой, обладают высокими физико-механическими свойствами пенококса, образующегося при воздействии высоких температур на покрытия на ее основе.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является создание однокомпонентной композиции, покрытия на основе которой, обладают высокими физико-механическими свойствами пенококса, образующегося при воздействии высоких температур на покрытия на ее основе, в частности, предложенная композиция обладает повышенной степенью расширения (вспучивания), высокой адгезией к металлическим поверхностям и высокими антикоррозионными свойствами. Также предложенная композиция расширяет ассортимент реагентов для получения стойких к огню лакокрасочных покрытий.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата осуществляется путем создания композиции с высоким коэффициентом вспучивания, включающей продукт дополнительного хлорирования поливинилхлорида (перхлорвиниловую смолу), интеркалированный графит, полифосфат аммония, гидроксид алюминия, полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона (66 мас.%) в качестве регулятора вязкости состава, органические растворители и армирующий компонент - однослойные углеродные нанотрубки, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

продукт дополнительного хлорирования поливинилхлорида (перхлорвиниловая смола) 10,0 - 17,0 интеркалированный графит 17,0 - 23,0 полифосфат аммония 6,0 - 10,0 гидроксид алюминия 1,0 - 2,0 полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона (66 мас.%) 0,1 - 0,3 однослойные углеродные нанотрубки 1,0 - 2,5 этилацетат 17,0-20,0 толуол 15,0-17,0 бутилацетат остальное

В качестве продукта дополнительного хлорирования поливинилхлорида (перхлорвиниловая смола) использовались смола промышленной марки ПСХ-ЛС с содержанием хлора 61,0-65,0 мас.%.

В качестве интеркалированного графита использовался графит окисленный терморасширяющийся марки EG-350 с содержанием углерода не менее 95,0 мас.%.

В качестве полифосфата аммония использовался полифосфат аммония промышленный марки НТ-208 с содержанием фосфора не менее 31,0 мас.% и с содержанием азота не менее 14,0 мас.%.

В качестве регулятора вязкости композиции полиуретанового олигомера в растворе н-метилпиролидона (66 мас.%) использовалась добавка марки Reobyk 410.

В качестве однослойных углеродных нанотрубок использовались однослойные углеродные нанотрубки (ОУНТ УДО) с содержанием однослойных углеродных нанотрубок не менее 80 мас.% (в пересчете на сухое вещество).

В качестве гидроксида алюминия подходит любой промышленно выпускаемый химически чистый продукт.

Органический растворитель - толуол соответствовал ГОСТ 5789.

Органические растворители этилацетат и бутилацетат соответствовали ГОСТ 8981. Использование указанных органических растворителей позволяет улучшить реологические свойства композиции и ее обрабатываемость.

Примеры указанных реагентов не ограничивают возможность использования однотипных веществ других марок из того же общего класса веществ, идентичных или схожих по своим свойствам и функциям.

Количественное соотношение компонентов было установлено экспериментально для получения оптимальных физико-механических характеристик композиции и получаемого покрытия. Изменение соотношения компонентов до значений, выходящих из заявленных интервалов, ухудшает реологические свойства композиции, ее обрабатываемость, а также свойства получаемого покрытия.

Материал получают следующим образом. Вначале в смеситель загружаются растворители (толуол и этилацетат), смола перхлорвиниловая, масса перемешивается при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/c до однородной массы. Затем при перемешивании, последовательно загружают полифосфат аммония, гидроксид алюминия, интеркалированный графит и однослойные углеродные нанотрубки. После чего приступают к переработке материала путем диспергирования при скорости вращения рабочего органа с окружной скоростью не менее 15,0 м/c в течение 45 минут. После чего при перемешивании в смесь вводят бутилацетат и добавку Reobyk 410 и перемешивают при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/c в течение 30 минут.

Осуществление изобретения

Получали несколько составов заявленных композиций с различным соотношением компонентов, а также состав по прототипу. Покрытия наносили на металлические поверхности с помощью безвоздушного распыления, используя стандартное оборудование, настройки и режимы.

