Огнезащитная композиция для покрытия металлических конструкций

 

Сущность изобретения: композиция содержит, мас.ч. хлорсульфированный полиэтилен (ХСПЭ) 16-20, толуол 80-84, оксид магния 2,5-3,0,пентаэритрит 30-40, сахароза 10-12, аммофос 40-50, дициандиамид 20-30, мочевина 10-12, тетраборат натрия водный 10-15, перлит вспененный 4,5-5,0, аэросил 2,5-3,0. ХСПЭ растворяют в толуоле и добавляют измельченные наполнители. Смесь гомогенизируют до однородной массы. Композицию наносят шпателем толщиной 1,5 2,0 мм и сушат 5 7 сут. на воздухе. 2 табл.

Изобретение относится к огнезащитным вспенивающимся полимерным материалам, предназначенным для покрытия металлических конструкций, трубопроводов, цистерн, топливных баков, применяемых в строительстве, авиации, судостроении. Широко известны атмосферо-, коррозионностойкие композиции на основе хлорсульфированного полиэтилена (ХСПЭ), состоящие из полимерного связующего и наполнителей, используемые для защиты бетонных резервуаров и строительных конструкций. Кроме того, известны обладающие повышенной адгезией к металлам, другим материалам и улучшенной огнестойкостью покрытия, включающие в качестве связующего хлорсульфированный полиэтилен. Основным недостатком полимерных композиций являются низкие огнезащитные характеристики, обусловленные отсутствием наполнителей, приводящих к образованию термостойкого пористого углеродного слоя. Наиболее близкой к заявляемой является композиция, состоящая из хлорсульфированного полиэтилена и включающая следующие компоненты в соотношениях, мас.ч. Хлорсульфированный полиэтилен 100 Оксид свинца 20-70 Сажа 15-50 Карбонат кальция, модифицированный силановым агентом 10-50 Оксид сурьмы 20-50 Недостатками полимерной композиции являются высокое наполнение неорганическими добавками хлорсульфированного полиэтилена и низкие защитные свойства при воздействии огня или тепла, поскольку оксиды металлов не приводят к образованию вспененного слоя. Так, температура на защищаемой подложке указанной композиции, воспроизведенной в наших условиях, достигает 500^оС в течение 10 мин, что в условиях пожара не приводит к защите стальных конструкций от действия огня и происходит быстрая потеря их конструкционной прочности. Кроме того, низкая термостойкость образующегося углеродного слоя приводит к быстрому выгоранию. Целью изобретения является повышение огнезащитных свойств полимерной композиции. Поставленная цель достигается тем, что полимерная композиция на основе ХСПЭ в качестве наполнителя содержит вспененный перлит и аэросил, в качестве карбонизующего агента пентаэритрит, сахарозу и дополнительно дициандиамид, мочевину, аммофос, тетраборат водный и толуол при следующем соотношении компонентов, мас.ч. Хлорсульфированный полиэтилен 16-20 Толуол 80-84 Отвердитель оксид магния 2,5-3,0 Пентаэритрит 30-40 Сахароза 10-12 Аммофос 40-50 Дициандиамид 20-30 Мочевина 10-12 Тетраборат натрия водный 10-15 Перлит вспененный 4,5-5,0 Аэросил 2,5-3,0 Существенным отличием предлагаемой композиции является использование сахарозы совместно с карбонизующимся ингредиентом пентаэритритом, смесь азотсодержащих соединений: дициандиамид и мочевину, аммофос, а также дополнительно к вспенивающемуся наполнителю буру, аэросил, вспененный перлит при следующих соотношениях, мас. ч. пентаэритрит 30-40, сахароза 10-12; аммофос 40-50; дициандиамид 20-30; мочевина 10-12; бура 10-15; перлит вспененный 4,5-5,0; аэросил 2,5-3,0; что позволяет придать композиции огнезащитные свойства. В литературе не описано применение смеси пентаэритрита с сахарозой в хлорсульфированном полиэтилене, а также мочевины дополнительно к дициандиамиду. Использование пентаэритрита в количестве, большем чем 40 мас.ч. и меньшем 30 мас. ч. приводит к образованию вспененного слоя при воздействии тепла или огня, но с низкими огнезащитными свойствами (см. пример 29, табл. 1). Использование сахарозы дополнительно к карбонизующемуся агенту пентаэритриту больше 12 мас.ч. приводит к обильному пенообразованию с низкими огнезащитными свойствами (см. пример 32, табл. 1), аналогичный результат по огнезащите получают и при использовании сахарозы в количестве, меньшем чем 10 мас.ч. (см. пример 31, табл. 1). Сахароза, снижающая температуру плавления и соответственно вспенивания всей композиции, участвует в повышении термостойкости образующегося кокса и, как следствие, повышает огнезащитные свойства композиций. Данные рентгеноструктурного и термогравиметрического анализов, полученные авторами, подтверждают, что термостойкость образующегося кокса повышается только в присутствии сахарозы (см. примеры 7-9, табл. 2). Использование аммофоса и дициандиамида в количествах, находящихся за пределами оптимальных, также приводит к ухудшению огнезащитных свойств композиции (см. примеры 33-36, табл. 1). Использование мочевины в количестве, меньшем чем 10 м.ч. снижает огнезащиту конструкций, а в количестве, большем чем 12 м.