Панель с противопожарными свойствами
Изобретение относится к панелям с противопожарными свойствами. Панель (22) содержит металлическую облицовку (12, A), изоляционный слой (D) пеноматериала и по меньшей мере один противопожарный слой (B, C) между металлической облицовкой (12, A) и изоляционным слоем (D) пеноматериала. Противопожарный слой (слои) (B, C) содержит дисперсию вспениваемого графита в полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице, у которой изоцианатный индекс составляет 1,8 или более. Способ изготовления панели (22) включает обеспечение первой металлической облицовки (12, A) с по меньшей мере одним противопожарным слоем (B, C), нанесение изоляционного слоя (D) пеноматериала в виде жидкой реакционной смеси на противопожарный слой (слои) (B, C) и нанесение второй металлической облицовки (20, A) на изоляционный слой (D) пеноматериала. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Настоящее изобретение предлагает панели и панельные конструкции с противопожарными свойствами; способы изготовления таких панелей и панельных конструкций; противопожарные композиции и реагенты для изготовления противопожарных композиций.
Жесткие полимерные пеноматериалы обеспечивают хорошую теплоизоляцию, и, таким образом, их используют в строительных изделиях, таких как многослойные предварительно изолированные панели. Такие панели, как правило, включают жесткий внутренний слой пеноматериала на полиуретан/полиизоциануратной (PU/PIR) основе, соединенный с внешними металлическими облицовочными слоями, изготовленными, например, из стали или алюминия, или напряженные оболочки из металлической фольги. Панели данного типа поставляются, например, под товарным знаком компании SAB-profiel.
Такие панели можно изготавливать, используя непрерывный процесс. В процессе непрерывного ламинирования, в котором, как правило, используется конструкция из двойных лент/полосок, жидкую реакционную смесь для изготовления вспененного полимера наносят (выливают или разбрызгивают) на нижний облицовочный лист, который может быть гибким или жестким. Верхний облицовочный лист вступает в контакт с образующей полимер смесью до того, как она отверждается и становится жесткой. В качестве альтернативы, представляющей собой «обратное ламинирование», реакционную смесь можно наносить на верхний облицовочный лист. Данный процесс обсуждается в «Polyurethаne Handbook» (ed. Guenter Oertel, Hanser Publishers, 1985), US 2005/02478993, US 2007/0246160, WO 2009/077490 и US 4019938.
Тонкий слой невспененного или слегка вспененного полиуретан/полиизоциануратного полимера, получаемого из изоцианата и полиола, в некоторых случаях используют для усиления адгезии между металлической облицовкой и внутренним слоем пеноматериала. Этот тонкий слой называется «дополнительный полиуретан/полиизоциануратный слой» (APL).
Боковые соединения между панелями традиционно герметизируют, используя гибкие прокладки из пеноматериала.
Полимерный внутренний слой пеноматериала, как правило, является горючим и образует незначительный углеродистый остаток после сгорания. Таким образом, он обеспечивает лишь ограниченную целостность конструкции в условиях пожара. Целостность конструкции представляет собой важный фактор устойчивости строения и создает препятствия для пропускания тепла, дыма и огня.
В настоящее время противопожарные свойства наилучших покрытых металлом панелей с наполнителем, в которых изоляционный слой представляет собой полиизоциануратный (PIR) пеноматериал, относятся к классу EI 60 для панели толщиной 200 мм (здесь EI означает целостность и изоляцию, а 60 означает число минут, в течение которых данное изделие сохраняет свое действие). Соответствующие стандарты представляют собой EN 1363-1/2 и EN 1364-1.
Были сделаны попытки улучшения этих свойств, например, посредством введения огнестойких добавок в пеноматериал и посредством использования основы, содержащей негорючие плотные материалы (например, гипс).
EP 0891860 раскрывает огнестойкую композитную панель, содержащую слой вспененного материала (например, материала на основе графита, стабилизированный минеральными волокнами), который находится между внутренним слоем из жесткого вспененного пластмассового материала и металлическим внешним слоем. Данный вспененный материал пронизывают отверстия, которые обеспечивают соединение между внутренним слоем и металлическим слоем.
Авторы настоящего изобретения наблюдали, что при обработке типичной многослойной панели в условиях печи, стальная облицовка быстро отслаивается от внутреннего слоя пеноматериала, и в пеноматериале появляются трещины.
Кроме того, было обнаружено, что в течение исследования противопожарных свойств повреждение, как правило, возникает сначала в соединениях между панелями, где уровень изоляции является пониженным.
В результате этого соединения представляют собой слабые области, которые влияют на противопожарные свойства всей панели.
Согласно первому аспекту, настоящее изобретение предлагает панель, включающую:
- металлическую облицовку;
- изоляционный слой пеноматериала; и
- по меньшей мере один противопожарный слой между металлической облицовкой и слоем пеноматериала, причем противопожарный слой (слои) содержит, по меньшей мере один из следующих материалов: пористый диоксид кремния; полые стеклянные микросферы; стеклянные волокна; неорганическая керамообразующая композиция; дисперсия вспениваемого графита в полиуретановой полимерной матрице или полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице, или полиуретан/полимочевинной полимерной матрице.
Предпочтительно противопожарный слой включает дисперсию в полиуретановой полимерной матрице, полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице или полиуретан/полимочевинной полимерной матрице, по меньшей мере, одного из следующих материалов: пористый диоксид кремния; полые стеклянные микросферы; стеклянные волокна и неорганическая керамообразующая композиция.
Предпочтительно панель является самонесущей.
Противопожарный слой
Противопожарный слой (слои) должны обеспечивать хорошую долговечность целостности конструкции и/или теплоизоляционных свойств в условиях пожара.
Могут присутствовать один, два, три или более противопожарных слоев. Сохранение целостности конструкции и теплоизоляционные свойства могут обеспечиваться различными слоями (они называются, соответственно, «сохраняющий целостность конструкции слой» и «теплоизоляционный слой») или одним и тем же слоем. Если эти свойства обеспечиваются одним и тем же слоем, они могут обеспечиваться различными материалами или одним и тем же материалом.
Подходящие противопожарные материалы (т.е. материалы для использования в противопожарном слое) обсуждаются ниже под заголовками «Сохраняющий целостность конструкции материал», «Теплоизоляционный материал» и «Гибридный сохраняющий целостность конструкции материал и теплоизоляционный материал» согласно их свойствам.
Предпочтительно, противопожарный слой имеет коэффициент теплопроводности (κ), составляющий менее чем 0,1 Вт/(м⋅К).
Предпочтительно, толщина противопожарного слоя составляет от 2 до 20 мм (предпочтительнее, от 2 до 15 мм, например, от 3 до 10 мм).
Противопожарный слой (слои) располагают между внутренним слоем пеноматериала и металлической облицовкой, и их можно надлежащим образом рассматривать как модифицированный дополнительный полиуретан/полиизоциануратный слой (APL).
Оказывается предпочтительным, когда у противопожарного слоя (слоев) обнаруживаются хорошие адгезионные свойства по отношению к внутреннему слою пеноматериала и/или металлической облицовке. Полиуретановые (PU), полиуретан/полиизоциануратные (PU/PIR) и полиуретан/полимочевинные полимеры обеспечивают хорошие адгезионные свойства, и их предпочтительно используют в противопожарном слое (слоях), как обсуждается ниже. Если у противопожарного слоя отсутствуют хорошие адгезионные свойства, можно использовать отдельное связующее вещество.
