Огнезащитная краска для древесины
Владельцы патента RU 2313549:
Общество с ограниченной ответственностью "Огнезащитные материалы" (RU)
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Томский государственный университет" (RU)
Огнезащитная краска для древесины от возгорания и распространения пламени включает в качестве связующего водную дисперсию поливинилацетата, неионогенное поверхностно-активное вещество, консервант, в качестве пигмента двуокись титана, в качестве наполнителей природные силикаты диопсида и волластапита, антипиреновую вспучивающуюся добавку, смесь из смолы олигомеров фосфата аммония (ОФА), полученного из дигидрофосфата аммония с фосфорной кислотой с добавлением катализатора, серной кислоты, в соотношении 1:(0,4-0,5):(0,03-0,05):(0,1-0,2) соответственно, пентаэритрита, меламина и карбамида в соотношении 1:(0,3-0,4):(0,1-0,2):(0,1-0,2) соответственно, воду. 1 з.п. ф-лы, 3 табл.
Изобретение относится к лакокрасочной промышленности и предназначено для защиты древесины от возгорания и распространения пламени по поверхности.
Известен состав огнезащитной атмосферостойкой краски для лакокрасочной промышленности (заявка РФ №93049139/04, 7 C09D 5/18, опубл. 1996.02.10). Известный состав позволяет повысить огнезащитную эффективность краски на атмосферостойком связующем за счет того, что композиция содержит в своем составе, мас.%: связующее - акриловую смолу (15-45), хлорпарафин (1-3), пентаэритрит (2-9), нерастворимую в воде соль фосфорной кислоты (7-25), дициандиамид (2-8), пигмент (1-6) и растворитель для лакокрасочных материалов (9-36), а также в качестве наполнителя - тонкомолотый алюмосиликатный минерал (3-8) и дополнительно 2,4,6-триамино-S-гептазин (5-15). Недостатком известного состава является то, что полученная краска на основе органических растворителей относится к легковоспламеняющимся жидкостям, токсична и стоит значительно дороже водно-дисперсионных красок.
Известна огнезащитная вспучивающаяся краска, предназначенная для защиты легковозгораемых материалов (патент РФ №2174527, 7 C09D 5/18, C09D 131/04, C09D 133/00), выбранная в качестве прототипа. Огнезащитная краска представляет собой водную дисперсию на основе акриловой дисперсии или смеси ее с гомо- или сополимерной дисперсией винилацетата, содержащая в качестве вспучивающих добавок смесь пентаэритрита и полифосфата аммония при отношении их 1:1,3-2,6 соответственно, а также анионоактивное и/или неиногенное поверхностно-активное вещество, пеногаситель, эфироцеллюлозный загуститель, консервирующую добавку, двуокись титана, тальк или микротальк, возможно тетраборат натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: полифосфат аммония - 17,0-23,0, пентаэритрит - 9,0-13,0, двуокись титана - 1,0-3,0, тальк или микротальк - 5,0-8,5, анионоактивное и/или неионогенное поверхностно-активное вещество - 0,2-0,3, коалесцирующая добавка - 1,7-1,85, консервирующая добавка - 0,1-0,15, загуститель на основе эфиров целлюлозы - 0,1-0,2, пеногаситель 0,3-0,4, тетраборат натрия - 0-0,1, вода - остальное. Недостатком известной огнезащитной краски для древесины является ее высокая удельная цена (руб./кв.м), так как в своем составе краска содержит дорогой компонент - полифосфат аммония (135-160 руб./кг). Кроме того отсутствие в составе краски газообразующих веществ, таких как меламин, мочевина (или их смесь), приводит к достаточно большому расходу краски при нанесении (600 г/кв.м), что также повышает удельную цену краски.
Задачей настоящего изобретения является получение огнезащитной краски для древесины, состав которой позволял бы снизить удельную цену огнезащитной краски в 2 раза по сравнению с ценами уже существующих аналогов при сохранении качества и высоких огнезащитных свойств.
