Огнезащитная вспучивающаяся эмаль

 

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, а именно к огнезащитным эмалям, и может быть использовано для покрытия металлических, деревянных и других конструкций. Композиция содержит хлорированное производное поливинилхлорида, кремнийорганическую смолу, пентафталевую смолу, полимерное фосфатное соединение, эпоксидную смолу, низкомолекулярное фосфатное соединение, окисленный графит, пигмент, растворитель. Технический результат - увеличение огнезащиты конструкции до 65 мин, снижение дымообразования, повышение термостойкости эмали до 700^oС. 1 табл.

Изобретение относится к лакокрасочным материалам, а именно к огнезащитным эмалям и может быть использование для покрытия металлических, деревянных и других конструкций.

Известен состав огнезащитной эмали ("Органические покрытия пониженной горючести", Л. Н. Машляковский и др. , 1989 г. , Ленинград, изд. "Химия", стр. 90), включающий связующее, пластификаторы, акцепторы, и растворитель, в качестве связующего используется поливинилхлорид, при следующем соотношении компонентов в мас. %: Поливинилхлорид - 40-45 Диоктилфталат - 15-20 П-трет-бутилфенилдифенилфосфат - 5-7 Тригидрат оксида алюминия - 24-27 Растворитель - Остальное.

Недостатком описанной огнезащитной эмали является неудовлетворительная ее термостойкость, разложение поливинилхлорида при t^o>150-200^oC, несмотря на стабилизирующие добавки. Высокое дымообразование во время разложения поливинилхлорида, несмотря на добавку тригидрата оксида алюминия, что усложняет пожаротушение. Кроме того, тонкая пленка быстро передает тепло, и огнезащита таким покрытием по длительности не превышает 1,5-2 минут при температуре до 600^oС.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по достигаемому результату является состав огнезащитной эмали ("Органические покрытия пониженной горючести", Л. Н. Машляковский и др. , Ленинград, изд. "Химия", стр. 90), включающий связующее, пластификаторы, акцепторы, вспучивающие добавки, наполнители, пигменты и растворитель, в качестве связующего использован поливинилхлорид при следующем соотношении компонентов мас. %: Поливинилхлорид - 60-65 Диоктилфтолат - 15-20 Эпоксидированное соевое масло - 2,5-3 Барит-кадмиевый стабилизатор - 1,5-2
Трикрезилфосфат - 8-10
Растворитель - Остальное.

Недостаток описанного состава огнезащитной эмали состоит в том, при повышении температуры сразу начинает разлагаться поливинилхлорид, что сопровождается большим дымообразованием, затрудняющим пожаротушение, а тонкая пленка покрытия составляет всего 1 мм и выдерживает температуру до 600^o в течение 1,5-2 минут.

Таким образом, данная огнезащитная эмаль обладает недостаточно высокой огнезащитностью, обильным дымообразованием.

В основу изобретения поставлена задача получения огнезащитной вспучивающейся эмали с высокой термостойкостью и небольшим задымлением при повышении температуры, решение этой задачи позволит получить эмалевые покрытия для конструкций из различного материала с надежной огнезащитой и высокими эксплуатационными показателями. Поставленная задача решается тем, что в огнезащитной вспучивающейся эмали, включающей связующее, пластификаторы, акцепторы, вспучивающие добавки, пигменты и растворитель, в качестве связующего используется смесь, состоящая из хлорированного производного поливинилхлорида, кремнийорганических соединений и пентафталевой смолы, в качестве пластификатора и акцептора вводится эпоксидная смола, а в качестве вспучивающих добавок - низкомолекулярное и полимерное фосфатные соединения и окисленный графит при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Хлорированное производное поливинилхлорида - 6,5-14,9
Кремнийорганическая смола - 6,5-14,9
Пентафталевая смола - 1,95-4,3
Эпоксидная смола - 1,3-2,1
Низкомолекулярное фосфатное соединение, не менее - 13
Полимерное фосфатное соединение, не менее - 13
Окисленный графит, не менее - 1,95
Пигмент - 1,3-2,1
Растворитель - Остальное.

