Огнезащитный состав, огнезащитная паста и способ получения огнезащитного материала

Группа изобретений относится к огнезащитным составам и пастам, обладающим высокими защитными свойствами при воздействии высоких температур, а также к получению материалов на их основе, нашедших применение для огнезащиты, в частности электрических кабелей, пучков кабелей и кабельных линий. Состав содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: интеркалированный графит 35,0-65,0, каолин 0,5-3,0, аэросил 1,0-4,0, хлорпарафин 3,0-12,0, полифосфат аммония 1,0-4,0, хлоропреновый каучук - остальное. Паста содержит от 30 до 50% данного состава и остальное - растворитель. Способ предусматривает изготовление пасты и нанесение ее на тканевую основу, преимущественно, путем шпредингования. Материал, полученный из этого состава, обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками - такими как прочность, пластичность, стойкость к климатическим факторам, улучшенной способностью к вспениванию и улучшенной огнестойкостью. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Группа изобретений относится к огнезащитным составам и пастам, обладающим высокими защитными свойствами при воздействии высоких температур, а также к получению материалов на их основе, нашедшим применение для огнезащиты, в частности, электрических кабелей, пучков кабелей и кабельных линий.

В патенте US 5232976 раскрывается огнезащитный состав, содержащий 25-60 мас.% окисленного графита. 5-25 мас.% латекса хлоропрена (в пересчете на сухой остаток) и 5-25 мас.% вещества, выбранного из группы, содержащей: полиакрилонитрил, целлюлозу, фенолформальдегидную смолу, полиимиды и др. Кроме того, материал может содержать различные органические и неорганические добавки, например хлорпарафины, силикаты, гидроксиды Al, Mg, карбонат Al и др. В патенте также раскрывается способ получения материала на основе данного огнезащитного состава, в соответствии с которым в емкость с мешалкой вводятся добавки в определенной последовательности. Затем масса смешивается, гомогенизируется и ракелем наносится на нетканый материал из стекловолокна с плотностью 50 г/м. Получали материал с покрытием толщиной около 2,5 мм, расширяющийся при нагревании в 5-7 раз.

Недостатком указанного состава, а также способа получения материала является использование в его составе фенолсодержащей смолы, повышающей токсичность продуктов сгорания. Кроме того, материал не обладает достаточной эластичностью и прочностью, что ограничивает области его применения и отрицательно влияет на его огнезащитную способность.

Наиболее близкий состав к предложенному, а также паста, раскрываются в патенте RU 2131448, а наиболее близкий к предложенному способ - в патенте RU 2124546.

В соответствии с RU 2131448 состав содержит, мас.ч.: хлоропреновый каучук - 100, интеркалированный (окисленный) графит со степенью расширения 50-400 - 50-100, хлорпарафин с содержанием хлора 25-30 мас % - 40-60, смесь карбоната кальция и оксида кремния в равном массовом соотношении - 35-45 и вулканизующую смесь - 15.

В соответствии с RU 2124546, материал получают следующим образом: хлоропреновый каучук помещают на вальцы и пластицируют в течение 2-3 минут при комнатной температуре с получением тонкого полотна (шкурки). Затем шкурку помещают в смеситель, смешивают с растворителем, добавляют окисленный графит, перемешивают и полученную пасту переносят в клеепромазочную машину, где наносят на движущуюся тканевую основу огнезащитный слой, и далее проводят сушку до полного удаления растворителя.

В результате получают эластичный огнезащитный материал.

К недостаткам данных известных решений можно отнести недостаточно высокую каркасность образующегося при пожаре защитного слоя пены, что снижает огнезащитную эффективность материала, а также его сравнительно низкую эластичность.

Задачей изобретения является устранение всех присущих известным техническим решениям недостатков, а также повышение влагостойкости материала.

Поставленная задача решается тем, что предложенный огнезащитный состав, содержащий хлоропреновый каучук, хлорпарафин и интеркалированный графит, дополнительно содержит полифосфат аммония, каолин и аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Интеркалированный графит	35,0-65,0
Каолин	0,5-3,0
Аэросил	1,0-4,0
Хлорпарафин	3,0-12,0
Полифосфат аммония	1,0-4,0
Хлоропреновый каучук	Остальное

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что, состав может дополнительно содержать 1,0-4,0 мас.% трехокиси сурьмы.

