Состав для огнезащитного покрытия

1 Область техники Изобретение относится к составам для нанесения покрытий преимущественно на деревянные и металлические конструкции и сооружения, обладающим высокими огнезащитными и теплоизолирующими свойствами. Они могут быть использованы в строительстве, авиации,железнодорожном транспорте, судостроении и других областях, где могут применяться деревянные и металлические конструкции и сооружения. Уровень техники Одной из известных разновидностей огнезащитных составов являются составы на основе вспенивающейся системы, способные под действием высоких температур (250-300 С) вспениваться с образованием теплозащитного коксового слоя, толщина которого в 20-25 раз превосходит толщину исходного покрытия. Образующийся при пожаре коксовый слой обладает высокими теплоизолирующими свойствами,благодаря чему предотвращает распространение тепла по защищаемой конструкции. Вспенивающиеся огнезащитные покрытия являются очень эффективными, но известные на сегодня составы имеют ряд недостатков. Большинство из известных покрытий включают в свой состав органические растворители (патент Германии 2704897, МПК С 09D 5/18, 1986 г., авт. свид. СССР 452224 С 09D 5/18, 1972 г.), что резко повышает пожароопасность при нанесении покрытий, а также увеличивает их токсичность. Для повышения огнестойкости в известные составы вводят галоидсодержащие соединения(патент Германии 2704897, МПК С 09D 5/18,1986 г.), но это приводит к высокой токсичности покрытий, особенно в условиях пожара. Большинство известных составов в качестве газообразователя содержат дициандиамид(авторское свидетельство СССР 1130586, С 09 К 21/14, 1983 г., авторское свидетельство СССР 1126584, С 09D 5,18, С 09D 3/52, С 09 К 21/14, 1982 г.), что делает их токсичными и неприемлемыми с экологической точки зрения. Известен состав, включающий аминосодержащую (меламиноформальдегидную) смолу,натриевую соль карбоксиметилцеллюлозы, дициандиамид, фосфат аммония, наполнитель и воду (авторское свидетельство СССР 1126584, С 09D 5/18, С 09D 3/52, С 09 К 21/14,1982 г.), который не содержит галоидсодержащих соединений и органических растворителей,но который, как и большинство других составов, содержит в качестве газообразователя дициандиамид, что делает его также токсичным и экологически опасным. Существенным недостатком известных составов для огнезащитных покрытий является также низкая адгезия покрытия к защищаемой поверхности (дереву), что приводит к трещинам и разрывам в покрытии, а иногда даже к его от 002890 2 делению от защищаемой поверхности (авт. свид. СССР 551436, МПК E 04F 13/02, 1975 г.) и, как следствие, к снижению теплозащитных свойств и теплоизолирующей способности. Наиболее близким к предлагаемому составу для огнезащитного покрытия по технической сущности и достигаемому результату является состав, включающий водорастворимую мочевино-формальдегидную смолу,пара-трет.бутилфенолформальдегидную смолу, полифосфат аммония, многоатомный спирт (пентаэритрит), производные триазина, наполнитель и воду (патент РФ 2065463, кл. C 09D 5/18, 1996 г.). Указанный состав не содержит высокотоксичных компонентов, но имеет следующие недостатки. Состав характеризуется низкой технологичностью изготовления, что приводит, вопервых, к ухудшению огнезащитных свойств и,во-вторых, к неоправданным дополнительным энергетическим и материальным затратам и не обеспечивает воспроизводимости результата. При изготовлении известного состава сначала получают композицию из производных триазина путем нагревания карбамида (или продуктов его пиролиза) при температуре 300360 С (в течение 1-1,5 ч) в присутствии фосфорной кислоты или ее аммонийной соли, которую затем смешивают с другими компонентами состава (кроме полифосфата аммония, каолина и воды) и перетирают в шаровой мельнице. Полифосфат аммония добавляют в состав непосредственно перед нанесением, не измельчая в шаровой мельнице, что неизбежно приводит к его неравномерному распределению в составе и,как следствие, к резким локальным падениям огнестойкости, что подтверждается данными по огнестойкости стальных конструкций: 45,5-49 мин при толщине покрытия 2,6-2,8 мм (и одним грунтовочным слоем), тогда как согласно стандартным требованиям эта величина составляет 60 мин при толщине покрытия 1,4 мм. Высокая адгезия может быть обусловлена удачной грунтовкой и не является гарантией огнестойкости,так как не исключает растрескивания покрытия при высоких температурах. Достаточно хорошие данные по потере массы при горении объясняются большой толщиной покрытия. Существенным недостатком является большой расход состава при нанесении покрытия: для дерева 0,485-0,515 кг/м 2, для металла 3,5 кг/м 2. Кроме того, указанный состав характеризуется малым сроком жизнеспособности: 6 месяцев без добавки полифосфата. Сущность изобретения Основной задачей настоящего изобретения является создание экологически чистого и нетоксичного состава для огнезащитного покрытия, обладающего как высокими огнезащитными свойствами, так и повышенной адгезией к защищаемым поверхностям. 