Поставленная задача решается тем, что огнезащитная краска для древесины включает, как и прототип, в качестве связующего водную дисперсию полимера, неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), консервант, в качестве пигмента двуокись титана, наполнители, антипиреновую вспучивающуюся добавку и воду, в отличие от прототипа в качестве связующего используется водная дисперсия винилацетата, антипиреновая вспучивающая добавка содержит смесь из смолы олигомеров фосфата аммония (ОФА), полученную из дигидрофосфата аммония с фосфорной кислотой с добавлением катализатора в соотношении 1:(0,4-0,5):(0,03-0,05):(0,1-0,2) соответственно, пентаэритрита, меламина и карбамида в соотношении 1: (0,3-0,4):(0,1-0,2):(0,1-0,2) соответственно, и в качестве наполнителя природные силикаты диопсида и волластапита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вышеуказанное связующее - 15,0-17,0
Смола ОФА - 28,0-36,0
Пентаэритрит - 10,0-13,0
Меламин - 4,0-6,0
Карбамид - 4,0-6,0
Двуокись титана - 0,5-1,0
Диопсид - 1-2,5
Волластапит - 1-2,5
Неионогенное поверхностно-активное вещество - 05,-1,0
Консервант - 0,1-0,2
Вода - остальное
Предпочтительно в качестве катализатора для получения смолы олигомеров фосфатов аммония использовать серную кислоту.
В составе заявленной огнезащитной краски для древесины используют отечественные водные дисперсии поливинилацетата (дисперсии на основе винилацетата и его сополимеров) «Лакра», в качестве неионогенных поверхностно-активных веществ (ПВА) используют полиоксиэтиленовые эфиры алкилфенолов (ОП-7, ОП-10), натриевые соли олеиновых (стеариновых) кислот, в качестве консерванта, например, фунгицид MERGAL K9N фирмы TROY, катанин и др.
Огнезащитную краску для древесины готовят следующим образом, предварительно получая мелкодисперсную смолу ОФА. Сначала в термостат загружают дигидрофосфат аммония с фосфорной кислотой и катализатором в соотношении 1:(0,4-0,5):(0,03-0,05) соответственно, все это перемешивают, доводят полученную смесь до расплава при температуре 280-300°С и выдерживают в термостате при этой температуре в течении 1,5-2 часов до распада пены с получением олигомеров фосфата аммония. Затем синтезированную смесь олигомеров фосфата аммония выливают на поверхность с предварительно рассыпанной смесью порошков природных силикатов диопсида и волластапита в соотношении компонентов 1:(0,05-0,1):(0,05-0,1). В результате получается чешуированный продукт - смесь олигомеров фосфата аммония с наполнителем. Из полученного продукта готовят антипиренновую вспучивающуюся добавку путем введения в него пентаэритрита, меламина, карбамида и наполнителей в соотношении компонентов: 1:(0,3-0,4):(0,1-0,2):(0,1-0,2):(0,1-0,2) соответственно. Затем полученную смесь измельчают на шаровой мельнице до размера зерен 5-15 мкм и после добавляют в качестве пигмента двуокись титана (смесь А). В аппарат с мешалкой (дисольвер) заливают воду, добавляют при этом поверхностно-активное вещество, водную дисперсию поливинилацетата, консервант при следующем соотношении компонентов: 1:(0,03-0,06):(0,8-1,1):(0,007-0,01) и перемешивают все это в течение 10 минут (смесь Б). Затем в смесь Б загружают смесь А и полученную водно-дисперсионную смесь перемешивают в течение 60-90 минут в аппарате с мешалкой.
По окончании технологического процесса получают однородную белую краску, которую наносят на поверхность древесины.
В таблице 1 приведены данные по огнезащитной эффективности и расходу краски в зависимости от компонентного состава предлагаемой краски. Полученную однородную белую краску по примерам, представленным в таблице 1, наносили на приготовленные в соответствии с ГОСТ 16363 образцы сосны. Расход краски составил 250÷300 г/м2. Испытание краски на огнезащитную эффективность проводили в соответствии с ГОСТ 16363+(НПБ-251). Каждая точка усреднялась по 3м результатам испытаний. Оптимальным по качеству покрытия, огнезащитным свойствам и себестоимости является компонентный состав, приведенный в примере 1 (характеристики данного состава краски приведены в таблице 2).
В примере 4 отсутствие в составе меламина приводит к снижению эффективности огнезащиты (потеря массы 10,0%).
В примере 5 отсутствие в составе карбамида и увеличение содержания меламина до 10% приводит к увеличению себестоимости состава до 30,2 руб./кг.