Также состав может в некоторых случаях дополнительно содержать до 4 мас.% вулканизатора.

Состав в некоторых своих воплощениях может дополнительно содержать от 15 до 30 мас.% гидроокиси алюминия.

Целесообразно, чтобы состав содержал интеркалированный графит со степенью расширения, не менее чем в 100 раз, а в качестве хлорпарафина - жидкий хлорпарафин, например хлопарафин марки ХП-470.

Поставленная задача также решается с помощью огнезащитной пасты, содержащей огнезащитный состав и растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Огнезащитный состав	30-50
Растворитель	Остальное.

Паста в качестве растворителя может содержать этилацетат и бензин.

Поставленная задача также решается способом получения огнезащитного материала, включающим изготовление огнезащитной пасты путем подачи на вальцы хлоропренового каучука с получением тонкого полотна, измельчение полученного полотна, его последовательное смешение с растворителем и интеркалированным графитом с получением огнезащитной пасты, последующее формирование огнезащитного материала путем нанесения полученной огнезащитной пасты на движущуюся основу, сушку полученного материала до удаления растворителя с получением слоистого материала, содержащего слой огнезащитного состава и основу, в соответствии с которым на вальцы дополнительно подают хлорпарафин, каолин и полифосфат аммония, измельченное полотно дополнительно смешивают с аэросилом, а материал получают со слоем огнезащитного состава, содержащего компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Интеркалированный графит	35,0-65,0
Каолин	0,5-3,0
Аэросил	1,0-4,0
Хлорпарафин	3,0-12,0
Полифосфат аммония	1,0-4,0
Хлоропреновый каучук	Остальное

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что материал получают со слоем огнезащитного состава, дополнительно содержащего 1,0-4,0 мас.% трехокиси сурьмы.

Материал может быть получен со слоем огнезащитного состава, дополнительно содержащего до 4 мас.% вулканизатора.

Материал также может быть получен со слоем огнезащитного состава, дополнительно содержащего 15-30 мас.% гидроокиси алюминия.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается также тем, что огнезащитную пасту на основу наносят методом шпредингования.

В частных воплощениях изобретения получают материал, в котором соотношение толщины слоя основы к толщине слоя огнезащитного состава составляет как 1:(1,5-5,0).

Сущность изобретения состоит в следующем.

Дополнительное совместное введение в огнезащитный состав полифосфата аммония, каолина и аэросила, а также изменение содержания интеркалированного графита, хлоропренового каучука, хлорпарафина и трехокиси сурьмы привели к резкому увеличению вспенивающей способности огнезащитного состава, а следовательно, материала на его основе, улучшению механической прочности материала, каркасности образующейся пены. Кроме того, не наблюдалось горения материала, в том числе остаточного, после удалении пламени.

Для получения огнезащитного состава и материала на его основе могут быть использованы, например, следующие материалы:

- Каучук хлоропреновый в соответствии с ТУ РА 00204145-0651-97 или каучук хлоропреновый М-40 фирмы «Денка».

- Интеркалированный графит в соответствии с ТУ 55728-006-13267785-96.

- Аэросил в соответствии с ГОСТ 14922-77.

- Каолин обогащенный в соответствии с ГОСТ 19608-84.

- Парафин хлорированный ХП-470 в соответствии с ТУ 6-01-16-90.

- Трехокись сурьмы в соответствии с ТУ 48-14-1-88.

- Полифосфат аммония в соответствии с ТУ 2148-029-13267785-04.

- Вулканизатор (окись цинка) по ГОСТ 202-84.

- Этилацетат, марка А (Б) по ГОСТ 8981-78.

- Бензин «Нефрас С2-80/120» по ТУ 38.401-67-108-92.

Для получения материала используют хлоропреновый каучук со средней склонностью к кристаллизации.

Выбранный каучук в сочетании с интеркалированным графитом обеспечивает защиту от огня широкого круга горючих материалов.

Термин «интеркалированный графит» охватывает широкий круг химических соединений - продуктов внедрения в графитовую матрицу атомных и/или молекулярных систем. Ряд интеркалированных графитов, таких как бисульфат графита, нитрат графита, т.н. окисленный графит и др. обладает способностью при нагревании многократно увеличиваться в объеме.