Предпочтительно, противопожарный слой является непрерывным и непрерывно присоединяется к металлической облицовке и к изоляционному слою пеноматериала.
Сохраняющий целостность конструкции материал
Как разъясняется выше, один или несколько сохраняющих целостность конструкции материалов могут быть включены в противопожарный слой (слои).
Сохраняющий целостность конструкции материал предназначен для повышения долговечности целостности конструкции в условиях пожара. Пригодность материала для выполнения функций сохраняющего целостность конструкции материала можно оценивать, например, помещая образец вышеупомянутого материала, который нанесен на металлическую оболочку, в муфельную печь, нагреваемую согласно температурной кривой, сопоставимой с исследованием противопожарных свойств, и затем подтверждая отсутствие трещин и пустот и проверяя остаточные механические свойства. Сохраняющий целостность конструкции материал предпочтительно образует связный прочный угольный слой, который уменьшает склонность к растрескиванию нижележащего внутреннего слоя пеноматериала.
Сохраняющий целостность конструкции материал может включать твердые частицы, расширяющиеся в условиях пожара.
Предпочтительные сохраняющие целостность конструкции материалы для использования в противопожарном слое (слоях) обсуждаются ниже.
Керамообразующая смесь неорганических соединений в полимерной матрице
Дисперсию керамообразующей смеси неорганических соединений в полимерной матрице можно использовать в качестве сохраняющего целостность конструкции материала в противопожарном слое (слоях). Такие смеси описывает компания Ceram Polymerik в WO 2008134803, WO 2005095545, WO 2004088676 и WO 2004035711.
Термин «керамообразующая композиция» включает композиции, которые разлагаются и претерпевают химические реакции в условиях пожара, образуя пористый самонесущий керамический продукт. В отличие от них, традиционные неорганические наполнители остаются в форме несвязных частиц в условиях пожара.
Предпочтительные смеси включают силикатные минералы и неорганические фосфаты. Может присутствовать дополнительный неорганический наполнитель и/или расширяющийся при нагревании материал. Керамообразующая смесь может включать, например, некоторые или все из таких соединений, как тригидроксид алюминия, тальк и полифосфат аммония. Примеры предпочтительных смесей включают сочетания типа тригидроксид алюминия (ATH)/тальк/полифосфат аммония (APP); тальк/APP/борат цинка/вспениваемый графит. Эти материалы реагируют в условиях пожара, образуя связные самонесущие керамические материалы, когда достигается температура активации (составляющая, как правило, от 350 до 800°C).
Предпочтительно полимерная матрица представляет собой полиуретан/полиизоциануратный полимер. Такие полимеры можно изготавливать, используя полиол (например, сложнополиэфирный полиол) и изоцианат (например, органический полиизоцианат, такой как полимерный метилендифенилдиизоцианат (PMDI), содержащий, например, 2,7 функциональных групп). Используется катализатор. Соответствующий индекс составляет 1,8 или более. Термин «индекс» означает изоцианатный индекс, то есть меру числа эквивалентов добавляемого изоцианатсодержащего соединения по сравнению с теоретически требуемым числом эквивалентов изоцианатсодержащего соединения. Более высокий индекс означает большее количество изоцианатсодержащего реагента. Предпочтительные полиолы включают полиолы Voramer® (от Dow Chemical Company).
В качестве альтернативы, полимерная матрица может представлять собой полиуретановый (PU) полимер, но это является менее предпочтительным. Такие полимеры можно изготавливать, используя полиол (например, простополиэфирный полиол) и изоцианат (например, органический полиизоцианат, такой как PMDI, содержащий малое число функциональных групп, составляющее, например, 2,7). Используется катализатор. Соответствующий индекс составляет от 0,8 до 1,8. Предпочтительные полиолы включают полиолы Voranol® (от Dow Chemical Company).
Предпочтительно керамообразующая композиция присутствует в количестве, составляющем от 30 до 70 масс. % по отношению к суммарной массе слоя.
Полиуретан/полимочевинное связующее вещество
Полиуретан/полимочевинное связующее вещество образует покрытие посредством реакции водного раствора силиката натрия, обычно называемого термином «растворимое стекло», с гидрофильным форполимером, которое можно использовать в качестве сохраняющего целостность конструкции материала в противопожарном слое (слоях). Обнаружено, что данное покрытие образует связный угольный слой при воздействии огня. WO 2006010697 (Huntsman) предлагает такие покрытия на основе растворимого стекла и полиуретан/полимочевинного материала. В покрытии можно диспергировать и другие противопожарные материалы.
Предпочтительный гидрофильный полиуретановый форполимер представляет собой изоцианат класса Dow Hypol®.
Стеклянные волокна
Стеклянные волокна можно использовать в качестве сохраняющего целостность конструкции материала в противопожарном слое (слоях). Предпочтительными являются рубленые стеклянные волокна, имеющие длину от 5 мм до 75 мм и/или диаметр от 10 мкм до 13 мкм. Альтернативы стеклянных волокон включают минеральные волокна, базальтовые волокна и углеродные волокна. Волокна предпочтительно являются диспергированными в полимерной матрице, например, в полимерной матрице, тип которой обсуждается выше в разделе «Керамообразующая смесь неорганических соединений в полимерной матрице».
Теплоизоляционный материал
Как разъясняется выше, в противопожарный слой (слои) могут быть включены один или несколько теплоизоляционных материалов.
Теплоизоляционный материал обеспечивает температурный градиент в условиях пожара. Он предназначается для улучшения изоляционных свойств в течение исследования противопожарных свойств. Пригодность материала к использованию в качестве теплоизоляционного материала можно оценивать в лабораторных условиях, применяя процедуру исследования, которая описана ниже и представлена на фиг. 3, и оценивая увеличение температуры, измеряемой с помощью термопары, установленной на поверхности раздела между теплоизоляционным материалом и пеноматериалом или, в качестве альтернативы, установленной внутри пеноматериала на определенном расстоянии от поверхности раздела. Предпочтительные теплоизоляционные материалы представляют собой материалы, содержащие микрополости или нанополости, и предпочтительно они являются пористыми. Подходящие материалы обсуждаются ниже.
Пористый диоксид кремния
Пористый диоксид кремния можно использовать в качестве теплоизоляционного материала в противопожарном слое (слоях).
Предпочтительная форма пористого диоксида кремния представляет собой нанопористый диоксид кремния и, в частности, аэрогель диоксида кремния. Аэрогель диоксида кремния представляет собой имеющее очень низкую плотность нанопористое твердое вещество, получаемое из геля диоксида кремния посредством замены жидкости газом, например, в процессе сверхкритической сушки. Оно проявляет сильное поглощение инфракрасного излучения и превосходные теплоизоляционные характеристики. Синтез частиц аэрогеля диоксида кремния обсуждается в WO 2008115812 и WO 9850144 компании Cabot.
Предпочтительно используется пористый диоксид кремния, диспергированный в полимерной матрице. Полимерная матрица может быть предварительно изготовлена, или ее можно изготавливать на месте применения.
Предварительно изготовленные дисперсии нанопористого диоксида кремния в полимерной матрице имеются в продаже как «аэрогельные покрытия», например, теплоизоляционный материал Thermal Wrap™ от компании Cabot. Они могут включать гранулы аэрогеля диоксида кремния, диспергированные в нетканом полимерном волокнистом материале, например, из полиэтилена и/или сложного полиэфира. Материал Thermal Wrap™ представляет собой гибкий сжимаемый материал, имеющий низкий коэффициент теплопроводности (λ), который можно легко резать ножницами, получая требуемые размеры.
