Композиция для получения огне- и теплозащитных покрытий Российский патент 2024 года по МПК C09D5/18 C09D163/00 C09D7/61 

Область техники

Изобретение относится к огне- и теплозащитным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты от действия огня и нагрева 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.

Современные тенденции развития огнезащитных материалов и композиций направлены на решения ряда задач практического плана, которые направлены не только на повышение эффективности за счет увеличения предела огнестойкости, но и на улучшение физико-механических и целевых свойств покрытий при их эксплуатации. К таким показателям относятся, например, предел прочности покрытия при растяжении и сжатии, теплопроводность, адгезия к металлическим подложкам и стойкости покрытия к воздействию климатических факторов, что в конечном итоге определяет срок эксплуатации подобных покрытий.

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, опубл. 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.

Известно изобретение (RU 2382803 С1, опубл. 27.02.2010), относящееся к химической промышленности и касающаяся получения покрытий различного оборудования и строительных конструкций, обладающее тепло-огне-атмосферостойкими, тепло-влагозащитными и антикоррозионными свойствами. Данная композиция была взята за прототип. Краска-покрытие термо-огне-атмосферостойкая включает связующее, в состав которого входят растворы акриловых (со)полимеров и/или кремнийорганических смол в органическом растворителе, модифицирующие добавки в виде керамических и/или стеклянных шариков с размером 20-150 мкм, антипиреновую добавку и пигмент, при этом в состав покрытия добавлено дополнительное связующее в виде органорастворимых полиуретанов, наполнитель, выбранный из группы: микроволластонит, каолин, микромрамор, микрослюда и/или инертные баритовые наполнители.

Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является энергосберегающее покрытие, которое сочетает в себе как теплоизоляционные, так и огнезащитные свойства (патент RU 2687414, опубл. 13.05.2019). Компонентный состав покрытия включает акриловую дисперсию, полые углеродные микросферы, пигмент, силиконовый пеногаситель, антипиреновую добавку, представляющую собой тонкоизмельченный гальванический шлам, следующего брутто-состава - Zn(OH)₂, Ni(OH)₂, Cu(OH)₂, Fe(ОН)₃, Са(ОН)₂ и смешанные оксиды CaO и SiO₂. Недостатком данного решения является то, что в данное покрытие обладает не эффективной теплопроводностью - в пределах 0,011-0,015Вт/м*К.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение недостатков известных решений, расширение ассортимента средств для огне- и теплозащиты, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, а также получение композиции для покрытий с высокими теплоизоляционными показателями в сочетании с хорошей адгезией.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является расширение ассортимента средств для тепло- и огнезащиты, обладающих высокими физико-механическими характеристиками, в частности, получение композиции для покрытий с высокими теплоизоляционными показателями в сочетании с хорошей адгезией.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в решении задачи по созданию тепло- и огнезащитной композиции, основанной на сочетании теплоизолирующих компонентов с низким коэффициентом теплопроводности, придающих покрытию высокие тепло- и энергосберегающие свойства. Данное изобретение представляет собой органорастворимую композицию, содержащую в своем составе функциональные наполнители, которые обеспечивают высокие теплоизоляционные свойства материала - корунд и алюмосиликатные микросферы, для обеспечения высоких физико-механических свойств в составе композиции присутствуют однослойные углеродные нанотрубки. Состав композиции следующий, мас.%:

полимерное связующее
(эпоксидная смола) 10,0-15,0 микросферы 25,0-30,0 корунд 3,0-5,0 оксид сурьмы (III) 1,5-2,0 гидроксид алюминия 15,0-19,0 борат цинка 8,0-9,0 хлорпарафин 10,0-12,0 однослойные углеродные нанотрубки 0,3-0,5 отвердителя аминного типа 1,5-2,3 органический растворитель остальное.

В качестве синтетического пленкообразующего предпочтительно использовалась эпоксидная смола промышленной марки ЭД-20 с эпоксидным числом 20 г/100 г.

В качестве микросфер использовались алюмосиликатные микросферы марки АСМ 300 с плотностью 0,7 г/мл.

В качестве теплопроводящего наполнителя - корунда использовали порошок корунда марки К с удельной поверхностью 6,5*10^-3 см²/г.

В качестве антипиренов использовались:

- хлорпарафин марки ХП 470 с массовой долей хлора 45,0-49,0 мас.%;

- оксид сурьмы (III) с температурой плавления 655°С;

- гидроксид алюминия по ГОСТ 11841;

- борат цинка НТ 207 с массовой долей борного ангидрида не менее 45.

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

В качестве аминного отвердителя использовали аддукт взаимодействия простого фенола, формальдегида и этилендиамина, с массовой долей титруемого азота не менее 16,0 мас.%. Допускается использование и других отвердителей аминного типа, подходящих для отверждения эпоксидных смол. Такие отвердители хорошо знакомы специалистам в данной области.

