ОГНЕЗАЩИТНАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
FIRE-RETARDANT POLYMER COMPOSITION

Изобретение относится к производству материалов, используемых для защиты объектов от огня, а более конкретно к полимерной композиции для огнезащитной вспенивающейся разделительной прокладки.
Они могут быть использованы при изготовлении защитных муфт при прокладке кабелей, электрических проводов, полимерных трубопроводов воды и сантехники. При прохождении огня через муфту полимерная композиция расширяется, вспененный материал перекрывает проходное отверстие, препятствуя тем самым проникновению огня на следующий этаж.
В соответствии с заявкой US 2009036561 предлагается огнезащитная композиция для покрытий, заполнителей, герметиков на основе полимеров, отверждаемых изоцианатами в присутствии алифатического полиэфира гликоля, содержащая полифосфат аммония, расширяющийся графит и тригидрат алюминия.
Защитные покрытия (RU 2186813) от пожара строительных конструкций, кабельной продукции и подвижных объектов содержат хлорсульфированный полиэтилен, толуол, терморасширяющийся графит, окись цинка, окись магния, стеариновую кислоту, дифенилгуанидин, фосфаты аммония и алюминиевую пасту.
Огнестойкая резиновая композиция для покрытия строительных материалов по заявке JP 10195251 содержит фосфорный компаунд, термически расширяющийся графит и углеводородный компаунд. Композицию получают добавлением 50-900 частей фосфорного компаунда, графита и углеводородного компаунда, содержащего гидроксильные группы в молекуле, на 100 частей каучуковой основы.
Огнестойкая окрасочная композиция по заявке СА 058455 предназначена для окраски строительных материалов, чувствительных к огню (дерево и металл). Она содержит расширяющийся от 10 до 40 раз графит в количестве 100 частей.
Полихлоропреновый каучук и/или хлорированный полиолефин, а также термопластичная фенольная смола берутся в пропорции от 10 до 50 частей по отношению к графиту. Для защиты стен здания при пожаре предлагается использовать герметик на основе расширяющегося графита (DE 102007019232).
Огнезащитное покрытие (JP 2006249925) обеспечивает снижение горючести за счет композиции из невулканизированного каучука, содержащего соединение фосфора, интеркалированный графит и неорганический наполнитель, который содержит карбонат магния или кальция. Содержание фосфора и терморасширяющегося графита находится в диапазоне от 20 до 200 весовых частей и неорганического наполнителя в диапазоне от 50 до 500 весовых частей относительно 100 весовых частей каучука. Соотношение терморасширяющегося графита к составу фосфора находится в диапазоне от 9:1 до 1:9.
Состав для получения огнезащитных покрытий по патенту RU 2272057 предназначен для повышения огнестойкости, эластичности, водостойкости и адгезии покрытия к различным типам оболочек кабеля. Композиция содержит терморасширяющийся графит 10-30, окись магния 10-20, окись сурьмы 5-10, бораты 5-10, соли фосфорной кислоты 10-35, дисперсии акриловых полимеров в воде 40-80, консервирующие и биоцидные добавки.
В соответствии с патентами JP 9176498, TW 515818 огнестойкие композиции на основе смол с длительным сроком хранения могут быть использованы в качестве преграды огню. Эти вспенивающиеся смоляные композиции готовят смешением неорганического вспенивающегося агента и/или органического вспенивающегося агента и смолы, в качестве смолы могут быть использованы поликарбонаты, полифениленсульфид и полифениленовый эфир. В качестве вспенивающего агента используется интеркалированный (терморасширяющийся) графит.
В качестве прототипа выбрана близкая по составу полимерная композиция для вспенивающегося огнезащитного покрытия, включающая полимерное связующее и вспенивающиеся наполнители (FR, А, 2265838). В качестве полимерного связующего данная композиция содержит пластифицированный полихлоропрен, хлоркаучук, хлорированный полиолефин, а в качестве вспенивающегося наполнителя - "вспучивающийся" графит, причем на его 100 мас.% приходится 10-50 мас.% полимерного связующего. Данная композиция начинает вспениваться при температурах 250°С и предназначена для защиты от действия огня и высоких температур >1000°С. Недостатком данной композиции является то, что при действии пламени с температурой 600-900°С время прогрева изделия из этой композиции до температуры вспенивания значительно, и поэтому при использовании данного материала для защиты кабелей и труб в соответствии с протоколом испытаний оно непригодно.
Цель изобретения - получение полимерной огнезащитной вспенивающейся композиции, чтобы получаемый на ее основе материал характеризовался бы сравнительно низкой температурой начала вспенивания (до 250°С) и обладал достаточной эластичностью, что позволит его применять в огнепреградительных муфтах при прокладке кабелей и полимерных труб сантехнического назначения. Композиция в виде листов и пластин может быть использована при хранении и транспортировке опасных и горючих грузов. Для этого они наклеиваются на внутреннюю поверхность тары для хранения или перевозки.