Дисперсии нанопористого диоксида кремния в полимерной матрице можно изготавливать на месте применения, используя товарный аэрогель диоксида кремния в форме порошка. Нанопористый порошок товарного аэрогеля диоксида кремния представляет собой Nanogel™ от компании Cabot.
Предпочтительно, пористый диоксид кремния является диспергированным в гидрофильной полимерной матрице. Чистый аэрогель диоксида кремния имеет превосходные теплоизоляционные характеристики, т.е. низкие значения коэффициента теплопроводности (λ), благодаря своей нанопористой структуре. Предполагается, что аэрогель диоксида кремния теряет свои превосходные теплоизоляционные характеристики, когда его используют в полимерной матрице, потому что полимер заполняет нанопористую структуру. Однако авторы настоящего изобретения понимают, что гидрофильные полимеры и водные растворы не будут заполнять поры вследствие гидрофобности нанопористого диоксида кремния. Таким образом, гидрофильные полимеры и водные композиции, используемые для изготовления таких полимеров, можно использовать, чтобы предотвращать заполнение пор нанопористого диоксида кремния, которые содержатся в теплоизоляционном слое.
Особенно подходящим является полиуретан/полимочевинное связующее покрытие, имеющее свойства сохранения целостности конструкции обсуждаемого выше типа. В качестве альтернативы, можно использовать полиуретан/полиизоциануратное или полиуретановое покрытие типа, обсуждаемого выше в разделе «Керамообразующая смесь неорганических соединений в полимерной матрице».
WO 2007047970 и WO 9615998 относятся к композитным материалам на основе аэрогеля диоксида кремния, содержащим водное связующее вещество, и WO 03097227, US 2004077738, US 2003215640 и EP 1787716 относится к композитным материалам на основе аэрогеля диоксида кремния, содержащим гидрофильные связующие вещества. WO 2007146945 (Aspen) относится к композитному пеноматериалу, содержащему полиуретан и аэрогель диоксида кремния. WO 2007086819 относится к композитному материалу, содержащему полиметилметакрилат (PMMA) и аэрогель диоксида кремния.
Предпочтительно, пористый диоксид кремния присутствует в количестве, составляющем от 1 до 10 масс. % по отношению к суммарной массе слоя.
Вспениваемый графит
Вспениваемый графит, также называемый термином «вспученный графит»), можно использовать в качестве теплоизоляционного материала в противопожарном слое (слоях).
Вспениваемый графит представляет собой твердые частицы, расширяющиеся в условиях пожара. Предпочтительно частицы вспениваемого графита имеют средние размеры, составляющие от 200 до 300 мкм. Вспениваемый графит предпочтительно является диспергированным в полимерной матрице, например, в полимерной матрице типа, который обсуждается выше в разделе «Керамообразующая смесь неорганических соединений в полимерной матрице».
Гибридный сохраняющий целостность конструкции материал и теплоизоляционный материал
Как упомянуто выше, сохранение целостности конструкции и теплоизоляционные свойства может обеспечивать один и тот же материал. Такие предпочтительные материалы обсуждаются ниже.
Полые стеклянные микросферы
Полые стеклянные микросферы можно использовать в качестве гибридного сохраняющего целостность конструкции материала и теплоизоляционного материала в противопожарном слое (слоях). Подходящие материалы обсуждаются в WO 2010065724 и имеются в продаже, например, под товарным знаком S35 Glass Bubbles™ от компании 3M. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что частицы образуют связную ячеистую оболочку из аморфного диоксида кремния в условиях пламени. Эти частицы предпочтительно используют в полимерной матрице, содержащей, например, один из полимерных материалов, обсуждаемых выше.
Предпочтительно, полые стеклянные микросферы имеют средний диаметр, составляющий от 10 до 120 мкм.
Предпочтительно, полые стеклянные микросферы присутствуют в количестве, составляющем от 5 до 50 масс. % по отношению к суммарной массе слоя. Согласно предпочтительному варианту осуществления, полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой содержит 20 масс. % микросфер S35.
Предпочтительные противопожарные конструкции
Предпочтительные противопожарные конструкции (т.е. предпочтительные противопожарные слои или сочетания противопожарных слоев) включают:
- противопожарные конструкции, включающие отдельный сохраняющий целостность конструкции слой и теплоизоляционный слой, например, слой керамообразующей композиции, диспергированной в полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице, и слой дисперсии пористого диоксида кремния в предварительно изготовленной полимерной матрице;
- противопожарный слой, включающий отдельные сохраняющие целостность конструкции и теплоизоляционные материалы, например, слой пористого диоксида кремния, диспергированного в полиуретан/полимочевинной полимерной матрице;
- противопожарный слой, включающий гибридный сохраняющий целостность конструкции и теплоизоляционный материал, например, (1) слой полых стеклянных микросфер, диспергированных в полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице, опционально, включающий дополнительный противопожарный материал, такой как керамообразующая композиция, с которым, опционально, сочетается отдельный сохраняющий целостность конструкции слой и/или теплоизоляционный слой, такой как дисперсия пористого диоксида кремния в предварительно изготовленной полимерной матрице; или (2) слой стеклянных волокон, диспергированных в полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице; или (3) слой вспениваемого графита, диспергированного в полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице;
- противопожарный слой, представляющий собой только сохраняющий целостность конструкции слой, например, слой керамообразующей композиции, диспергированной в полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице;
- противопожарный слой, представляющий собой только теплоизоляционный слой, например, (1) слой пористого диоксида кремния, диспергированного в полиуретановой или полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице; или (2) слой дисперсии пористого диоксида кремния в предварительно изготовленной полимерной матрице.
Облицовка
Как разъясняется выше, панель включает первую металлическую облицовку. Как правило, вторая металлическая облицовка находится в панели на противоположной стороне относительно первой металлической облицовки. Каждая металлическая облицовка предпочтительно изготовлена из стали или алюминия. Предпочтительная толщина каждой металлической облицовки составляет от 0,2 до 1,2 мм.
Внутренний слой пеноматериала
Как разъясняется выше, панель включает изоляционный слой пеноматериала, который также называется «внутренний слой пеноматериала». Предпочтительно, внутренний слой пеноматериала является жестким. Предпочтительная толщина внутреннего слоя пеноматериала составляет от 20 до 250 мм.
Внутренний слой пеноматериала предпочтительно представляет собой полиуретан/полиизоцианат. Предпочтительные пеноматериалы изготавливают, используя полиол (добавляется с пенообразующим веществом и катализатором) и изоцианат (например, органический полиизоцианат, такой как PMDI с большим числом функциональных групп). Предпочтительный индекс составляет 1,8 или более. Предпочтительные полиолы включают полиолы Voratherm® (от Dow Chemical Company), которые производят пеноматериалы, имеющие хорошие противопожарные свойства.
Способ изготовления
Согласно второму аспекту, настоящее изобретение предлагает способ изготовления панели, которая описана выше, включающий следующие стадии:
- обеспечение первой металлической облицовки с по меньшей мере одним противопожарным слоем;
- нанесение изоляционного слоя пеноматериала в виде жидкой реакционной смеси на противопожарный слой (слои); и
- нанесение второй металлической облицовки на изоляционный слой пеноматериала.
