СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ГОРЮЧИХ И НЕГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ, МИКРОКАПСУЛИРОВАННЫЙ АГЕНТ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ГОРЮЧИХ И НЕГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ, СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И СПОСОБ СОЗДАНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО ВСПУЧИВАЮЩЕГОСЯ ПОКРЫТИЯ
METHOD FOR PRODUCING FIRE-RETARDANT COATING ON SURFACE OF COMBUSTIBLE AND NON-COMBUSTIBLE MATERIALS, MICROENCAPSULATED AGENTS FOR OBTAINING FIRE-RETARDANT COATING ON SURFACE OF COMBUSTIBLE AND NON-COMBUSTIBLE MATERIALS, METHOD FOR PREPARATION THEREOF AND METHOD TO CREATE FIRE RETARDANT INTUMESCENT COATINGS

Изобретение относится к способу создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов, используемых для обеспечения огнезащиты деревянных и металлических конструкций, кабелей и других изделий.
Известно, что огнезащита обеспечивается путем нанесения на поверхность конструкции (материала) изделия специального состава. При этом на поверхности образуется огнезащитный слой, обладающий свойствами огнезащитного покрытия.
Вспучивающиеся краски и лаковые покрытия являются одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений в области разработки составов для огнезащиты металлических и деревянных конструкций (И.Г. Романенков, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991, с. 207).
Огнезащитное действие таких покрытий (обработок) основано на том, что при определенной температуре, которая, как правило, ниже температуры воспламенения защищаемого материала или критической температуры металлических конструкций, происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, приводящих к образованию вспененных теплоизолирующих слоев (кокса, твердеющего плава) и(или) выделению флегматизирующих и ингибирующих процесс горения продуктов. В результате чего при воздействии источников пламени и тепла предотвращается воспламенение, снижается интенсивность распространения пламени, увеличивается предел огнестойкости конструкций.
Для снижения горючести и пожаростойкости материалов и конструкций широко используют огнезащитные краски. Наиболее эффективными и перспективными из них являются органические покрытия вспучивающегося (интумесцентного) типа. Интумесцентная технология защиты изделий от воздействия пламени появилась сравнительно недавно и заключается в комбинации коксообразования и вспучивания лакокрасочного защитного покрытия под воздействием высоких температур. Образующийся вспененный ячеистый коксовый слой предохраняет окрашенную поверхность от воздействия теплового потока или пламени.
Огнезащитные вспучивающиеся краски представляют собой достаточно сложные многокомпонентные системы, поскольку в их состав, наряду с традиционными компонентами обычных красок, входят интумесцентные системы, включающие три основных компонента: катализатор коксообразования, коксообразующий и вспенивающий агенты (Vandersall H.L. Firea Flam. 1971. V. 2 April. P. 97-140). В качестве катализатора обычно используют фосфорсодержащие соединения и чаще всего аммоний полифосфат (АПФ). В качестве сырья для образования углеродного каркаса вспененного слоя, как правило, используют полиспирты, а в качестве порофоров - органические амины или амиды, выделяющие при повышенных температурах негорючие газы - углекислый, азот, аммиак, вспенивающие системы. Наиболее популярными из полиспиртов в таких составах является пентаэритрит, а из аминов - меламин.
Известно техническое решение, представляющее собой способ нанесения вспучивающихся составов на поверхность стальных конструкций (И.Г. Романенков, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991, с. 242).
Сущность этого способа заключаются в том, что работы по нанесению вспучивающихся составов на поверхность стальных конструкций включают следующие технологические операции: подготовку поверхности, приготовление рабочего состава покрытия, нанесение покрытия.
Наиболее существенным недостатком этого способа является то, что со временем, учитывая степень влияния окружающей среды и других отрицательных факторов, отмеченные ранее защитные покрытия (обработки) теряют свои огнезащитные свойства, то есть подвержены «старению». Предусмотреть это явление в полной мере невозможно, так как потеря огнезащитных свойств может проходить без видимых проявлений (внешний вид покрытия практически не изменяется).
Для подтверждения сохранения огнезащитной эффективности при эксплуатации или ее утраты в настоящее время известны способы контроля эффективности (качества) огнезащитных покрытий, которые связаны с непосредственным механическим отбором образцов этих покрытий с объекта защиты или образцов материала с огнезащитной обработкой с последующим испытанием этих образцов на специальном переносном оборудовании (например, Способы и средства огнезащиты древесины. Руководство. М.: ВНИИПО, 1999, с. 34-38; Идентификация твердых веществ, материалов и средств огнезащиты при испытаниях на пожарную опасность, Инструкция. М.: ВНИИПО, 2004, с. 33).