Подобранный экспериментальным путем компонентный состав краски для лакокрасочной промышленности и защиты древесины от возгорания обеспечивает высокое качество покрытия и I группу огнезащитной эффективности по ГОСТ 16363. В таблице 3 приведены сопоставительные данные по краскам, которые используются в России для огнезащиты деревянных конструкций, для сравнения с характеристиками полученной огнезащитной краски.
| Таблица 1 Огнезащитная эффективность и расход краски в зависимости от компонентного состава краски | ||||||
| № | Компоненты, мас.% | Примеры | ||||
| п/п | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 1 | Смола ОФА | 35,0 | 28,0 | 36,0 | 35,0 | 35,0 |
| 2 | Пентаэритрит | 11,0 | 14,0 | 5,0 | 11,0 | 12,0 |
| 3 | Меламин | 5,0 | 6,0 | 5,0 | 0 | 10,0 |
| 4 | Карбамид | 5,0 | 6,0 | 5,0 | 10,0 | 0 |
| 5 | Двуокись титана | 0,8 | 1,0 | 0,8 | 0,8 | 0,8 |
| 6 | Наполнители | 4,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
| 7 | Водная дисперсия винилацетата | 15,0 | 17,0 | 15,0 | 15,0 | 16,0 |
| 8 | ПАВ неионогенный ОП-10 | 0,5 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| 9 | Консервант | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,1 | 0,1 |
| 10 | Вода | 23,6 | 21,8 | 27,6 | 22,6 | 20,6 |
| 11 | Себестоимость состава, руб. | 25,5 | 27,6 | 23,4 | 22,5 | 30,2 |
| 12 | Потеря массы, % | 4,3 | 8,1 | 9,3 | 14,7 | 3,1 |
| 13 | Расход краски кг/м2 | 0,268 | 0,233 | 0,242 | 0,339 | 0,229 |
| Таблица 2 Характеристики компонентного состава краски по примеру 1 | |
| Цвет | Белый |
| Степень расширения, %, не менее | 1500 |
| Сухой остаток, % | 70÷50 |
| Группа огнезащиты | I (с расходом 250-300 г/м2) |
| Экология | Безопасно в эксплуатации и при пожаре |
| Гигроскопичность | Не гигроскопична |
| Условия эксплуатации | Внутри помещений |
| Срок службы | 15 лет |
| Удельная цена, руб/м2 | 25 |
| Таблица 3 Краски, используемые в России для огнезащиты деревянных конструкций | |||
| Наименование материала | Группа огнезащитной эффективности | Расход, кг/м2 | Цена удельная, руб/м2 |
| «Терма» | I | 0,5 | 120 |
| ОЗК-41Д | I | 0,3 | 71 |
| ВУП-2Д | I | 0,25 | 65 |
| ОГРАКС В-СК | I | 0,20 | 60 |
| «КОП-400 В» | I | 0,2 | 59 |
| S-607 | I | 0,3 | 60 |
1. Огнезащитная краска для древесины, включающая в качестве связующего водную дисперсию полимера, неионогенное поверхностно активное вещество, консервант, в качестве пигмента - двуокись титана, наполнители, антипиреновую вспучивающуюся добавку и воду, отличающаяся тем, что содержит в качестве связующего водную дисперсию поливинилацетата, в качестве антипиреновой вспучивающей добавки - смесь из смолы олигомеров фосфата аммония (ОФА), полученного из дигидрофосфата аммония с фосфорной кислотой с добавлением катализатора в соотношении 1:(0,4-0,5):(0,03-0,05):(0,1-0,2) соответственно, пентаэритрита, меламина и карбамида в соотношении 1:(0,3-0,4):(0,1-0,2):(0,1-0,2) соответственно, а в качестве наполнителя - природные силикаты диопсида и волластапита при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Вышеуказанное связующее | 15,0-17,0 |
| Смола ОФА | 28,0-36,0 |
| Пентаэритрит | 10,0-13,0 |
| Меламин | 4,0-6,0 |
| Карбамид | 4,0-6,0 |
| Двуокись титана | 0,5-1,0 |
| Диопсид | 1-2,5 |
| Волластапит | 1-2,5 |
| Неионогенное поверхностно-активное вещество | 0,5-1,0 |
| Консервант | 0,1-0, |
| Вода | Остальное |
2. Огнезащитная краска для древесины по п.1, отличающаяся тем, что в качестве катализатора используют серную кислоту.