Сопоставительный анализ заявляемого состава огнезащитной вспучивающейся эмали с прототипом ("Органические покрытия пониженной горючести", Л. Н. Машляковский и др. , 1989 г. , Ленинград, изд. "Химия", стр. 90), позволяет сделать вывод, что заявляемая огнезащитная вспучивающаяся эмаль отличается от известной использованием в качестве связующего смеси хлорированного производного поливинилхлорида, кремнийорганической и пентафталевой смол, в качестве вспучивающихся добавок - низкомолекулярного и полимерного фосфатных соединений, окисленного графита, а в качестве пластификатора и акцептора - эпоксидной смолы, что является достаточным для образования при повышении температуры прочной огнезащитной пленки и снижения дымообразования, а значит и для повышения эксплуатационных свойств.

Анализ известных технических решение позволяет сделать вывод о том, что заявляемое решение не известно из уровня техники, что свидетельствует о его соответствии критерию "НОВИЗНА".

Введение кремнийорганических соединений снижает дымообразование и повышает термостойкость, т. к. при повышении температуры свыше 500^oС выгорает органическая часть связующего, но остается связующее на основе кремния. Кроме того, сочетание кремнийорганической смолы с хлорированным поливинилхлоридом повышает эстетический вид эмалевой пленки, т. к. один хлорированный поливинилхлорид высокоэластичен и, при нанесении на поверхность конструкции, пленка требуемой толщины (свыше 0,5-0,7 мм) "морщится", поверхность делается не гладкой.

Кремнийорганическая смола, предлагаемая в составе огнезащитной эмали, заявлена без выделения класса кремнийорганических соединений, потому что для заявленной эмали очень важно, что при температуре 600-800^oС и выше, из соединений на основе силанов, силоксанов и силазанов остается кремнезем (органическая часть "выгорает"), который под действием температуры образует кремнеземное связующее, связывающее и упрочняющее карбонизированные остатки, делающее надежным теплоизоляционный слой. Степень полимеризации, что различает указанные соединения, структурные и другие различия, не имеют значения, т. к. кремнеземное связующее образуется при высокой температуре из атомов кремния, подвергшегося воздействию высокой температуры.

Органическая часть кремнийорганических соединений деструктирует при более высокой температуре, чем перхлорвиниловое пленкообразующее. Однако и перхлорвиниловое пленкообразующее также важно в данной рецептуре, т. к. первым начинает химические превращения при воздействии температуры, забирая на это определенную часть тепла и защищая этим подложку.

При нормальных условиях - температура 20^oС, для использования кремнийорганических соединений в качестве основного пленкообразователя необходимы определенные условия. В комплексе с перхлорвиниловой смолой, пентафталевой, эпоксидной смолами кремнийорганические соединения образуют, в обычных условиях, твердую, эластичную, обладающую хорошей адгезией пленку.

Пентафталевая смола может быть любой, т. е. модифицированная различными маслами, фенолформальдегидными, карбомидными и т. д. смолами, так как для заявляемой рецептуры важен олигомер пентаэритрита, образующийся при деполимеризации пентафталевой смолы (разрыв сложных эфирных связей, возгонка фталевого ангидрида), и необходимый для образования ценного карбонизированного остатка, который не поддерживает горение и, следовательно, защищает конструкцию от воздействия пламени.

Эпоксидная смола является акцептором для соляной кислоты (НСl), выделяемой в виде дыма при разложении от повышенной температуры до 500^oС хлорированного поливинилхлорида, снижая тем самым дымообразование (выделение НСl в атмосферу, в больших количествах, нецелесообразно).

Содержание активных ионов или групп ионов у перхлорвиниловых, кремнийорганических пленкообразователей вызывает внутримолекулярные превращения, снижающие качество пленкообразователей.