Противопожарный слой (слои) можно наносить в жидкой форме, и предпочтительно, по меньшей мере один противопожарный слой наносят в виде жидкой реакционной смеси (опционально, содержащей диспергированный материал), из которой образуется полимерная матрица.
Предпочтительно, жидкая реакционная смесь представляет собой реакционную смесь на изоцианатной основе, предпочтительнее дисперсию в реакционной смеси на изоцианатной основе по меньшей мере одного из следующих материалов: пористый диоксид кремния; полые стеклянные микросферы; стеклянные волокна; неорганическая керамообразующая композиция; вспениваемый графит.
В качестве дополнения или в качестве альтернативы, по меньшей мере один противопожарный слой (например, дисперсия пористого диоксида кремния в предварительно изготовленной полимерной матрице) наносится в твердой форме. Противопожарный слой в твердой форме можно закреплять, используя связующую композицию. Однако если предшествующий противопожарный слой был нанесен в жидкой форме, связующая композиция может оказаться необязательной.
Согласно третьему аспекту, настоящее изобретение предлагает способ изготовления панели, включающей первую и вторую металлические облицовки; изоляционный слой пеноматериала и по меньшей мере один противопожарный слой между металлической облицовкой и слоем пеноматериала, причем противопожарный слой (слои) содержит по меньшей мере один из следующих материалов: пористый диоксид кремния; полые стеклянные микросферы; стеклянные волокна, минеральные волокна, базальтовые волокна или углеродные волокна, неорганическая керамообразующая композиция; дисперсия вспениваемого графита в полиуретановой полимерной матрице или полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице, или полиуретан/полимочевинной полимерной матрице, и данный способ включает следующие стадии:
- обеспечение первой металлической облицовки с по меньшей мере одним противопожарным слоем, наносимым в виде жидкой реакционной смеси;
- нанесение изоляционного слоя пеноматериала в виде жидкой реакционной смеси на противопожарный слой (слои); и
- нанесение второй металлической облицовки на изоляционный слой пеноматериала.
Панели согласно настоящему изобретению можно изготавливать, используя непрерывный или периодический процесс.
Предпочтительно используют полиуретан/полиизоциануратное связующее вещество, которое наносят в жидкой форме.
Можно осуществлять периодический процесс с использованием литейных форм. Согласно такому способу, металлические облицовки надлежащим образом помещают в литейную форму (предпочтительно в нагретую литейную форму), и реакционную смесь для изготовления обеспечивающего изоляцию слоя впрыскивают (например, используя пенообразующее устройство) таким образом, что она заполняет литейную форму и прикрепляется к металлическим облицовкам. Противопожарный слой (слои) можно вводить перед установкой металлических облицовок в литейную форму или после установки металлических облицовок в литейную форму.
Если используют более чем один противопожарный слой, эти слои можно наносить на металлическую облицовку в любой последовательности. Однако оказывается предпочтительным расположение теплоизоляционного материала, прилегающего к внутреннему слою пеноматериала.
Противопожарная конструкция
Согласно четвертому аспекту, настоящее изобретение предлагает панельную конструкцию, включающую:
- две или более прилегающих панелей, опционально, согласно приведенному выше описанию, причем каждая панель включает металлическую облицовку и изоляционный слой пеноматериала, и
- противопожарный материал, расположенный в соединительной области между прилегающими панелями,
где противопожарный материал включает по меньшей мере один из следующих материалов: пористый диоксид кремния; полые стеклянные микросферы; стеклянные волокна; неорганическая керамообразующая композиция; дисперсия вспениваемого графита в полиуретановой полимерной матрице или полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице или полиуретан/полимочевинной полимерной матрице.
Подходящие для противопожарной конструкции материалы представляют собой противопожарные материалы, обсуждаемые выше.
Согласно пятому аспекту, настоящее изобретение предлагает способ изготовления панельной конструкции, которая описана выше, включающий следующие стадии:
- обеспечение панели с противопожарным материалом; и
- размещение одной или нескольких дополнительных панелей, прилегающих к первой панели таким образом, что противопожарный материал расположен в соединительной области между прилегающими панелями.
Предпочтительно, панели устанавливают с совмещением частей, например, панель, имеющая выступ вдоль края, можно устанавливать на панель, имеющую соответствующую выемку вдоль края. Панели можно устанавливать друг на друга и/или на строительную конструкцию. Панели предпочтительно соединяются посредством фрикционной посадки и/или с использованием винтов.
Опционально, в соединительной области также устанавливают уплотнение. Уплотнение можно изготавливать из пеноматериала, и его предпочтительно изготавливают из гибкого пеноматериала. Уплотнение, как правило, поступает с катушек в процессе изготовления панели.
Противопожарный материал предпочтительно наносят в виде жидкой реакционной смеси в соединительную область, например, путем литья или разбрызгивания. Это можно осуществлять после изготовления панели или на месте перед установкой панели. Можно использовать два или более противопожарных материалов, например, посредством изготовления двух или более противопожарных слоев.
Дополнительные аспекты изобретения
Согласно шестому аспекту, настоящее изобретение предлагает противопожарную композицию, включающую:
- пористый диоксид кремния, диспергированный в полиуретан/полимочевинной полимерной матрице, получаемой посредством реакции водного раствора силиката щелочного металла с изоцианатсодержащим форполимером; или
- неорганическую керамообразующую композицию и полые микросферы диоксида кремния, диспергированные в полиуретановой полимерной матрице или полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице.
Предпочтительные количества разнообразных противопожарных материалов в противопожарной композиции определяются следующим образом:
от 2 до 9 масс. % пористого диоксида кремния;
от 20 до 60 масс. % керамообразующей композиции;
от 5 до 15 масс. % полых микросфер диоксида кремния.
Согласно седьмому аспекту, настоящее изобретение предлагает реагент для изготовления противопожарной композиции, включающий:
- дисперсию пористого диоксида кремния в водном растворе силиката щелочного металла в качестве реагента, подходящего для реакции с изоцианатсодержащим форполимером реагентом, в которой образуется полиуретан/полимочевинный полимер; или
- дисперсию неорганической керамообразующей композиции и полых микросфер диоксида кремния в полиоле, подходящем для реакции с изоцианатсодержащим реагентом, в которой образуется полиуретан или полиуретан/полиизоцианурат.
Предпочтительные количества разнообразных противопожарных материалов в реагенте определяются следующим образом:
от 3 до 10 масс. % пористого диоксида кремния;
от 40 до 80 масс. % керамообразующей композиции;
от 10 до 20 масс. % полых микросфер диоксида кремния.
Отличительные особенности, описанные в связи с каким-либо аспектом настоящего изобретения, можно использовать в сочетании с любым другим аспектом настоящего изобретения.
Чертежи
Фиг. 1 представляет перспективное изображение панели согласно первому предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Слои, из которых могут присутствовать не все, образуют следующий порядок: металлическая облицовка A; противопожарный слой (1) B; противопожарный слой (2) C; изоляционный пеноматериал D; металлическая облицовка A.
Фиг. 2 представляет способ изготовления панели на фиг. 1. Фиг. 2(a) представляет поперечное сечение литейной формы. Фиг. 2(b) представляет вид сверху литейной формы на фиг. 2(a). Фиг. 2(c) представляет панель, изготовленную с использованием литейной формы на фиг. 2(a) и 2(b).