Эти способы имеют существенный недостаток в том, что при механическом отборе образцов нарушается целостность огнезащитного покрытия, изделия, материала. В ряде случаев это может быть нежелательным, а в других случаях и просто неприемлемым. Для проведения испытания иногда требуются не менее шести образцов сравнительно больших размеров (200×50 см), что, в свою очередь, может привести к выходу из строя самого изделия.
Кроме того, эти методы контроля огнезащитных покрытий за счет отбора микрообразцов (30-50 мг) с последующей их «идентификацией» (Идентификация твердых веществ, материалов и средств огнезащиты при испытаниях на пожарную опасность. Инструкция. М.: ВНИИПО, 2004, с. 33) с использованием методов термогравометрии не объективны, так как рассчитаны на подтверждение некоторых исходных «идентификационных» параметров отобранной пробы путем сравнения. В качестве таких параметров, например, выступают температуры, при которых достигается фиксированная потеря массы образца огнезащитного покрытия в условиях испытания. Но значения этих параметров не связаны напрямую с огнезащитным эффектом покрытия, а предельные отклонения их не установлены.
Учитывая сложную и зачастую неоднородную структуру огнезащитных покрытий, установить строгую корреляцию между огнезащитной эффективностью и значением таких параметров невозможно.
Кроме того, снятые микрообразцы огнезащитного покрытия не могут характеризовать состояния покрытия в целом, так как его свойства во многом зависят от макроструктуры огнезащитного слоя и взаимного влияния огнезащитных слоев, подложки, макро- и микродефектов, диффузии и адгезионного взаимодействия (И.Г. Романенко, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991, с. 207-216).
Известен способ получения теплоизоляционного и огнестойкого многослойного комбинированного полимерного покрытия (Патент RU, №2352601 С2, D09 5/18, 20.04.2009 (D2), с. 5 описания, строки 2-7, 11-22, с. 9, строки 36-39, с. 10 строки 13-27, 50-52), принятый за прототип заявляемых способа нанесения микрокапсулированного агента на поверхность горючих и негорючих материалов и способа создания огнезащитного вспучивающегося покрытия.
3
Способ включает в себя последовательное нанесение на возможно предварительно нагретую поверхность покрывных слоев, сначала жидкокерамического покрытия из полимерной композиции, содержащей связующее, смесь полых микросфер, различающихся между собой размерами в диапазоне от 10 до 500 мкм и насыпной плотностью от 650 до 50 кг/м и вспомогательные целевые добавки, затем на полученное покрытие при необходимости наносят один или несколько слоев из стеклохолста и далее наносят один или несколько слоев полимерной вспучивающейся огнестойкой композиции с добавками, обеспечивающими получение вспучивающегося покрытия, и далее осуществляют окончательную сушку покрытия.
Однако получаемое покрытие имеет сложную конструкцию. Причем полые микросферы данного покрытия используются в качестве теплоизоляционного материала, а сама конструкция микросферы не приспособлена к размещению в ее ядре вещества, способного при нагревании значительно расширяться в объеме.
Известно техническое решение, представляющее собой микрокапсулированный огнегасящий агент и способ его получения, огнегасящий композиционный материал, огнегасящее покрытие из краски и огнегасящая ткань, содержащие такой агент (Патент RU, №2389525, 20.05.2010), принятое за прототип заявляемого микрокапсулированного агента для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов и способа его получения.
Указанный огнегасящий агент содержит микрокапсулу, содержащую размещенную внутри двухслойную сферическую полимерную оболочку, первый внутренний слой которой выполнен из полисилоксана, а второй наружный слой - из отвержденного желатина или его производного, ядро заполнено огнегасящей жидкостью. Причем при формировании микрокапсулы создают многослойную сферическую полимерную оболочку, обладающую способностью взрывоподобного разрушения при заданной температуре срабатывания микрокапсулированного огнегасящего агента.
Одним из способов реализации этого технического решения (пример 9) является создание огнегасящего покрытия из краски, содержащей диспергированный в ней микрокапсулированный огнегасящий агент. Микрокапсула приспособлена для взрывного высвобождения огнегасящих веществ в газообразном состоянии при нагревании до температуры 100-300°C. При этом высвобождение обеспечивается при взрывном разрушении оболочки вследствие перегрева содержащейся в ядре огнегасящей жидкости под воздействием тепла или пламени.
Однако данное техническое решение применяется для активного пожаротушения и не предназначено для создания огнезащитного покрытия, нанесенного на поверхность горючих и негорючих материалов, в течение длительного времени. Микрокапсулированный огнегасящий агент имеет сложную структуру многослойной сферической полимерной оболочки, что значительно удорожает его изготовление.