Степень вспучивания лакокрасочной композиции оценивали, как объем (в см³) 1 г образца вспененного покрытия после 15-минутного воздействия на него открытым пламенем с температурой 900-1000°С. Пламя создавалось газовой горелкой, сопло которой находилось на расстоянии 80 мм от поверхности образца. Температуру защищаемой поверхности замеряли с помощью термопары в паре с потенциометром. Коэффициент вспучивания оценивали по ГОСТ Р 59637. Адгезию оценивали по ГОСТ 32702.2.

Противокоррозионные свойства по отношению к углеродистой стали оценивали визуально после экспозиции в 3%-ном растворе NaCl и отделении лакокрасочной пленки от стального образца.

Составы предлагаемой композиции и известной по прототипу приведены в таблице 1; свойства покрытий - в таблице 2.

Таблица 1 Компоненты Примеры по изобретению (в мас.%) прототип 1 2 3 продукт дополнительного хлорирования поливинилхлорида марки ПСХ-ЛС с содержанием хлора 61,0-65,0 мас.%. 32,0 10,0 15,0 17,0 интеркалированный графит марки EG-350 10,0 17,0 20,0 23,0 полифосфат аммония марки НТ-208 26,0 6,0 8,0 10,0 гидроксид алюминия - 1,0 1,5 2,0 пентаэритрит 14,0 - - - полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона (66 мас.%) добавка Reobyk 410 - 0,3 0,1 0,1 цинковый порошок 10,0 однослойные углеродные нанотрубки - 1,0 2,5 2,5 органические растворители этилацетат - 17,0 17,0 20,0 толуол - 15,0 15,0 17,0 бутилацетат - остальное ксилол 13,0 - - -

Таблица 2 Показатели композиций Значения показателей RU 2312878 Примеры по изобретению 1 2 3 Степень вспучивания 2310 3200 3650 3800 Коэффициент вспучивания - 2,28 2,32 2,36 Адгезия, балл - 1 1 0 Наличие коррозионных очагов после экспозиции в 3%-ном NaCl, через 30 сут. металл чистый металл чистый

Из таблицы 2 видно, что предлагаемая краска по сравнению с прототипом обладает повышенной степенью вспучивания, а также хорошими антикоррозионными и адгезионными свойствами и может быть использована в нефтегазовой и других отраслях промышленности, а также в строительстве, в качестве противокоррозионной и огнезащитной краски.

Изобретение предназначается для получения огнезащитных лакокрасочных покрытий несущих конструкций. Полимерная композиция для получения вспучивающихся огнезащитных покрытий включает перхлорвиниловую смолу, в качестве армирующего компонента однослойные углеродные нанотрубки, в качестве вспенивающих агентов интеркалированный графит и полифосфат аммония, в качестве антипирена гидроксид алюминия, в качестве регулятора вязкости полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона с концентрацией 66 мас.% и органические растворители - этилацетат, толуол и бутилацетат. Изобретение позволяет увеличить степень расширения, антикоррозионные свойства и адгезию к металлическим поверхностям покрытия, полученного из предложенной композиции. 2 табл., 3 пр.

Полимерная композиция для получения вспучивающихся огнезащитных покрытий, отличающаяся тем, что включает в качестве армирующего компонента однослойные углеродные нанотрубки, продукт дополнительного хлорирования поливинилхлорида - перхлорвиниловую смолу, в качестве вспенивающих агентов - интеркалированный графит и полифосфат аммония, гидроксид алюминия в качестве антипирена, полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона с концентрацией 66 мас.% в качестве регулятора вязкости композиции и органические растворители - этилацетат, толуол и бутилацетат, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

продукт дополнительного хлорирования поливинилхлорида - перхлорвиниловая смола 10,0-17,0 интеркалированный графит 17,0-23,0 полифосфат аммония 6,0-10,0 гидроксид алюминия 1,0-2,0 полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона с концентрацией 66 мас.% 0,1-0,3 однослойные углеродные нанотрубки 1,0-2,5 этилацетат 17,0-20,0 толуол 15,0-17,0 бутилацетат остальное