Увеличение содержания интеркалированного графита в огнезащитном составе до заявленных количеств (по сравнению с известным составом) совместно с введением полифосфата в заявленных количествах не только улучшает вспенивающую способность огнезащитного состава, но и приводит к тому, что в условиях пожара поддерживается каркасность кокса и материал не осыпается, что значительно улучшает огнезащитную способность покрытия.

Наиболее оптимальной является степень расширения графита более 100, что обеспечивает наилучшие показатели расширения огнезащитного состава.

Хлорпарафин несет двоякую функцию - с одной стороны, он является антипиреном, с другой стороны, жидкий хлорпарафин является пластификатором. Именно такое содержание указанного хлорпарафина является оптимальным и обеспечивает возможность эффективного нанесения огнезащитного материала путем шпредингования (клее-промазки), что позволяет выпускать слоистый материал с высокой однородностью нанесенного на него огнезащитного слоя.

Антипиреновые свойства хлорпарафина могут быть значительно усилены добавлением другого антипирена - трехокиси сурьмы. Одновременное введение этих двух компонентов в заявляемых количествах позволяет достичь синергетического эффекта - резкого возрастания огнезащитных свойств.

Совместное введение в качестве наполнителя таких веществ как каолин и аэросил в состав, содержащий интеркалированный графит и полифосфат аммония, улучшает технологические свойства композиции - композиция обладает улучшенными тиксотропными свойствами и седиментационной устойчивостью, что является чрезвычайно важным при получении из этого состава материала путем шпредингования. Также оба этих компонента благоприятно влияют на механические и огнезащитные свойства состава.

Введение в состав материала вулканизатора при заявленном содержании хлоропренового каучука не является обязательным, однако его введение сказывается благоприятно на свойствах огнезащитного состава и еще более улучшает технологические свойства.

Введение в заявленных количествах гидроокиси алюминия резко позволяет снизить дымообразование.

В предложенном материале можно использовать до 4 мас.% вулканизатора, в качестве которого могут быть использованы следующие вещества:

1) Оксид цинка (наиболее желателен).

2) Смесь стеарат кальция с оксидами Mg и Zn.

3) Смесь N,N'-дифурфурилтиомочевины с оксидами Mg и Zn.

4) Смесь альдегидного ускорителя (833) со свинцовым глетом и т.д.

Идентификация полученных продуктов проводилась методом РФА и химического анализа.

Степень расширения интеркалированного графита оценивали как объем (в см³) 1 г вспененного в муфеле при 900°С интеркалированного графита (например, окисленного).

Физико-механические характеристики материала оценивали по стандартным методикам определения огнезащитной эффективности в соответствии с требованиями НПБ 238-97* «Огнезащитные кабельные покрытия. Общие технические требования и методы испытаний».

Терморасширяющийся огнезащитный материал, полученный из заявляемого огнезащитного состава в соответствии с заявляемым способом, представляет собой полимерную композицию на основе каучука и минеральных наполнителей и выпускается в виде слоистого эластичного листового материала различной ширины, преимущественно, на тканевой основе.

В качестве основы для получения материала используют хлопчатобумажные ткани (миткаль), кордовую ткань, стеклоткань, или любой другой нетканый гибкий материал - например бумагу, пластик, фольгу - металлическую и графитовую и т.д.

Схема включает в себя четыре следующих этапа

- смешение каучука с минеральными наполнителями и пластификатором;

- обработку полученной смеси растворителями (этилацетатом и нефрасом) с добавлением интеркалированного графита и аэросила с получением пасты, содержащей огнезащитный состав и растворители;

- нанесение полученной пасты на гибкую основу с получением рулонного материала;

- разрезание рулонного материала на ленты (при необходимости).

Этап 1. Приготовление резиновой смеси ведут на вальцах. Развешанные весовые порции каучука, каолина, пластификатора (хлорпарафина) и полифосфата аммония, а также при необходимости вулканизатора (окиси цинка) и трехокиси сурьмы, подвозят к вальцам и производят последовательную загрузку всех компонентов в зазор между вальцами с одновременным их вальцеванием. Затем осуществляют съем полученного полотна резиновой смеси.