3 Другой задачей изобретения является создание состава для огнезащитного покрытия,который при указанных свойствах в то же время характеризовался бы простотой изготовления, а также длительными сроками хранения. Еще одной задачей изобретения является создание состава для огнезащитного покрытия,проявляющего указанные свойства при уменьшенном расходе. Решение указанных задач достигается предлагаемым вспенивающим составом для огнезащитного покрытия, включающим в качестве вспенивающей сиcтемы многоатомный спирт,полифосфат аммония, мочевину, хлористый аммоний, борную кислоту, наполнитель, а в качестве связующего - смолу. Компоненты вспенивающейся системы содержатся в составе, мас.ч.: Многоатомный спирт 16,4-21,6 Полифосфат аммония 39,0-45,4 Мочевина 22,2-23,6 Хлористый аммоний 6,0-8,0 Борная кислота 6,0-8,0 Наполнитель 3,6-4,6 Кроме указанных компонентов, во вспенивающуюся систему может быть введен пигмент в количестве 2,0-3,0 маc.ч. Предлагаемый состав был разработан на основе экспериментальных исследований различных нетоксичных газообразователей и их сочетаний. Наиболее эффективными оказались составы, содержащие пентаэритрит и сорбит (в качестве многоатомного спирта) в сочетании с полифосфатом аммония. Кроме того, было обнаружено, что применение борной кислоты не только повышает эффективность газообразования, но и повышает прочность сцепления с защищаемой поверхностью и предотвращает растрескивание защитного слоя в условиях действия высоких температур и огня. В качестве связующего - смолы, которая вводится в состав в примерно равном соотношении в мас.ч. со вспенивающейся системой,могут быть использованы мочевиноформальдегидная смола (преимущественно в виде 55-65%-го водного раствора); карбамидная смола в виде водного раствора; эпоксидная смола с аминным отвердителем; олигоэфирэпоксид; олигоэфирциануратимид; кремнийорганические смолы; пентафталевые и гифталевые смолы. Примеры осуществления изобретения Состав готовили следующим образом. Вспенивающуюся систему (сухие компоненты): многоатомный спирт (пентаэритрит или сорбит), полифосфат аммония, борную кислоту,хлористый аммоний, наполнитель (тальк) и пигмент (диоксид титана), загружали в шаровую мельницу и перетирали в течение 10-35 мин. После этого измельченные сухие компоненты смешивали при соотношении мас.ч около 1:1, со связующим, в качестве которого использовали смолу, при этом получали однородную массу, 002890 4 которая любым способом (шпатель, кисть, валик, распылитель) может быть нанесена на защищаемую поверхность. Расход состава для дерева 0,2-0,3 кг/м 2 (толщина покрытия 0,18-0,25 мм), для металла 1,5-2,0 кг/м 2 (толщина покрытия 1,4-1,6 мм). Продолжительность сушки при 20 С и относительной влажности воздуха 65% - 36 ч. Пример 1. Была приготовлена указанным выше способом вспенивающаяся система, включающая Пентаэритрит 9,2 Полифосфат аммония 21,4 Мочевина 12,8 Хлористый аммоний 3,1 Борная кислота 3,0 Наполнитель (тальк) 1,9 Пигмент (диоксид титана) 1,0 Перечисленные измельченные сухие компоненты огнезащитного состава растворили в водном растворе мочевино-формальдегидной смолы в массовом соотношении 1:1. Пример 2. Аналогично примеру 1 был изготовлен состав, включающий Сорбит 9,2 Полифосфат аммония 21,4 Мочевина 12,8 Хлористый аммоний 4,0 Борная кислота 3,0 Тальк 1,8 Пигмент (диоксид титана) 1,5 Пример 3. Состав, включающий Пентаэритрит 9,2 Полифосфат аммония 21,4 Мочевина 12,8 хлористый аммоний 4,0 Борная кислота 3,0 Тальк 1,8 Пигмент 1,5 смешивают в соотношении масс 1:1 со свежеизготовленной системой смола ЭД-20 (эпоксидная диановая смола с эпоксидным числом 20)+ПЭПА (полиэтиленполиамин) (1 вес.ч. ПЭПА на 10 вес.ч. ЭД-20). Пример 4. Состав, включающий Сорбит 9,2 Полифосфат аммония 21,4 Мочевина 12,8 Хлористый аммоний 4,0 Борная кислота 3,0 Тальк 1,8 Пигмент 1,5 смешивают в соотношении масс 1:1 со свежеизготовленной системой смола ЭД-20+ПЭПА (1 вес.ч. ПЭПА на 10 вес.