Эпоксидные смолы, содержащие эпокси- и гидроксильные группы, взаимодействуя с активными группами перхлорвиниловых и кремнийорганических пленкообразующих, снижают возможность внутримолекулярных превращений и, имея длинную и разветвленную (высокомолекулярные соединения) цепь, или разветвленную структуру (низкомолекулярные соединения), "пластифицируют" указанные пленкообразующие. Эпокси-группа находится в напряженном состоянии, кольцо стремиться разорваться, поэтому достаточно легко реагируют с другими активными группами (например, с Н⁺, температура реакции ~ 50^oС). Реакция протекает при созревании пленки до определенной степени и усиливается при нагревании до 50^oС и выше (например, солнечными лучами).

Эпокси- и гидроксильная группы активно реагирует с НСl, т. е. эпоксидная пленкообразующая является акцептором НСl.

В 80-е годы диановые эпоксидные смолы составляли 90% от производства эпоксидных смол; по 4-е процента составляли эпоксиноволаки и циклоалифатические эпоксидные смолы, 2% - приходилось на остальные виды эпоксидных смол. До нашего времени эти соотношения существенно не изменились.

Для рецептуры предлагаемой эмали наиболее значимо наличные эпокси-, и, в частности гидроксильных групп, количество которых колеблется в зависимости от вида эпоксидных смол, но колебание это не превышает 15-20%. При дефицитности отдельных видов смол этими колебаниями можно пренебречь.

Вводимые фосфатные соединения и окисленный графит, являясь одновременно наполнителями и вспучивающими добавками, значительно повышают огнезащиту материала под эмалевым покрытием, поочередно вспучиваясь при повышении температуры.

При температуре 150-300^oС начинает разлагаться низкомолекулярное фосфатное соединение, далее в реакцию вступает фосфатный полимер, разлагаясь при температуре свыше 300^oС и реакция продолжается до температуры 700^oС, а при температуре свыше 550^oС начинает вспучиваться окисленный графит. Образовавшаяся вспученная огнезащитная пленка достигает толщины 30 мм. Это неосыпающийся теплоизоляционный слой, образование которого благодаря превращениям пленкообразователей и наполнителей под воздействием температуры, а также последующие теплозащитные действия длятся не менее 60-65 минут.

В заявляемой рецептуре огнезащитной вспучивающейся эмали в качестве пигментов предлагаются различные пигменты, например, двуокись титана, окись цинка, желтая и красная окиси железа, цинковый желтый, литопон, алюминиевая пудра и т. д.

Особое положение занимает сажа, способы снижения воспламеняемости которой нами проработаны. Ведется разработка способов модификации других органических пигментов (не изменяющей цветостойкости), исключающей воспламеняемость пигментов, что позволяет использовать их в огнезащитных вспучивающихся эмалях.

В качестве растворителей для приготовления огнезащитной эмали используют, в частности комплексные растворители типа Р-5, Р-646 с добавкой уайт-спирита и других растворителей в небольших количествах. Для перхлорвиниловых, пентафталевых, кремнийорганических пленкообразующих растворители имеют общую основу - ароматические углеводороды, составляющие 50-60% от смеси (толуол, ксилол), поэтому обязательно в составе комплексного растворителя должны быть ароматические углеводороды, целесообразно вводить, например, кетоны, которые при растворении резко снижают вязкость пленкообразующих, и другие, указанные выше растворители.

Заявленный состав огнезащитной вспучивающейся эмали приведен в таблице.

Формула изобретения

Огнезащитная вспучивающаяся эмаль, включающая связующее, пластификаторы, акцепторы, пигмент и растворитель, отличающаяся тем, что она содержит в качестве связующего хлорированное производное поливинилхлорида, кремнийорганическую и пентафталевую смолу, в качестве пластификатора и акцептора - эпоксидную смолу и дополнительно вспучивающие добавки - низкомолекулярное и полимерное фосфатные соединения и окисленный графит при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Хлорированное производное поливинилхлорида - 6,5-14,9
Кремнийорганическая смола - 6,5-14,9
Пентафталевая смола - 1,95-4,3
Полимерное фосфатное соединение - Не менее 13
Эпоксидная смола - 1,3-2,1
Низкомолекулярное фосфатное соединение - Не менее 13
Окисленный графит - Не менее 1,95
Пигмент - 1,3-2,1
Растворитель - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1