Этап 2. Приготовление огнезащитной пасты ведут в смесителе, оснащенном расходным баком (объемом 120 л для дозирования растворителей) и шнековым разгрузочным устройством.

Способ приготовления пасты заключается в обработке измельченного полотна резиновой смеси растворителями: (этилацетатом и/или нефрасом) с добавлением интеркалированного графита и аэросила.

Этап 3. Нанесение пасты на основу целесообразно проводить путем шпредингования. Для этого процесс ведут на клеепромазочной машине. В качестве основы может быть использована любая пригодная для этого ткань, например стеклоткань, кордовая ткань, хлопчатобумажная ткань или любой другой натканый гибкий материал - например бумага, пластик и т.д.

Ткань заправляют на клеепромазочную машину, склеивают и наносят на нее пасту с получением огнезащитного материала в виде рулона. Затем материал сушат до испарения растворителя.

Этап 4. Материал в рулоне направляют, при необходимости, для разрезки на ленты, например, с помощью резаков. Затем ленты перематывают на бобины и упаковывают.

Пример 1.

1,5 кг хлоропренового каучука, 0,09 кг каолина, 0,03 кг полифосфата аммония и 0,37 кг пластификатора (хлорпарафина) последовательно загружали в зазор между вальцами с одновременным их вальцеванием. Затем осуществляли съем полученных пластин.

Снятые с валков пластины полученной резиновой смеси измельчали и помещали в смеситель. Затем в смеситель добавляли растворители - 2,2 кг этилацетата и 1,1 кг нефраса с добавлением 1,1 кг интеркалированного графита и 0,03 кг аэросила и мешалкой перемешивали до гомогенного состояния.

Получали пасту, которая содержала 49 мас.% огнезащитного состава и 51 мас.% растворителя. В таблице 1 данный огнезащитный состав приведен под номером 1.

Далее пасту наносили на основу, выполненную из стеклоткани PS-1000 толщиной 1,0 мм.

Нанесение пасты осуществляли путем шпредингования. Стеклоткань заправляли в клеепромазочную машину, склеивали и наносили на нее пасту с получением огнезащитного материала в виде рулона. После сушки материал перематывали на картонную гильзу и разрезали на ленты. Толщина слоя огнезащитного состава составляла 2,0 мм.

Пример 2.

1,5 кг каучука, 0,04 кг каолина и 0,24 кг хлорпарафина, 0,32 кг полифосфата аммония 0,32 кг окиси цинка и 0,08 кг трехокиси сурьмы последовательно загружали в зазор между вальцами с одновременным их вальцеванием. Затем осуществляли съем полученных пластин.

Снятые с валков пластины полученной резиновой смеси измельчали и помещали в смеситель. Затем в смеситель добавляли растворители - 12,6 кг этилацетата и 6,3 кг неф-раса с добавлением 5,28 кг интеркалированного графита и 0,32 кг аэросила и мешалкой перемешивали до гомогенного состояния.

Получали пасту, которая содержала 30 мас.% огнезащитного состава и 70 мас.% растворителя.

Далее пасту наносили на основу, выполненную из стеклоткани КТ-11 (300) по ТУ РБ 05780349. - 2000.

Нанесение пасты осуществляли путем шпредингования. Стеклоткань толщиной 0,4 мм заправляли в клеепромазочную машину, склеивали и наносили на нее пасту с получением огнезащитного материала в виде рулона. После сушки материал перематывали на картонную гильзу и разрезали на ленты. Толщина слоя огнезащитного состава составляла 0,7 мм.

В таблице 1 приведены полученные в соответствии с примерами огнезащитные материалы, а также их свойства.

Пример 3. Осуществляли получение материала в соответствии с примером 2, однако содержание вулканизатора (окиси цинка) составляло 4%, а содержание трехокиси сурьмы - 4%. В качестве материала основы использовалась лента на тканевой основе толщиной 1,0 мм.

В результате получали эластичный огнезащитный материал в виде ленты на тканевой основе с нанесенным на нее огнезащитным составом, толщиной 1,00 мм со следующими характеристиками:

Степень расширения, %, не менее	2000
Плотность покрытия в состоянии поставки, г/см3	1,0±0,2
Толщина, мм	1,1
Разрывная нагрузка	600 Н

Кроме приведенных характеристик предложенный материал также обладает следующими эксплуатационными характеристиками:

- Предел распространения огня по кабелю: в течение 40 минут огонь не распространяется.

