Огнезащитная вспучивающаяся краска

Изобретение относится к огнезащитным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты различных конструкций и материалов, и может быть использовано, например, в строительстве, авиации, железнодорожном транспорте и в других областях, где требуется защита поверхностей от огня. Краска содержит полимерное связующее, растворитель и вспучивающую добавку на основе пентаэритрита и полифосфата аммония и дополнительно содержит в составе вспучивающей добавки расширенный графит. Соотношение пентаэритрита и полифосфата аммония равно 1:1,3-2,6 соответственно. Технический результат от использования изобретения заключается в расширении функциональных возможностей краски, увеличении огнестойкости и расширении температурного интервала вспучивания. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к огнезащитным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты различных конструкций и материалов, и может быть использовано, например, в строительстве, авиации, железнодорожном транспорте и в других областях, где требуется защита поверхностей от огня.

Известен огнезащитный вспучивающийся состав, защищенный патентом РФ №2028348, МПК С 09 D 161/30, С 09 D 161/24, С 09 D 5/18, опубл. 1995.02.09. Состав включает водорастворимую мочевиноформальдегидную смолу, n-трет-бутилфенолформальдегидную смолу, полифосфат аммония, дициандиамид, каолин, стекловолокно, пентрол или пентаэритрит, воду.

Недостатком состава является невысокое вспенивание при воздействии огня.

Известен огнезащитный материал для покрытий и способ его получения, защищенный патентом РФ №2105029, МПК С 09 К 21/14, опубл. 1998.02.20. Известный огнезащитный материал для покрытий содержит окисленный графит со степенью расширения 50-400, расширенный графит с насыпной плотностью 5-10 кг/м³ и дополнительно тройной этилен-пропилен-диеновый или бутадиен-нитрильный каучук. Недостатком материала является низкая эффективность, поскольку материал начинает работать при высокой температуре (300°С), а образующаяся пена имеет невысокую механическую прочность в газовом потоке. Из-за того, что известный материал получается в виде эластичных листов, сужается область его применения и увеличиваются трудозатраты на обеспечение огнезащиты различных конструкций.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому результату, выбранной в качестве прототипа, является огнезащитная вспучивающаяся краска, защищенная патентом РФ №2174527, кл. С 09 D 5/18, 131/04, 133/00, опубл. 2001.10.10. Огнезащитная краска представляет собой водную дисперсию на основе акриловой дисперсии или смеси ее с гомо- или сополимерной дисперсией винилацетата и содержит в качестве вспучивающих добавок смесь пентаэритрита и полифосфата аммония при соотношении их 1:1,3-2,6 соответственно, а также анионоактивное и/или неионогенное поверхностно-активное вещество, пеногаситель, эфироцеллюлозный загуститель, консервирующую добавку, двуокись титана, тальк или микротальк, возможно тетраборат натрия и воду при определенных соотношениях этих компонентов. Недостатком известного состава являются: то, что огнезащитная краска применяется только для внутренних работ из-за низкой устойчивости к атмосферным воздействиям (дождь, снег и т.п.), невысокая степень вспучивания и вследствие этого недостаточная огнестойкость, а также малый температурный диапазон вспучивания краски.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование огнезащитной вспучивающейся краски.

Технический результат от использования изобретения заключается в расширении функциональных возможностей краски, увеличении огнестойкости и расширении температурного интервала вспучивания.

Указанный результат достигается тем, что огнезащитная вспучивающаяся краска, содержащая полимерное связующее, растворитель и вспучивающую добавку на основе пентаэритрита и полифосфата аммония, дополнительно содержит в составе вспучивающей добавки расширенный графит при следующем соотношении компонентов, масс.%:

полимерное связующее - 25,0-42,0

пентаэритрит - 10,0-19,0

полифосфат аммония - 18,0-32,0

расширенный графит - 5,0-15,0

растворитель - остальное

Количественное соотношениие пентаэритрита и полифосфата аммония равно 1:1,3-2,6 соответственно.