Фиг. 3 представляет способ исследования противопожарных свойств панели на фиг. 1. Фиг. 3 (a) представляет перспективное изображение устройства и панели. Фиг. 3(b) представляет зажимы, используемые в устройстве на фиг. 3(a). Фиг. 3(c) представляет вид сбоку устройства и панель на фиг. 3(a) в процессе исследования.
Фиг. 4 представляет вид сбоку панели, включающей соединительную область, согласно второму предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения. Компоненты, из которых могут присутствовать не все, представляют собой следующие: металлическая облицовка A; стандартное уплотнение E; противопожарный слой B; изоляционный пеноматериал D.
Фиг. 5 представляет вид сбоку конструкции, которую составляет панель на фиг. 4, установленная на прилегающую панель.
Примеры
Далее настоящее изобретение будет дополнительно описано по отношению к следующим неограничительным примерам.
Материалы
Внутренний слой полиуретан/полизоциануратного пеноматериала
Двухкомпонентная система, содержащая (A) полиол, включающий пенообразующее вещество и катализатор, и (B) полимерный изоцианат PMDI, используется для внутреннего слоя пеноматериала. Полиол Voratherm® CN 604 (A) реагирует с содержащим большое число функциональных групп PMDI (B) при индексе 2,85. Voratherm® CN 604 представляет собой товарный продукт от Dow Chemical Company.
Адгезионный полиуретан/полиизоциануратный слой
Двухкомпонентная система, содержащая (A) полиол с добавкой катализатора и (B) полимерный изоцианат PMDI, используется для противопожарного слоя (слоев). Полиол Voramer® MB 3171 (A) реагирует с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI (B) при индексе 2,00. Voramer® MB 3171 представляет собой товарный продукт от Dow Chemical Company.
Двухкомпонентная система, содержащая (A) полиол и (B) полимерный изоцианат, PMDI используется для противопожарного слоя (слоев). Полиол Voranol® CP 450 (A) реагирует с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI (B) при индексе 1,00. Voranol® CP 450 представляет собой товарный продукт от Dow Chemical Company.
Адгезионный полиуретан/полимочевинный слой
Полиуретан/полимочевина адгезионное покрытие получают посредством реакции (A) водного раствора силиката натрия, обычно называемого термином «растворимое стекло», и (B) модифицированного изоцианатом полиуретана (форполимер). В качестве части (A) использовали водный раствор 37 масс. % силиката натрия от компании Sigma-Aldrich Inc. используют; в качестве части (B) использовали форполимер Hypol® JM 5002 (Hypol® JM 5002 представляет собой товарный продукт от Dow Chemical Company).
Наполнитель: керамообразующая композиция
Смесь неорганических минералов, которые известны спеканием при высокой температуре (товарное наименование Ceram Polymerik FM3H®), приобретена от компании Ceram Polymerik Ltd. Материал в форме белого тонкого порошка используют в полученном виде без какой-либо дополнительной очистки. Считается, что она содержит ATH/тальк/APP.
Наполнитель: каолиновый порошок
Каолин (безводный силикат алюминия Al2Si2O5(OH)4) в форме порошка (средний размер частиц 3,8 мкм) под товарным наименованием READE® приобретен у компании Advanced Materials. Данный материал используют без какой-либо дополнительной очистки.
Наполнитель: портландцемент
Портландцемент (товарное наименование Laterlite® Leca CS 1600) приобретен от компании Laterlite S.p.A. (Милан) и используется без какой-либо дополнительной очистки.
Наполнитель: порошкообразный аэрогель диоксида кремния
Порошкообразный аэрогель диоксида кремния (товарное наименование Cabot Nanogel® TLD102) приобретен от компании Cabot Corporation и используется без какой-либо дополнительной очистки. Используемый сорт содержит гранулы относительно большого размера (вплоть до 1,2 мм в диаметре) и имеет среднюю плотность от 80 до 90 кг/м3.
Наполнитель: стеклянные микросферы
Полые стеклянные микросферы приобретены от компании 3M. Данные микросферы имеются в продаже под товарным наименованием 3M Glass Bubbles S35™; их плотность составляет 350 кг/м3.
Наполнитель: вспениваемый графит
Вспениваемый графит приобретен от компании Nordmann Rassmann. Данный продукт имеется в продаже под товарным наименованием Nord-min® KP 251. Он имеет средний размер частиц, составляющий 250 мкм.
Наполнитель: стеклянные волокна
Рубленые стеклянные волокна (длина 25 мм и диаметр 12 мкм) приобретены от компании Hainan Fuwang Industrial Co. Ltd (Китай).
Покрытие: покрытие из аэрогеля диоксида кремния
Товарное покрытие из аэрогеля диоксида кремния (товарное наименование Cabot Thermal Wrap®, толщина 6 мм) приобретено от компании Cabot Corporation и используется без какой-либо обработки. Данное покрытие состоит из гранул Nanogel® в нетканых волокнах из полиэтилена и сложного полиэфира.
Покрытие: минераловатное покрытие
Товарное минераловатное покрытие (товарное наименование Rockwool® 234, толщина 20 мм) приобретено от компании Rockwool Italia S.p.A., используется без какой-либо обработки.
Процедуры
Подготовка литейной формы
Конфигурация литейной формы представлена на фиг. 2(a) и 2 (b).
В алюминиевую литейную форму 10 (30×30×10 см), у которой стенки термостатически выдерживаются при температуре 50°C, стальную пластину 12, имеющую размеры 20×20 см и толщину 0,4 мм, в качестве нижнего стального основания устанавливают в центральном положении на расстоянии, составляющем приблизительно 5 см от стенок литейной формы. Четыре алюминиевые распорки 14 (20×10×10 см) помещают поверх стальной пластины 12, причем все они находятся вдоль краев литейной формы; в литейной форме 10 остается центральное отверстие (10×10×10 см).
Четыре полоски имеющейся в продаже клейкой ленты 18 прикрепляют параллельно стальной пластине 12 под углом 45° к краям алюминиевой литейной формы 10 на верхних углах центрального отверстия 16. Вторую стальную пластину 20, имеющую размеры 20×20 см и толщину 0,4 мм, в качестве верхнего стального основания устанавливают на покрытые лентой углы, закрывая литейную форму 10.
Через 1 час температуру распорок 14 измеряют с помощью термопары; затем литейную форму 10 снова закрывают до тех пор, пока температура не достигает 50°C. Когда достигается эта температура, литейную форму 10 открывают, и верхнюю стальную облицовку 20 временно снимают для литья пеноматериала.
Изготовление малогабаритных панелей
Фиг. 1 представляет малогабаритную панель согласно примерам. Фиг. 2 кратко представляет процесс изготовления.
Противопожарный слой (слои) и внутренний слой пеноматериала изготавливают в литейной форме. Чтобы изготовить первый противопожарный слой B (сохраняющий целостность конструкции слой или комбинированный сохраняющий целостность конструкции и теплоизоляционный слой), композицию полиола или растворимого стекла получают, смешивая компоненты вручную; после добавления изоцианата, 40 г реакционной смеси быстро выливают в центральное отверстие 16 литейной формы 10 поверх нижней стальной облицовки 12/A.
Если второй противопожарный слой C (теплоизоляционный слой) требуется изготавливать из жидкой реакционной смеси, его изготавливают таким же способом. Выливают 40 г реакционной смеси поверх первого противопожарного слоя B в центральное отверстие 16 литейной формы 10 не более чем через 20 с после литья первого противопожарного слоя. В качестве альтернативы, если покрытие (покрытие аэрогеля диоксида кремния или минераловатное покрытие) используют в качестве второго противопожарного слоя, его медленно помещают поверх первого противопожарного слоя не более чем 20 с после литья.