Органический растворитель этилацетат соответствовали ГОСТ 8981.

Использование указанного органического растворителя 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 состоит из двух компонентов - основа и отвердитель. Основу получают следующим образом. Вначале в смеситель загружаются 50 мас.% от рецептурного количества органического растворителя - этилацетата, смола эпоксидная и хлорпарафин ХП 470, масса перемешивается при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/c до однородной массы. Затем при перемешивании, последовательно загружают алюмосиликатные микросферы, гидроксид алюминия, борат цинка, корунд, оксид сурьмы 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 оставшееся количество этилацетата и микросферы, после чего массу перемешивают при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/с в течение 30 минут.

Перед применением основу смешивают с отвердителем.

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

Таблица 1 Компоненты RU 2687414 Примеры по изобретению 1 2 3 полимерное связующее:
акриловая дисперсия
эпоксидная смола марки ЭД-20 с эпоксидным числом 20 г/100 г 32,0 - 56,0
- -
10,0 -
12,5 -
15,0 микросферы:
полые углеродные
алюмосиликатные АСМ 300 14,0 - 38,0
- -
25,0 -
25,0 -
30,0 тонкоизмельченный гальванический шлам 5,0 - 15,0 - - - пигмент 1,0 - 5,0 - - - корунд - 3,0 5,0 5,0 оксид сурьмы (III) - 1,5 1,5 2,0 гидроокись алюминия - 15,0 15,0 19,0 борат цинка - 8,0 8,0 9,0 хлорпарафин - 10,0 10,0 12,0 однослойные углеродные нанотрубки - 0,3 0,3 0,5 отвердитель аминного типа, аддукт взаимодействия простого фенола, формальдегида и этилендиамина, с массовой долей титруемого азота не менее 16,0 мас.% - 1,5 1,5 2,3 пеногаситель 0,3 - - - растворитель (этилацетат) - остальное

Таблица 2 Показатели композиций Значения показателей RU 2687414 Примеры по изобретению 1 2 3 Адгезия, балл нет данных 1 1 1 Прочность при разрыве, кг/см² 94,0 90,0 96,0 96,0 Прочность сцепления с металлом, кг/см² 7,2 15,0 25,0 25,0 Коэффициент теплопроводности, Вт*м/°С 0,011 0,010 0,005 0,001

Из таблицы 2 видно, что предлагаемая краска по сравнению с прототипом обладает высокими теплоизоляционными показателями в сочетании с хорошей адгезией, имеет более высокие значения адгезии и лучшие значения коэффициента теплопроводности, что более востребовано при применении подобных композиций. Краска может быть использована в нефтегазовой и других отраслях промышленности, а также в строительстве, в качестве огне и теплозащитной краски.

Изобретение относится к тепло- и огнезащитным средствам и может быть использовано для повышения до заданного уровня пределов термостойкости и сопротивления теплопередачи различного оборудования и строительных конструкций зданий и сооружений. Данная композиция содержит основу и отвердитель, при этом основа содержит полимерное связующее - эпоксидную смолу ЭД-20, а также функциональные наполнители - корунд, алюмосиликатные микросферы и однослойные углеродные нанотрубки, дополнительно содержит антипирены - оксид сурьмы (III), гидроксид алюминия, борат цинка и хлорпарафин, и органический растворитель - этилацетат, а в качестве отвердителя содержит отвердитель аминного типа. Полученное покрытие обладает повышенными физико-механическими характеристиками, в частности обладает высокими теплоизоляционными показателями в сочетании с хорошей адгезией, имеет более высокие значения адгезии и значения коэффициента теплопроводности. 2 табл., 4 пр.

Композиция для получения огне- и теплозащитных покрытий, содержащая основу и отвердитель, отличающаяся тем, что основа содержит полимерное связующее - эпоксидную смолу ЭД-20, а также содержит функциональные наполнители - корунд, алюмосиликатные микросферы и однослойные углеродные нанотрубки, дополнительно содержит антипирены - оксид сурьмы (III), гидроксид алюминия, борат цинка и хлорпарафин, и органический растворитель - этилацетат, а в качестве отвердителя содержит отвердитель аминного типа, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

полимерное связующее - эпоксидная смола ЭД-20 10,0-15,0 алюмосиликатные микросферы 25,0-30,0 корунд 3,0-5,0 оксид сурьмы (III) 1,5-2,0 гидроксид алюминия 15,0-19,0 борат цинка 8,0-9,0 хлорпарафин 10,0-12,0 однослойные углеродные нанотрубки 0,3-0,5 отвердитель аминного типа 1,5-2,3 органический растворитель - этилацетат остальное