При создании настоящего изобретения было учтено, что возможности создания эффективного огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов далеко не исчерпаны. В частности, анализ современных теоретических представлений о механизме вспучивания и старения огнезащитных покрытий показывает, что необходимы новые подходы, решающие одновременно эти задачи с минимальными материальными затратами.
Основной задачей изобретения является повышение срока службы огнезащитного вспучивающегося покрытия, нанесенного на поверхность горючих и негорючих материалов, используемых при создании деревянных и металлических конструкций, кабелей и других изделий, за счет создания огнезащитного покрытия в виде микрокапсулированного агента, заполненного вспучивающимся веществом, образующим при нагревании вспучивающееся покрытие, который наносят непосредственно на защитный (антикоррозионный) слой перед его сушкой, а также создание упрощенной конструкции оболочки микрокапсулированного агента, позволяющей эффективно использовать, например, краску или порошок, обладающих вспучивающимися свойствами, находящуюся внутри оболочки микрокапсулы, причем предлагаемое огнезащитного покрытие на поверхности должно минимизировать процесс «старения» названного покрытия.
Дополнительной задачей изобретения является создание нового способа разрушения оболочки микрокапсулированного агента, заключающегося в нагреве и разрушении изнутри оболочки микрокапсулы непосредственно с помощью вспучивающегося вещества, заключенного в ядре микрокапсулы.
Сущность заявляемого способа получения огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов заключается в том, что, в способе, включающем подготовку поверхности, нанесение на нее первого слоя покрытия, нанесение на него второго слоя покрытия, содержащего вспучивающееся вещество, и сушку покрытия, второй слой огнезащитного покрытия наносят в виде матрицы, содержащей микрокапсулированный агент, оболочка которого заполнена вспучивающимся веществом, непосредственно на первый слой покрытия перед сушкой, а сушку покрытия производят при температуре ниже порога, при котором во вспучивающемся веществе, заключенном в ядре микрокапсулы, происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, приводящих к вспучиванию вещества.
Сущность заявляемого микрокапсулированного агента для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов заключается в том, что в микрокапсулированном агенте, представляющем собой микрокапсулы, оболочка которых выполнена термически разрушаемой, в обычных условиях изолирует ядро от внешней среды и заполнена огнегасящим веществом, оболочка заполнена вспучивающимся веществом, обладающим при нагревании свойствами значительного увеличения в объеме с образованием газо- и парообразных веществ, разрушающим оболочку изнутри при ее нагреве.
Сущность заявляемого способа получения микрокапсулированного агента для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов заключается в том, что в способе, включающем формирование микрокапсулы, содержащей однослойную сферическую полимерную термически разрушаемую оболочку, и ядро, заполненное веществом, оболочку заполняют вспучивающимся веществом, обладающим при нагревании свойствами значительного увеличения в объеме с образованием газо- и парообразных веществ, разрушающим оболочку изнутри при ее нагреве.
Сущность заявляемого способа создания огнезащитного вспучивающегося покрытия, заключающемся в том, что в способе, включающем в себя одновременный нагрев оболочки микрокапсулы и заключенного в ее ядре вещества с последующим разрушением оболочки микрокапсулы, покрытие создают за счет объемного расширения заключенного в ядре микрокапсулы вспучивающегося вещества, при его нагреве до температуры, при которой происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, и разрушения оболочки микрокапсулы изнутри, с равномерным распределением на поверхности вспучивающегося вещества.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом получения огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов, обуславливается следующим.
Заполнение оболочки микрокапсулированного агента вспучивающимся веществом позволяет:
- заключить, например, вспучивающуюся краску в изолированное от окружающей среды замкнутое пространство, практически исключающее «старение» указанного агента;
- исключить из регламента проводимых работ контроль огнезащитных покрытий за счет отбора микрообразцов (30-50 мг) с последующей их «идентификацией» (Идентификация твердых веществ, материалов и средств огнезащиты при испытаниях на пожарную опасность. Инструкция. М.: ВНИИПО, 2004, с. 33);
- исключить неоднократное механическое изъятие образцов или фрагментов покрытия материалов изделия непосредственно с его поверхности, что позволяет сохранить целостность поверхности изделия.