Растворителя должно быть достаточно для обеспечения рабочей вязкости раствора.

В краске по изобретению в качестве полимерного связующего используют полимерные дисперсии, например стирол-акриловую, поливинилацетатную либо бутадиен-стирольную дисперсии, а также могут быть использованы перхлорвиниловый лак или кремнийорганический лак, например КО-075, в органическом растворителе, например в ксилоле или толуоле.

Краска может содержать дополнительно антипирены, например жидкое стекло (силикат натрия); пигменты, например диоксид титана; ПАВ, например синтанолы; стабилизаторы, например карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), и пластификаторы, например диоктилфталат (ДОФ) в количестве, не превышающем 10% от массы состава. Расширенный графит может быть использован, например, марки РГ-М (ТУ 5728-006-115907317-99), перхлорвиниловый лак по ОСТ 6-01-37-88 любых производителей, пентаэритрит и полифосфат аммония - технические, полимерная водная дисперсия, например, марки “Лакрил Э-21” ТУ 2241-017-50955201-2001.

Огнезащитную вспучивающуюся краску изготавливают следующим образом. Первоначально готовят вспучивающую добавку. Для этого пентаэритрит, полифосфат аммония и расширенный графит затирают на краскотерке до однородной тонкодисперсной массы.

В смеситель загружают водную дисперсию полимера или лак в органическом растворителе и полученную вспучивающую добавку. Образовавшуюся смесь перемешивают в течение 20-25 мин.

Затем в смеситель добавляют воду либо растворитель. Композицию перемешивают в течение 1-1,5 часов.

По окончании технологического процесса получают однородную массу, которую наносят на защищаемую поверхность. Состав может наноситься кистью, валиком или при помощи распылителя. Расход состава не менее 0,3 кг/м² для дерева и не менее 1,5 кг/м² для металла. Сушка первого слоя осуществляется 1,5 часа, последующих 1 час. Окончательно формирование защитного слоя - через 36 часов.

Предлагаемое соотношение компонентов в краске является оптимальным, найдено экспериментально и обеспечивает получение материала с высокими огнезащитными свойствами. Изменение процентного соотношения полимерного связующего приводит к ухудшению свойств краски. Увеличение количества полимерного связующего выше 42 мас.% приводит к ухудшению огнезащитных свойств за счет увеличения содержания горючей фазы. При уменьшении количества полимерного связующего менее 25,0 мас.% ухудшаются физико-механические свойства краски, в частности адгезия к поверхности защищаемого материала. Увеличение количества расширенного графита в краске более 15 мас.% приводит к значительному ее удорожанию при незначительном увеличении огнезащитных свойств, а уменьшение количества расширенного графита менее 5,0 мас.% приводит к снижению огнезащитных характеристик. Изменение соотношения пентаэритрита к полифосфату аммония в сторону уменьшения или увеличения одного из компонентов приводит к ухудшению вспучивающейся способности состава. Нижеследующие примеры иллюстрируют изобретение.

Пример №1.

13,0 г пентаэритрита, 18,0 г полифосфата аммония и 10 г расширенного графита затирают на краскотерке до однородной тонкодисперсной массы. В смеситель загружают 42 г водной стирол-акриловой дисперсии марки "Лакрил" Э-21 и полученную однородную тонкодисперсную массу.

Смесь перемешивают в течение 20 мин. Затем добавляют воду в количестве, достаточном для обеспечения рабочей вязкости раствора. Композицию перемешивают в течение 1-1,5 часов.

Готовая огнезащитная вспучивающаяся краска в соответствии с НПБ 251-98 обеспечивает 1 группу огнезащитной эффективности (средства, обеспечивающие получение трудносгораемой древесины), потеря массы при сжигании менее 2%.

Огнезащитные свойства данной композиции для металлических конструкций оценивают путем замера температуры защищаемой поверхности образца 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.

Адгезию определяли по ГОСТ 15140.

Примеры № 2, 3 проведены аналогично примеру № 1. Данные о составе композиций приведены в таблице №1.

Основные харктеристики полученных составов приведены в таблице №2.