Полиуретан/полиизоциануратный слой пеноматериала D изготавливают, смешивая компоненты вручную и выливая реакционную смесь поверх противопожарного слоя (слоев). Если наносят верхний противопожарный слой, это следует осуществлять в течение 20 с после литья.
После литья композиции пеноматериала быстро устанавливают верхнюю стальную облицовку 20/A, и литейную форму 10 закрывают, прежде чем полиуретан/полиизоциануратный пеноматериал достигает верхней стальной облицовки 20/A.
После проведения реакции в течение 10 минут литейную форму 10 открывают, и малогабаритную панель 22 извлекают из литейной формы (фиг. 2(c)).
Изготовление малогабаритных панельных конструкций
Малогабаритные панельные конструкции с соединительными областями (пример 4, фиг. 4 и 5) изготавливают, используя имеющиеся в продаже панели с наполнителем PW 1000 от компании Painel 2000 (Португалия). Полоски размерами 10 см (перпендикулярно краю) × 20 см (вдоль края) выбирают из краевых частей каждой из двух многослойных панелей. Одна многослойная панель имеет выступающую краевую часть 42, а другая многослойная панель имеет охватывающую краевую часть 44. Охватывающая краевая часть 44 имеет уплотнение E из полиуретан/полиизоциануратного пеноматериала.
Противопожарный материал B изготавливают, смешивая вручную компоненты в чаше и выливая жидкую реакционную смесь на охватывающую краевую часть 44 одной полоски панели. Вторую полоску панели затем немедленно устанавливают в заданное положение, используя преимущество адгезионных свойств противопожарного материала B.
Таким образом, получается панельная конструкция 46 площадью 20×20 см (фиг. 5). Два винта-самореза 48 используют на концах соединительной области 50, чтобы удерживать панельную конструкцию 46 на месте. Винты 48 проходят через панель и выходят на противоположной стороне.
Характеристика противопожарных свойств малогабаритных панелей и малогабаритных панельных конструкций
Данный процесс кратко представлен на фиг. 3.
Малогабаритная панель 22 установлена на стальную рамку 24 (фиг. 3(a)). Рамка 24 имеет форму квадратной платформы 26 с размерами 20 см × 20 см, которая имеет центральное отверстие 28 с размерами 10 см × 10 см, и в каждом углу ее поддерживает опора 30 высотой 20 см. Панель 22 прижимают, используя по меньшей мере четыре металлических зажима 34 (фиг. 3(b)), к стальной рамке (в точках «X»), таким образом, что панель 22 совмещается с отверстием 28 в платформе 26. Бунзеновская (Bunsen) горелка 36 установлена под центром нижней стальной облицовки 12 (фиг. 3(c)). Первая игольчатая термопара 38 расположена в центре панели 22 (т.е. на расстоянии 5 см от каждой облицовки). Вторая игольчатая термопара 40 находится в контакте с центром нижней стальной облицовки 12 и используется для подтверждения того, что одинаковая температура достигается во всех экспериментах. Изменение температуры с течением времени наблюдают после появления пламени.
Повреждение измеряют в конце исследования как высоту повреждения. Исследование малогабаритных панелей используют для получения показательных результатов.
Аналогичное исследование малогабаритных панелей используют для проверки противопожарных материалов в соединительных областях между панелями (пример 4).
Изготовление среднегабаритных панелей для исследования противопожарных свойств
Изготавливают покрытые металлом многослойные панели с размерами 60×60×8 см. Противопожарный слой (слои) наносят на металлические облицовки, используя пенообразующее устройство низкого давления в сочетании с устройством, имеющим воздушную распылительную головку. Металлические облицовки затем помещают в литейную форму. Полиизоциануратную реакционную смесь впрыскивают в нагретую литейную форму, используя пенообразующее устройство высокого давления.
Характеристика противопожарных свойств в исследовании среднегабаритных панелей
Многослойные панели с размерами 60×60 см исследуют с использованием печи, способной обеспечивать изменение температуры с течением времени в соответствии со стандартом EN 1363-1. Температуру на холодной стороне многослойного материала измеряют с течением времени в центральной точке поверхности. Результаты исследования среднегабаритных панелей являются более надежными по сравнению с исследованиями малогабаритных панелей.
Примеры
Пример 1. Сохраняющий целостность конструкции слой
Пример 1-1: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного керамообразующей композицией Ceram Polymerik FM3H® (50 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Сравнительный пример 1-2: панель с наполнителем, представленная на фиг. 1. Слой D представляет собой полиуретан/полиизоциануратный пеноматериал Voratherm® CN 604, противопожарные слои B и C не присутствуют.
Сравнительный пример 1-3: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171 с изоцианатом PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Сравнительный пример 1-4: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного каолином (31 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Сравнительный пример 1-5: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного портландцементом (31 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Сравнительный пример 1-6: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полимочевинный адгезионный слой, полученный посредством реакции изоцианатного форполимера (Hypol® JM 5002) с растворимым стеклом (водный раствор 37,1 масс. % силиката натрия). Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 1-7: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного рублеными стеклянными волокнами длиной 25 мм (10 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 2. Теплоизоляционный слой
Пример 2-1: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного полыми микросферами диоксида кремния 3M S35 (18 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом), с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 2-2: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола, содержащего аэрогель диоксида кремния и изоцианат. В качестве полиола используют Voramer® MB 3171, наполненный микрометровыми частицами Cabot Nanogel®. Содержание аэрогеля диоксида кремния по отношению к диспергированной композиции (слой B в целом) составляет 4,3 масс. %. В качестве изоцианата используют содержащий 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 2-3: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола, содержащего аэрогель диоксида кремния и изоцианат. В качестве полиола используют Voranol® CP 450, наполненный микрометровыми частицами Cabot Nanogel®. Содержание аэрогеля диоксида кремния по отношению к диспергированной композиции (слой B в целом) составляет 3,8 масс. %. В качестве изоцианата используют содержащий 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 2-4: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171 с изоцианатом PMDI. Слой C представляет собой покрытие с размерами 100×100×6 мм на основе аэрогеля диоксида кремния Thermal Wrap®. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 2-5: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного керамообразующей композицией Ceram Polymerik FM3H® (50 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C представляет собой покрытие с размерами 100×100×6 мм на основе аэрогеля диоксида кремния Thermal Wrap®. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 2-6: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного вспениваемым графитом (10 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Сравнительный пример 2-7: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171 с изоцианатом PMDI. Слой C представляет собой минераловатное покрытие с размерами 100×100×20 мм из материала Rockwool® 234. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 3. Комбинированный сохраняющий целостность конструкции слой и теплоизоляционный слой
Пример 3-1: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного керамообразующей композицией Ceram Polymerik FM3H® (40 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) в сочетании с полыми микросферами диоксида кремния (11 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом) с содержащим малое число функциональных групп PMDI. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 3-2: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полимочевинный полимерный слой, полученный посредством реакции изоцианатного форполимера (Hypol® JM 5002) с растворимым стеклом (водный раствор 37,1 масс. % силиката натрия), в котором диспергированы микрометровые частицы аэрогеля диоксида кремния Cabot Nanogel® и поверхностно-активное вещество, имеющееся в продаже под наименованием Pluronic P105. Содержание аэрогеля диоксида кремния по отношению к диспергированной композиции (слой B в целом) составляет 4 масс. %, в то время как содержание поверхностно-активного вещества составляет 1,6 масс. %. Слой C не присутствует. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Пример 3-3: многослойная панель с наполнителем, представленная на фиг. 1, где слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного полыми стеклянными микросферами 3M S35™ (18 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом), с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Слой C представляет собой покрытие с размерами 100×100×6 мм на основе аэрогеля диоксида кремния Thermal Wrap®. Слой D представляет собой пеноматериал на основе Voratherm® CN 604.