ч. ЭД-20). Пример 5. Состав, включающий Пентаэритрит 9,2 Полифосфат аммония 21,4 Мочевина 12,8 Хлористый аммоний 4,0 Борная кислота 3,0 Тальк 1,8 Пигмент 1,5 смешивают в соотношении масс 1:1 с 50%-м раствором олигоэфирэпоксид в смеси ксилолуайтспирт (1:1). Пример 6. Состав, включающий Сорбит 9,2 Полифосфат аммония 21,4 Мочевина 12,8 Хлористый аммоний 4,0 Борная кислота 3,0 Тальк 1,8 Пигмент 1,5 смешивают в соотношении масс 1:1 с 50%-м раствором олигоэфирэпоксид в смеси ксилолуайтспирт (1:1). Исследование готового огнезащитного покрытия Образцы покрытия наносились на металлические и деревянные поверхности, и после сушки определялась эффективность огнезащиты стандартным методом. Определялась толщина покрытия, кратность кокса и потери массы при сжигании. В табл. 1 представлены результаты 6 испытаний для деревянных образцов в зависимости от дисперсности помола. Для испытаний по металлу получены аналогичные результаты. В табл. 2 в качестве примера приведены огнезащитные характеристики состава (для дерева) при различном соотношении компонентов. Потеря массы при сжигании составляет 4-6%. Испытания по ОСТ 1 90094-85 (экспозиция дерервянных образцов толщиной 7 мм в керамической трубе, нагретой до 800 С в течение 60 с),дали следующие результаты: продолжительность остаточного горения и тления - 0 с, высота прогорания - 1 мм, классификация - трудносгорающий. Прочность сцепления с древесиной 0,18-0,21 мПа. Кратность кокса - 20-25%, коксовая шапка не растрескивается под действием огня и высоких температур. Покрытие масло- и бензостойкое, нетоксичное, экологически безопасное. Таблица 1 Потеря масВремя ра- Толщина Кратность сы при сжиботы мель- покрытия,кокса мм гании, % ницы, мин 10 0,91 21,4 8,54 20 0,89 20,59 9,60 30 0,62 28,90 5,50 35 0,81 12,32 11,39 Таблица 2 Соотношение компонентов (маc.ч.) и огнезащитные характеристики состава для огнезащитного покрытия, содержащего 50 мас.ч. 60%-го водного раствора мочевино-формальдегидной смолы Компоненты Полифосфат Мочевина аммония 19,5 22,7 20,1 19,0 22,0 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Состав для огнезащитного покрытия,включающий вспенивающуюся систему и связующее в виде смолы, отличающийся тем, что вспенивающая система включает в себя, мас. ч.: Многоатомный спирт 16,4-21,6 Полифосфат аммония 39,0-45,4 Мочевина 22,2-23,6 Хлористый аммоний 6,0-8,0 Борная кислота 6,0-8,0 Наполнитель 3,6-4,6 2. Состав по п.1, отличающийся тем, что вспенивающаяся система дополнительно содержит пигмент в количестве 2,0-3,0 мас.ч. 3. Состав по п.1 или 2, отличающийся тем,что вспенивающаяся система и смола входят в состав в примерно равном соотношении в мас.ч. Характеристики Потеря Время Высота Прочность массы при остаточного прогора- сцепления с Пигмент сжигании, горения,ния,древесиной,% с мм мПа 1,0 5,0 0 1,0 0,18 1,0 4,6 0 1,0 0,21 1,5 4,0 0 1,0 0,20 1,0 5,6 0,4 1,2 0,16 1,0 5,2 0,2 1,1 0,17 4. Состав по пп.1-3, отличающийся тем,что в качестве многоатомного спирта содержит пентаэритрит. 5. Состав по пп.1-3, отличающийся тем,что в качестве многоатомного спирта содержит сорбит. 6. Состав по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что в качестве связующего включает водный раствор мочевиноформальдегидной смолы. 7. Состав по п.6, отличающийся тем, что водный раствор мочевино-формальдегидной смолы имеет концентрацию от 55 до 65%. 8. Состав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве связующего включает водный раствор карбамидной смолы. 9. Состав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве связующего включает эпоксидную смолу с аминным отвердителем. 10. Состав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве связующего включает олигоэфирэпоксид. 11. Состав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве связующего включает олигоэфирциануратимид. 12. Состав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве связующего включает кремнийорганическую смолу. 13. Состав по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что в качестве связующего включает пентафталевую или глифталевую смолу. 14. Вспенивающаяся система состава для огнезащитного покрытия, включающая в себя,мас.ч.: Многоатомный спирт 16,4-21,6 Полифосфат аммония 39,0-45,4 8 Мочевина 22,2-23,6 Хлористый аммоний 6,0-8,0 Борная кислота 6,0-8,0 Наполнитель 3,6-4,6 15. Вспенивающаяся система по п.14, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пигмент в количестве 2,0-3,0 мас. ч. 16. Вспенивающаяся система по п.14 или 15, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит тальк. 17. Вспенивающаяся система по пп.14-16,отличающаяся тем, что в качестве многоатомного спирта содержит пентаэритрит. 18. Вспенивающаяся система по пп.14-16,отличающаяся тем, что в качестве многоатомного спирта содержит сорбит.