Пример №4.

15,0 г пентаэритрита, 30,0 г полифосфата аммония и 14 г расширенного графита затирают на краскотерке до однородной тонкодисперсной массы. В смеситель загружают полученную массу и 25 г перхлорвинилового лака.

Смесь перемешивают в течение 20 мин. Затем последовательно загружают 16 г растворителя ксилола. Композицию перемешивают в течение 1-1,5 часов. Примеры № 5, 6, 7 проведены аналогично примеру №4. Данные сведены в таблицы №1 и 2. Готовая огнезащитная вспучивающаяся краска в соответствии с НПБ 251-98 обеспечивает 1 группу огнезащитной эффективности (средства, обеспечивающие получение трудносгораемой древесины), потеря массы при сжигании менее 2%.

Как видно из таблицы № 2, введение расширенного графита в заявленный состав значительно повышает его огнезащитные свойства по сравнению со смесью пентаэритрита и полифосфата аммония, за счет большего коэффициента вспучивания, и увеличивает рабочий интервал температур данного покрытия. Так как у смеси полифосфата аммония и пентаэритрита температурой вспенивания является 250-300°С, то введение в состав расширенного графита приводит к тому, что вспучивание продолжается и выше 300°С.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет применять краску не только для внутренних, но и наружных работ благодаря использованию в качестве связующего перхлорвинилового лака в органическом растворителе или его заменителей. Преимуществами заявленной краски перед прототипом являются повышение огнестойкости и увеличение рабочего интервала температур данного покрытия, а также ее более низкий расход, при этом более тонкий слой покрытия обеспечивает ту же степень огнезащиты.

Таблица №1
Наименование компонентов	Соотношение компонентов, масс %
1	2	3	4	5	6	7
50% стирол-акриловая дисперсия марки "Лакрил" Э-21, ТУ 2241-017-50955201-2001	42,0	-	-	-	-	-	-
50% поливинилацетатная дисперсия	-	39,0	-	-	-	-	-
50% бутадиен-стирольная дисперсия	-	-	32,0	-	-	-	-
Перхлорвиниловый лак (содержание смолы 40%)	-	-	-	25,0	35,0	-	-
Кремнийорганический лак КО-075 ТУ 6-02-1-030-91 (содержание смолы 40%)	-	-	-	-	-	25,0	35,0
Полифосфат аммония	18,0	24,0	32,0	30,0	20,0	30,0	20,0
Пентаэритрит	13,0	12,0	19,0	15,0	10,0	15,0	10,0
Расширенный графит	10,0	6,0	5,0	14,0	11,0	15,0	10,0
Вода	17,0	19,0	12,0	-	-	-	-
Растворитель ксилол или толуол	-	-	-	16,0	24,0	15,0	25,0

Таблица №2
Характеристики составов
№ состава	коэффициент адгезии (баллы)	степень расширения, %	температура на тыльной поверхности через 15 минут огневого воздействия,°С	температурный интервал вспучивания,°С
1	2	2080	139	250-700
2	2	1920	158	250-700
3	3	1830	167	250-700
4	2	2370	114	250-700
5	1	2130	130	250-700
6	2	2480	100	250-700
7	1	2050	147	250-700

1. Огнезащитная вспучивающаяся краска, включающая полимерное связующее, растворитель и вспучивающую добавку на основе пентаэритрита и полифосфата аммония, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит в составе вспучивающей добавки расширенный графит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Полимерное связующее 25,0-42,0

Пентаэритрит 10,0-19,0

Полифосфат аммония 18,0-32,0

Расширенный графит 5,0-15,0

Растворитель Остальное

2. Огнезащитная вспучивающаяся краска по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве полимерного связующего полимерные водные дисперсии, например, стирол-акриловую, поливинилацетатную, либо бутадиен-стирольную дисперсии.

3. Огнезащитная вспучивающаяся краска по п.1, отличающаяся тем, что она содержит в качестве полимерного связующего перхлорвиниловый лак или кремнийорганический лак.