Эпоксидная композиция для получения вспучивающихся огнезащитных покрытий Российский патент 2024 года по МПК C08L63/00 C08K3/04 C08G59/50 C08K3/16 C01B32/158 

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 250-7000°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 двухкомпонентной 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 двухкомпонентной 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 осуществляется путем создания композиции с высоким коэффициентом вспучивания,включающей синтетическое пленкообразующее - эпоксидную смолу, в качестве вспенивающих агентов - интеркалированный графит и полифосфат аммония, в качестве антипиренов гидроксид алюминия, борат цинка и оксид сурьмыIII, однослойные углеродные нанотрубки, полиуретановый загуститель в качестве регулятора вязкости состава, растворители - этилацетат и ксилол-остальное. В качестве отвердителя используется основание Манниха в эквимолярном количестве относительно эпоксидной смолы, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

синтетическое пленкообразующее 7,0-9,0 вспенивающие агенты - интеркалированный графит 22,0-24,0 - полифосфат аммония 8,0-12,0 антипирены - гидроксид алюминия 10,0-12,0 - борат цинка 7,0-9,0 - оксид сурьмыIII 1,5-3,0 однослойные углеродные нанотрубки 0,8-0,9 полиуретановый загуститель 0,1-0,2 отвердитель аминного типа 1,0-1,2 растворители - этилацетат 3,0-5,0 - ксилол остальное

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

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 промышленныймарки НТ-208 с содержанием фосфора не менее 31,0 мас.% и с содержанием азота не менее 14,0 мас.%.

В качестве антипиренов использовались гидроксид алюминия по ГОСТ 11841, борат цинка марки НТ 207 с массовой долей борного ангидрида не менее 45 и оксид сурьмы III с температурой плавления 655°С.

В качестве полиуретановогозагустителя использовалась добавка марки Reobyk 410, представляющая собойполиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона с концентрацией 66 мас.%.

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 основания Манниха (отвердителя аминного типа) использовали аддукт взаимодействия простого фенола, формальдегида и этилендиамина, с массовой долей титруемого азота не менее 16,0 мас.%.

В качестве органических растворителей использовали ксилол по ГОСТ 9410 и этилацетат по ГОСТ 8981. Использование смеси указанных органических растворителей позволяет улучшить реологические свойства композиции и ее обрабатываемость.

Примеры указанных выше 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 является двухупаковочным и состоит из двух компонентов - основа и отвердитель. Основу получают следующим образом. Вначале в смеситель загружаются растворитель ксилол и смола эпоксидная, масса перемешивается при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/c до однородной массы. Затем при перемешивании, последовательно загружают интеркалированный графит, полифосфат аммония, гидроксид алюминия, борат цинка, 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 этилацетат и добавку Reobyk 410 и перемешивают при окружной скорости вращения рабочего органа 3,0-5,0 м/c 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.

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 синтетическое пленкообразующее
- перхлорвиниловая смола
- эпоксидная смола ЭД-20 32,0
- -
7,0 -
9,0 -
7,0 интеркалированный графит марки EG-350 10,0 24,0 24,0 22,0 полифосфат аммония марки НТ-208 26,0 8,0 8,0 12,0 гидроксид алюминия - 10,0 10,0 12,0 пентаэритрит 14,0 - - - борат цинка марки НТ 207 - 7,0 9,0 7,0 оксид сурьмы III - 3,0 2,0 1,5 полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона (66 мас.%) добавка Reobyk 410 - 0,2 0,1 0,1 цинковый порошок 10,0 - - - однослойные углеродные нанотрубки - 1,0 2,5 2,5 Отвердитель аминного типа,аддукт взаимодействия простого фенола, формальдегида и этилендиамина - 1,0 1,2 1,0 этилацетат - 3,0 4,0 5,0 ксилол 13,0 остальное

Таблица 2 Показатели композиций Значения показателей RU 2312878 Примеры по изобретению 1 2 3 Степень вспучивания 2310 2380 2650 2450 Коэффициент вспучивания - 2,06 2,18 2,12 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. Предложена эпоксидная композиция, состоящая из основы и отвердителя аминного типа в количестве 1-2 мас.%. Основа включает эпоксидную смолу ЭД-20, в количестве 7-9 мас.%, а также содержит однослойные углеродные нанотрубки в качестве армирующего агента в количестве 0,8-0,9 мас.%. В качестве вспенивающих агентов используются интеркалированный графит 22-24 мас.% и полифосфат аммония 8-12 мас.%. В качестве антипиренов - гидроксид алюминия, борат цинка и оксид сурьмы III в количестве 10-12 мас.%, 7-9 мас.% и 1,5-3 мас.% соответственно. В качестве регулятора вязкости композиции используют полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона с концентрацией 66 мас.%, содержание которого в композиции составляет 1-1,2 мас.%. Также композиция включает растворители: этилацетат 3-5 мас.% и ксилол – остальное. Изобретение позволяет получить двухкомпонентную эпоксидную композицию для покрытий с высокими физико-механическими свойствами пенококса, образующегося при воздействии высоких температур на покрытие, полученное из описанной композиции. Кроме того, композиция обладает высокой адгезией к металлическим поверхностям и высокими антикоррозионными свойствами. 2 табл., 3 пр.

Эпоксидная композиция для получения вспучивающихся огнезащитных покрытий, отличающаяся тем, что она состоит из основы и отвердителя аминного типа, при этом основа включает в качестве армирующего компонента однослойные углеродные нанотрубки, синтетическое пленкообразующее – эпоксидную смолу ЭД-20, в качестве вспенивающих агентов - интеркалированный графит и полифосфат аммония, в качестве антипиренов - гидроксид алюминия, борат цинка и оксид сурьмы III, полиуретановый олигомер в растворе н-метилпиролидона с концентрацией 66 мас.% в качестве регулятора вязкости композиции и органические растворители – этилацетат и ксилол, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

синтетическое пленкообразующее 7,0-9,0 интеркалированный графит 22,0-24,0 полифосфат аммония 8,0-12,0 гидроксид алюминия 10,0-12,0 борат цинка 7,0-9,0 оксид сурьмы III 1,5-3,0 однослойные углеродные нанотрубки 0,8-0,9 полиуретановый регулятор вязкости 0,1-0,2 отвердитель аминного типа 1,0-1,2 этилацетат 3,0-5,0 ксилол остальное