Составы исследованных панелей представлены в таблице 1 (пример 1) и в таблице 2 (примеры 2 и 3)
| Таблица 1 | |||||||
| Пример 1-1 | Сравни-тельный пример 1-2 | Сравни-тельный пример 1-3 | Сравни-тельный пример 1-4 | Сравни-тельный пример 1-5 | Сравни-тельный пример 1-6 | Пример 1-7 | |
| Состав полиизоциануратного пеноматериала (масс. ч.) | |||||||
| Полиол Voratherm® CN 604 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Катализатор Voracor® CM 611 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Изоцианат PMDI Voranate® M 600 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 |
| Н-пентан | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| Состав противопожарного материала (масс. ч.) | |||||||
| Полиол Voramer® MB 3171 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Керамообразующая композиция Ceram Polymerik® FM3H | 223 | ||||||
| Каолин | 100 | ||||||
| Портландцемент | 100 | ||||||
| Рубленые стеклянные волокна | 25 | ||||||
| Растворимое стекло | 100 | ||||||
| Изоцианат Hypol® JM 5002 | 47 | ||||||
| Изоцианат PMDI Voranate® M 220 | 123 | 123 | 123 | 123 | 123 | ||
| Содержание добавки в реагенте (масс. %) | 69 | 50 | 50 | ||||
| Содержание добавки в составе противопожарного материала (масс. %) | 50 | 31 | 31 |
| Таблица 2 | ||||||||||
| Пример 2-1 | Пример 2-2 | Пример 2-3 | Пример 2-4 | Пример 2-5 | Пример 2-6 | Сравни-тельный пример 2-7 | Пример 3-1 | Пример 3-2 | Пример 3-3 | |
| Состав полиизо-циануратного пеноматериала (масс. ч.) | ||||||||||
| Полиол Voratherm® CN 604 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Катализатор Voracor® CM 611 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Изоцианат PMDI Voranate® M 600 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 | 171 |
| Н-пентан | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 | 12 |
| Состав противо-пожарного материала (масс. ч.) | ||||||||||
| Полиол Voramer® MB 3171 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Полиол Voranol® CP 450 | 100 | |||||||||
| Керамообразующая композиция Ceram Polymerik® FM3H | 223 | 180 | ||||||||
| Полые микросферы диоксида кремния 3M | 50 | 50 | 50 | |||||||
| Микрометровые частицы Cabot Nanogel® | 10 | 10 | 6,25 | |||||||
| Вспениваемый графит | 25 | |||||||||
| Поверхностно-активное вещество Pluronic P105 | 2,5 | |||||||||
| Растворимое стекло | 100 | |||||||||
| Изоцианат Hypol® JM 5002 | 47 | |||||||||
| Изоцианат PMDI Voranate® M 220 | 123 | 123 | 150 | 123 | 123 | 123 | 123 | 123 | 123 |
| Покрытие на основе аэрогеля диоксида кремния Thermal Wrap® | Да | Да | Да | |||||||
| Минераловатное покрытие | Да | |||||||||
| Содержание добавки в реагенте (масс. %) | 33 | 9 | 9 | 69 | 20 | 54,5 масс. % керамообразующей композиции + 15,1 масс. % полых микросфер диоксида кремния | 5,7 | 33 | ||
| Содержание добавки в составе противопожарного материала (масс. %) | 18 | 4,3 | 3,8 | 50 | 10 | 40 масс. % керамообразующей композиции + 11 масс. % полых микросфер диоксида кремния | 4 | 18 |
Результаты примеров 1-3 и обсуждение
Значения температуры внутри образцов после 15 и 30 минут горения в исследовании противопожарных малогабаритных панелей и высоты внутреннего повреждения после резки пеноматериала представлены в таблице 3 (пример 1) и в таблице 4 (примеры 2 и 3).
Внутренняя температура представляет собой показатель теплоизоляционных свойств. Высота повреждения представляет собой показатель свойств сохранения целостности конструкции. В случае каждого из этих параметров желательными являются низкие значения.
Исследование горения малогабаритных панелей предусматривает более тяжелые условия, потому что измерительная термопара находится всего в 5 см от источника пламени. Таким образом, продолжительность противопожарного действия не составляет более чем 30 минут.
| Таблица 3 | |||
| Образец | Температура через 15 минут (°C) | Температура через 30 минут (°C) | Высота повреждения (мм) |
| Пример 1-1 | 73 | 214 | 62 |
| Сравнительный пример 1-2 | 129 | 200 | 62 |
| Сравнительный пример 1-3 | 108 | 210 | 63 |
| Сравнительный пример 1-4 | 97 | 219 | 66 |
| Сравнительный пример 1-5 | 92 | 236 | 65 |
| Сравнительный пример 1-6 | 77 | 191 | 64 |
| Пример 1-7 | 69 | 206 | Нет измерений |
| Таблица 4 | |||
| Образец | Температура через 15 минут (°C) | Температура через 30 минут (°C) | Высота повреждения (мм) |
| Пример 2-1 | 68 | 204 | 61 |
| Пример 2-2 | 95 | 209 | 64 |
| Пример 2-3 | 117 | 216 | 68 |
| Пример 2-4 | 69 | 233 | 64 |
| Пример 2-5 | 49 | 156 | 60 |
| Сравнительный пример 2-7 | 107 | 245 | 70 |
| Пример 3-1 | 46 | 186 | 61 |
| Пример 3-2 | 49 | 140 | 55 |
| Пример 3-3 | 55 | 160 | 56 |
Значения температуры на холодной стороне многослойного материала среднегабаритных панелей, подвергнутых исследованию противопожарных свойств, через 15, 30 и 40 минут, представлены в таблице 5 (пример 1-1, сравнительный пример 1-2, примеры 2-1 и 2-2).
| Таблица 5 | |||
| Образец | Температура через 15 минут (°C) | Температура через 30 минут (°C) | Температура через 40 минут (°C) |
| Пример 1-1 | 30 | 78 | 144 |
| Сравнительный пример 1-2 | 42 | 108 | 198 |
| Пример 2-1 | 41 | 60 | 103 |
| Пример 2-2 | 36 | 62 | 99 |
| Пример 2-6 | 45 | 66 | 103 |
Из таблиц 3 и 4 можно видеть, что, когда одновременно присутствуют сохраняющие целостность конструкции и теплоизоляционные материалы (комбинированные или отдельные) (примеры 2-1, 2-5 и 3), достигаются очень хорошие результаты в исследовании противопожарных свойств малогабаритных панелей. Температура через 15 минут составляет от 46 до 69°C. Высота повреждения (в случае ее измерения) составляет от 55 до 61 мм. Эти значения отличаются от температуры через 15 минут на уровне 108°C и высота повреждения на уровне 63 мм для контрольного немодифицированного дополнительного полиуретан/полиизоциануратного слоя (APL) в сравнительном примере 1-3.