Задача решается тем, что полимерная композиция для огнезащитного вспенивающегося материала включает полимерное связующее, пластификатор и вспенивающиеся наполнители. Согласно изобретению композиция содержит в качестве полимерного связующего хлоропреновый каучук, пластификатора - хлорпарафин или трикрезилфосфат, или смеси из них. В качестве вспенивающихся наполнителей - интеркалированный графит и аммоний хромовокислый, порофоры: азоизобутиронитрил, техническое название ЧХЗ-57 или диамид азодикарбоновой кислоты (азоформамид), техническое название ЧХЗ-21, или смеси из них при следующих соотношениях, мас.%:
Хлоропреновый каучук
30-60
Пластификатор
5-25
(хлорпарафин, трикрезилфосфат)
Аммоний хромовокислый
5-25
Интеркалированный графит
20-45
Порофор (ЧХЗ-57, ЧХЗ-21)
5-25
4
2
2
7
2
3
2
2
Порофоры ЧХЗ-57 и ЧХЗ-21 являются одними из наиболее часто применяемых порообразователей при производстве пенопластов и пористых резин. Образующийся при термическом разложении газообразный азот обеспечивает создание мелкоячеистой пористой структуры. При нагревании они распадаются с выделением молекулярного азота и небольшого количества аммиака. Оптимальная температура разложения для ЧХЗ-57 составляет 100-120°С, для ЧХЗ-21 150-180°С, которая практически совпадает с температурным интервалом разложения интеркалированного графита (фиг.1). При достижении температуры внутри материала вспененной муфты до 200-250°С начинается интенсивное разложение аммония хромовокислого по реакции (NH)CrO=CrO+N↑+4HO↑ с большим выделением азота, паров воды и объемного инертного наполнителя, которые дополнительно усиливают эффект вспучивания композиции.
Предлагаемую полимерную композицию получают путем смешения аммония хромовокислого, порофора и интеркалированного графита с последующим внесением их при вальцевании массы на основе пластифицированного хлоропренового каучука. Готовая композиция может также перерабатывается методами прессования или экструзии.
Для перекрытия отверстия полимерных труб вспенивающейся каучуковой композиции необходимо, чтобы полимерная труба под действием тепла пожара размягчалась настолько, чтобы усилия сжатия, возникающего при вспенивании резины, было достаточно для сжимания и перекрытия стенок горящей трубы. Поэтому благодаря наличию в композиции хромовокислого аммония с температурой разложения 200-240°С происходит дополнительное расширение частично вспененной полимерной композиции.
Огнезащитные свойства вспенивающейся композиции, получаемые на основе предлагаемой полимерной композиции, оценивались при действии открытого пламени с температурой 600-800°С (таблица) на резиновых пластинах требуемой толщины (1-15 мм) и натурных муфтах (фиг.2). Свойства огнезащитных вспенивающихся композиций по примерам и по прототипу приведены в таблице.
Свойства огнезащитных композиций
Свойство
Пример 1
Пример 2
Пример 3
Пример 4
Пример 5
Прототип
Температура срабатывания муфты, °С
150
180
180
230
240
250
Время срабатывания муфты, мин
2
4
5
6
7
10
Начало срабатывания муфты, с
12
20
15
20
30
60
ПРИМЕРЫ
Пример 1. Готовят композицию вальцеванием смеси 30 г хлоропренового каучука, пластификаторов: 20 г трикрезилфосфата и 5 г хлорпарафина с предварительно измельченной смесью 5 г аммония хромовокислого и 20 г интеркалированного графита, смеси порофоров: 15 г порофора ЧХЗ-57, 5 г порофора ЧХЗ-21, до получения слоя материала толщиной 1,5 мм. Композиция применяется для защиты изделий от огня путем обертывания.
Пример 2. Готовят композицию вальцеванием смеси 35 г хлоропренового каучука, пластификатора - 10 г хлорпарафина с предварительно измельченной смесью 5 г аммония хромовокислого, 45 г интеркалированного графита и 5 г порофора ЧХЗ-57, до получения слоя материала толщиной 5 мм. Композиция применяется для защиты изделий от огни путем обертывания или нанесения на тару при хранении и транспортировке.
Пример 3. Готовят композицию вальцеванием смеси 40 г хлоропренового каучука и пластификатора - 10 г трикрезилфосфата с предварительно измельченной смесью 10 г аммония хромовокислого, 35 г интеркалированного графита и 5 г порофора ЧХЗ-21, до получения слоя материала толщиной 10 мм. Композиция применяется для защиты изделий от огня в муфтах.
Пример 4. Готовят композицию вальцеванием смеси 45 г хлоропренового каучука и пластификатора - 5 г трикрезилфосфата с предварительно измельченной смесью 25 г аммония хромовокислого, 20 г интеркалированного графита и 5 г порофора ЧХЗ-21, до получения слоя материала толщиной 10 мм. Композиция применяется для защиты изделий от огня путем футерования внутренней поверхности тары.
Пример 5. Готовят композицию вальцеванием смеси 60 г хлоропренового каучука и пластификатора - 10 г трикрезилфосфата с предварительно измельченной смесью 5 г аммония хромовокислого, 20 г интеркалированного графита и 5 г порофора ЧХЗ-21, до получения слоя материала толщиной 15 мм. Композиция применяется для защиты изделий от огня путем применения в муфтах большого диаметра (до 200 мм).
Таким образом, предлагаемая полимерная композиция по сравнению с известными составами обладает пониженной температурой начала вспенивания, что дает возможность защитить здания и конструкции при пожаре от воздействия температур 600-1200°С при малой толщине вспенивающейся прокладки (1,0-15 мм). Кроме этого, огнезащитная вспенивающаяся композиция на основе невулканизованной резины обладает значительной эластичностью благодаря введению в ее состав пластификатора - хлорпарафина и/или трикрезилфосфата, что позволяет использовать данные материалы для защиты любых элементов конструкции путем оборачивания или наклеивания на них ленты из данной композиции.
Противопожарные муфты на основе заявляемой композиции прошли испытания в соответствии с требованиями СП 2.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».