ч. приводит к высоковспененному пеноматериалу с открытыми порами, что также отрицательно сказывается на огнезащитных свойствах (см. примеры 39 и 40, табл. 1). Роль мочевины, по данным линейного пиролиза, заключается в повышении высоты и скорости пенококса с мелкопористой структурой. Использование буры, вспененного перлита, аэросила в предельных значениях способствует повышению прочностных свойств пеноматериала, запредельные значения ухудшают огнезащитные свойства (см. примеры 37, 38, 41-44, табл. 1). Полимерную композицию готовят по следующей методике. ХСПЭ растворяют в толуоле. В приготовленное полимерное связующее всыпают измельченные наполнители и тщательно перемешивают до получения однородной массы. Композицию наносят на защищаемую подложку шпателем толщиной 1,5-2,0 мм и выдерживают на воздухе 5-7 сут. Расход покрытия при исходной толщине 1,5-2,0 мм составляет 2,7-3,0 кг/м². Предлагаемая композиция была исследована методами термогравиметрического, рентгеноструктурного анализов, линейного пиролиза. Огнезащитные свойства композиций определяли в соответствии с инструкцией ВНИИПО МВД СССР "Определение теплозащитных свойств вспучивающихся покрытий по металлу" по времени прогрева тыльной стороны образца с покрытием под действием тепла от муфельной печи, нагретой до 1100^оС. Образец вводят в печь по указанному в инструкции тепловому режиму и температуру на защищаемой подложке регистрируют с помощью термопары, соединенной с потенциометром КСП-4. Предлагаемая композиция характеризуется следующими примерами. П р и м е р. К 2,4 г (16 мас.ч.) ХСПЭ, растворенного в 12,6 г (84 мас.ч. ) толуола, добавляют 0,45 г (3 мас.ч.) оксида магния и перемешивают при комнатной температуре в течение 1-2 мин. В приготовленный состав всыпают измельченные 4,5 г (30 мас.ч.) ПЭР, 1,5 г (10 мас.ч.) сахарозы, 6,0 г (40 мас. ч. ) аммофоса, 3,0 г (20 мас.ч.) ДЦДА, 1,5 г (10 мас.ч.) мочевины, 1,5 г (10 мас. ч.) тетрабората натрия, 0,68 г (4,5 мас.ч.) вспененного перлита, 0,38 г (2,5 мас. ч.) аэросила и тщательно перемешивают при комнатной температуре в течение 5 мин. Покрытие наносят на стальную подложку размером 140x х 80 мм и выдерживают на воздухе 5-7 сут. Приведенные в табл. 1 данные подтверждаются актом испытаний заявляемой композиции. Результаты огневых испытаний по пожарной кривой свидетельствуют о том, что ненаполненный ХСПЭ прогорает до исследуемых температур за 5 мин и горит. В предложенной композиции ПЭР используется как составная часть вспенивающегося наполнителя. Введение ПЭР в ХСПЭ не приводит к образованию вспененного слоя и время прогрева подложки до 500^оС составило 7 мин. Аналогичный результат наблюдается и при использовании аммофоса как составной части вспенивающегося наполнителя, причем время прогрева подложки до исследуемых температур составило 8 мин. Образование вспененного материала наблюдается при совместном нагревании системы ПЭР, аммофоса и ДЦДА в ХСПЭ. Однако, образующийся пенококс является нетермостойким, и быстро выгорает, предохраняя прогрев стальных конструкций до 500^оС от действия тепла или огня в течение 15 мин. Такая композиция обладает недостаточной эффективностью огнезащитных свойств. Увеличение высоты и скорости пенококса наблюдается только при дополнительном введении мочевины во вспенивающийся наполнитель. Повышение термостойкости карбонизованного материала и, как следствие, огнезащитных свойств композиции достигается при добавлении сахарозы. Использование сахарозы как карбонизующегося агента вспенивающегося наполнителя в сочетании с аммофосом приводит к получению высоковспененного (кратность вспенивания 20), но нетермостойкого пеноматериала. Время прогрева тыльной стороны покрытия такой композиции до 500^оС составляет 7 мин, тем самым является непригодным покрытием для защиты металлоконструкций. Прогрев предлагаемой композиции происходит за 25-30 мин. Физико-механические свойства предлагаемой композиции: Прочность при растяжении, кгс/см² 6,5-7,0 Относительное удлинение, 7,5-8,0 Адгезия, кг/см² к сплаву Д-16 4,5-5,0
к грунтовке 5,5-6,0
Для пенококсов, полученных после воздействия пропан-воздушного пламени с температурой 800-900^оС в течение 15 мин, была определена термостойкость, т. е. температура, при которой происходит потеря 10, 20, 30% от первоначальной массы пенококса. Примеры, представленные в табл. 2, показывают, что термостойкость кокса значительно повышается только в присутствии сахарозы (см.примеры 7-9, табл. 2). Таким образом, предлагаемая композиция по сравнению с прототипом позволяет повысить время защиты металлических изделий от действия огня на 20 мин.

Формула изобретения

ОГНЕЗАЩИТНАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ, включающая хлорсульфированный полиэтилен, отвердитель, наполнитель, карбонизующий агент, отличающаяся тем, что с целью повышения огнезащитных свойств, она содержит в качестве отвердителя оксид магния, в качестве наполнителя вспененный перлит и аэросил, в качестве карбонизующего агента - пентаэритрит, сахарозу и дополнительно дициандиамид, мочевину, аммофос, тетраборат натрия водный и толуол при следующем соотношении компонентов, мас. ч. Хлорсульфированный полиэтилен 16 20
Толуол 80 84
Отвердитель оксид магния 2,5 3,0
Пентаэритрит 30 40
Сахароза 10 12
Аммофос 40 50
Дициандиамид 20 30
Мочевина 10 12
Тетраборат натрия водный 10 15
Перлит вспененный 4,5 5,0
Аэросил 2,5 3,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3