- Радиус изгиба кабеля с нанесенным покрытием - не изменяется, что свидетельствует о высокой пластичности материала.

- Максимальные токовые нагрузки кабеля с покрытием не изменяются.

- Стойкость к климатическим факторам: диапазон рабочих температур - 50÷50°С, относительная влажность воздуха - до 100% включительно, что свидетельствует об абсолютной влагостойкости материала.

Таблица 1
	Содержание компонентов в огнезащитном составе	Состав 1	Состав 2
1.	Интеркалированный графит	35,0	65,0
2.	Каолин	3,0	0,5
3.	Аэросил	1,0	4,0
4.	Хлорпарафин	12,0	3,0
5.	Полифосфат аммония	1,0	4,0
6.	Трехокись сурьмы	-	10
7.	Вулканизатор	-	4
8.	Хлоропреновый каучук	остальное
9.	Соотношение толщин огнезащитного слоя и основы	1:2	1:1,75
Свойства огнезащитного материала
	Степень расширения материала, %	Не менее 1000	Не менее 2000
	Аббляция1	Отсутствие эрозии кокса
	Каркасность	В процессе пожара кокс сохраняет геометрические формы
	Разрывная нагрузка, Н	1960	588
1Унос частиц материала с поверхности под воздействием пламени

1. Огнезащитный состав, содержащий хлоропреновый каучук, хлорпарафин и интеркалированный графит, отличающийся тем, что дополнительно содержит полифосфат аммония, каолин и аэросил при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Интеркалированный графит	35,0-65,0
Каолин	0,5-3,0
Аэросил	1,0-4,0
Хлорпарафин	3,0-12,0
Полифосфат аммония	1,0-4,0
Хлоропреновый каучук	Остальное

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 1,0-4,0 мас.% трехокиси сурьмы.

3. Состав по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит до 4 мас.% вулканизатора.

4. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 15-30 мас.% гидроокиси алюминия.

5. Состав по п.1, отличающийся тем, что содержит интеркалированный графит со степенью расширения не менее чем в 100 раз.

6. Состав по п.1, отличающийся тем, что он содержит жидкий хлорпарафин.

7. Огнезащитная паста, содержащая огнезащитный состав в соответствии с любым из пп.1-6 и растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Огнезащитный состав	30-50
Растворитель	Остальное

8. Паста по п.7, в соответствии с которой она содержит в качестве растворителя этилацетат и бензин.

9. Способ получения огнезащитного материала, включающий изготовление огнезащитной пасты путем подачи на вальцы хлоропренового каучука с получением тонкого полотна, измельчение полученного полотна, его последовательное смешение с растворителем и интеркалированным графитом с получением огнезащитной пасты, последующее формирование огнезащитного материала путем нанесения полученной огнезащитной пасты на движущуюся основу, сушку полученного материала до удаления растворителя с получением слоистого материала, содержащего слой огнезащитного состава и основу, отличающийся тем, что на вальцы дополнительно подают хлорпарафин, каолин и полифосфат аммония, измельченное полотно дополнительно смешивают с аэросилом, а материал получают со слоем огнезащитного состава, содержащего компоненты при следующем соотношении, мас.%:

Интеркалированный графит	35,0-65,0
Каолин	0,5-3,0
Аэросил	1,0-4,0
Хлорпарафин	3,0-12,0
Полифосфат аммония	1,0-4,0
Хлоропреновый каучук	Остальное

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что материал получают со слоем огнезащитного состава, дополнительно содержащего 1,0-4,0 мас.% трехокиси сурьмы.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что материал получают со слоем огнезащитного состава, дополнительно содержащего до 4 мас.% вулканизатора.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что материал получают со слоем огнезащитного состава, дополнительно содержащего 15-30 мас.% гидроокиси алюминия.

13. Способ по п.9, отличающийся тем, что огнезащитную пасту на основу наносят путем шпредингования.

14. Способ по п.9, отличающийся тем, что получают материал, в котором соотношение толщины основы к толщине слоя огнезащитного состава составляет 1:(1,5÷5).