Кроме того, из таблицы 3 можно видеть, что противопожарная панель, включающая дисперсию керамообразующей композиции в полиуретан/полиизоциануратном материале, сохраняющем целостность конструкции, показывает минимальную высоту повреждения (62 мм) и меньшую температуру через 15 минут (73°C), чем противопожарные панели с использованием каолина или портландцемента (пример 1-1 и сравнительные примеры 1-4 и 1-5). Низкая температура через 15 минут (69°C) была также достигнута с использованием противопожарной панели, включающей дисперсию рубленых стеклянных волокон в полиуретан/полиизоциануратном материале в качестве сохраняющего целостность конструкции материала. Каолин и портландцемент используют в качестве наполнителей согласно WO 2006010697.
Из таблицы 4 можно также видеть, что использование покрытия на основе аэрогеля диоксида кремния обеспечивает снижение высоты повреждения (64 мм) и снижение температуры через 15 минут (69°C) по сравнению с использованием минераловатного покрытия (пример 2-4 и сравнительный пример 2-7).
Из таблицы 5 можно видеть, что полые микросферы диоксида кремния (пример 2-1), аэрогель (пример 2-2) и дисперсия вспениваемого графита в полиуретан/полиизоциануратном материале (пример 2-6) обеспечивает хорошие результаты в исследовании противопожарных свойств среднегабаритных панелей. Результаты через 15 минут в исследовании противопожарных свойств среднегабаритных панелей являются менее значительными, чем результаты через 30 и 40 минут. В примере 2-1 противопожарные свойства обеспечивали сохранение изоляции в течение приблизительно 20 минут, показывая эффективность I=55 (исследования согласно стандарту EN описаны выше). Наблюдения обгоревших панелей показали плотный связный угольный слой на стороне, на которую воздействовал огонь, а также уменьшение глубины трещин в нижележащем полиизоциануратном пеноматериале.
Пример 4. Защита соединений
Сравнительный пример 4-1: панель с соединительной областью, представленная на фиг. 5, в которой присутствует стандартное уплотнение E с открытыми ячейками, и отсутствует противопожарный слой B.
Пример 4-2: панель с соединительной областью, представленная на фиг. 5, где противопожарный слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного полыми микросферами диоксида кремния 3M S35 (20 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом), с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Противопожарный слой B наносят на стандартное уплотнение E.
Пример 4-3: панель c соединительной областью, представленная на фиг. 5, где противопожарный слой B представляет собой полиуретан/полиизоциануратный адгезионный слой, полученный посредством реакции полиола Voramer® MB 3171, наполненного керамообразующей композицией Ceram Polymerik FM3H® (50 масс. % всей композиции, т.е. слоя B в целом), с содержащим 2,7 функциональных групп PMDI. Противопожарный слой B наносят непосредственно на изоляционный пеноматериал панели. Уплотнение E не присутствует.
Панели подвергали модифицированному варианту исследования противопожарных свойств малогабаритных панелей, которое описано выше.
Результаты примера 4 представлены в таблице 6.
| Таблица 6 | |||
| Образец | Температура через 15 минут (°C) | Температура через 30 минут (°C) | Температура через 40 минут (°C) |
| Сравнительный пример 4-1 | 369 | 437 | 447 |
| Пример 4-2 | 255 | 382 | 407 |
| Пример 4-3 | 186 | 403 | 420 |
Из таблицы 6 можно видеть, что если противопожарный слой включен в соединительную область (примеры 4-2 и 4-3), в исследовании противопожарных свойств достигаются хорошие результаты по сравнению с результатами, полученными, когда противопожарный слой не включен в соединительную область (сравнительный пример 4-1).
Предлагаемые дополнительные примеры
Пример 4-2: панель с соединительной областью, представленная на фиг. 5, где противопожарный слой B представляет собой полиуретан/полимочевинный полимерный слой, полученный посредством реакции изоцианатного форполимера (Hypol® J 5002) с растворимым стеклом (водный раствор 37,1 масс. % силиката натрия), в котором диспергированы микрометровые частицы аэрогель диоксида кремния Cabot Nanogel® и поверхностно-активного вещества, имеющегося в продаже под наименованием Pluronic P105. Содержание аэрогеля диоксида кремния по отношению к диспергированной композиции (слой B в целом) составляет 4 масс. %, в то время как содержание поверхностно-активного вещества составляет 1,6 масс. %. Противопожарный слой B наносят на стандартное уплотнение E.
Пример 4-3: панель с соединительной областью, представленная на фиг. 5, где противопожарный слой B представляет собой композицию, используемую в примере 4-2, но она нанесена непосредственно на изоляционный пеноматериал панели. Уплотнение E не присутствует.
Пример 4-5: панель с соединительной областью, представленная на фиг. 5, где противопожарный слой B представляет собой композицию, используемую в примере 4-4, но она нанесена непосредственно на изоляционный пеноматериал панели. Уплотнение E не присутствует.
В панелях согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения используется многослойная многофункциональная концепция, в которой сочетаются сохранение целостности конструкции и теплоизоляционные свойства. Достигаются очень хорошие противопожарные свойства. Эти результаты можно также применять к защите соединений.
Кроме того, панели согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения легко изготавливать. Это представляет собой улучшение по сравнению с WO2006010697, где химические реагенты растворимого стекла трудно использовать в процессе непрерывного производства вследствие недостаточной адгезии между слоем на основе растворимого стекла и металлическим слоем. Использование полиуретан/полиизоциануратного материала в противопожарных панелях согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения обеспечивает хорошую адгезию к металлическому основанию и к полиизоциануратному внутреннему слою пеноматериала.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на проиллюстрированные предпочтительные варианты осуществления и примеры, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что возможны разнообразные модификации в пределах объема формулы изобретения.
1. Панель (22), содержащая:
- металлическую облицовку (12, A);
- изоляционный слой (D) пеноматериала; и
- по меньшей мере один противопожарный слой (B, C) между металлической облицовкой (12, A) и изоляционным слоем (D) пеноматериала, причем противопожарный слой (слои) (B, C) содержит дисперсию вспениваемого графита в полиуретан/полиизоциануратной полимерной матрице, у которой изоцианатный индекс составляет 1,8 или более.
2. Панель (22) по п.1, в которой противопожарный слой (B, C) является непрерывным и непрерывно присоединяется к металлической облицовке (12, A) и к изоляционному слою (D) пеноматериала.
3. Панель (22) по п.1 или 2, в которой толщина противопожарного слоя (B, C) составляет от 2 до 20 мм.
4. Способ изготовления панели (22) по любому из предшествующих пунктов, включающий следующие стадии:
- обеспечение первой металлической облицовки (12, A) с по меньшей мере одним противопожарным слоем (B, C);
- нанесение изоляционного слоя (D) пеноматериала в виде жидкой реакционной смеси на противопожарный слой (слои) (B, C); и
- нанесение второй металлической облицовки (20, A) на изоляционный слой (D) пеноматериала.
5. Способ по п.4, в котором по меньшей мере один противопожарный слой (B, C): (a) наносят в виде жидкой реакционной смеси, или (b) наносят в твердой форме.
6. Способ по п.5, в котором жидкая реакционная смесь, используемая для формирования противопожарного слоя (B, C), содержит дисперсию вспениваемого графита в реакционной смеси на изоцианатной основе изоцианата.