Создание второго слоя огнезащитного покрытия в виде матрицы, содержащей микрокапсулированный агент, оболочка которого заполнена вспучивающимся веществом, непосредственно на первый слой покрытия перед сушкой, позволяет:
- нанести микрокапсулированный агент непосредственно на неподсохший (липкий) первый слой покрытия перед его сушкой. При этом следует отметить, что сами микрокапсулы имеет небольшую массу, поэтому удержать (зафиксировать) их на отмеченном неподсохшем (липком) первом слое покрытия в течение длительного времени за счет наблюдаемой адгезии перед его сушкой даже на наклонной или вертикальной поверхности различной конфигурации не представляет никаких проблем;
- значительно уменьшает время создания второго слоя огнезащитного покрытия при достижении указанного технического результата.
Осуществление сушки покрытия (после нанесения на поверхность второго слоя на первый) при температуре ниже порога, при котором во вспучивающемся веществе, заключенном в ядре микрокапсулы, происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, приводящих к вспучиванию вещества, позволяет сохранить целостность огнезащитного покрытия в процессе его создания.
Технический эффект, реализуемый заявляемым микрокапсулированным агентом для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов, обуславливается следующим.
Заполнение оболочки веществом, обладающим при его нагревании внутри оболочки свойствами значительного увеличения в объеме с образованием газо- и парообразных веществ, позволяет осуществить вскрытие оболочки за счет объемного расширения вещества у всех микрокапсул, находящихся на поверхности второго слоя огнезащитного покрытия, при этом образование вспененного теплоизолирующего слоя основано на медленном его «растекании» в межсотовое пространство.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом получения микрокапсулированного агента для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов, обуславливается следующим:
- образование огнезащитного покрытия после вскрытия при нагревании оболочки микрокапсулированного агента путем равномерного распределения названного вещества на поверхности позволяет создавать такое покрытие только при возникновении пожара.
Технический эффект, реализуемый заявляемым способом создания огнезащитного вспучивающегося покрытия, обуславливается следующим.
Разрушение оболочки микрокапсулы изнутри за счет объемного расширения вещества в ядре микрокапсулы сопровождается образованием огнезащитного вспучивающегося покрытия только в тех зонах нагретой поверхности, где созданы условия для запуска в ядре микрокапсулы самопроизвольных химических реакций и физических процессов.
Следует отметить, что в заявляемом техническом решении процесс объемного расширения вещества при его нагревании в ядре микрокапсулы является доминирующим, а образовавшиеся газо- и парообразные вещества только интенсифицируют процесс разрушения оболочки микрокапсулированного агента, причем часть газо- и парообразных веществ используется в качестве вспенивающихся агентов (газообразователей).
Образование огнезащитного покрытия после вскрытия при нагревании оболочки микрокапсулированного агента путем равномерного распределения названного вещества на поверхности позволяет создавать такое покрытие только при возникновении пожара.
Признаки, приведенные в формуле изобретения, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного технического результата, то есть являются существенными.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что автором изобретения не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа (для каждого независимого пункта изобретения), как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к достигаемому техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого технического решения являются новыми и отвечают критерию «новизна».
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники и, в частности, известные способы и устройства, относящиеся к огнезащитным покрытиям, в том числе известные огнегасящие полимерные покрытия и композиционные материалы, состоящие из полимерного связующего и микрокапсулированного пожаротушащего агента объемного действия, автоматически выделяющегося из материала при возникающем вблизи очаге пожара.
Известно техническое решение (Патент RU №2295370, A62C 3/00, 20.03.2007), в котором использованы тонкостенные герметичных капсулы, заполненные водой, доставляемые в очаг пожара.
0
торм
Капсулы выполнены с размерами ~3÷5 мм (п. 1 расчетно-теоретического обоснования указанного ранее способа тушения пожаров). Нижняя граница этого диапазона определяется из условия, чтобы капсулы могли преодолевать сопротивление восходящих газовых потоков в пожаре и не увлекались ими вверх. Верхняя граница выбирается из условия возникновения паровых взрывов капсул до их падения на поверхность расположения источников горения (земля, поверхность жидкого горючего и т.п.). При тушении более мощных пожаров или при использовании других предлагаемых способов доставки капсул верхнее значение размера капсул может быть увеличено, но при этом следует учитывать, что в результате паровых взрывов капсул с размерами значительно больше 5 мм будут образовываться слишком крупные капельки ДВ и поэтому менее эффективные для тушения. Время нагрева до парового взрыва капсул с размерами ~3÷5 мм составляет от десятых долей секунды до нескольких секунд в зависимости от мощности пожара и выбора высшей точки навесной траектории. Выбранные размеры капсул обеспечивают достаточно глубокое проникание их в зону пожара (для частицы с плотностью воды и диаметром d=4 мм даже при относительно небольшой начальной скорости u=10 м/с длина торможения в зоне пожара составляет L≈70 м).
Известен огнезащитный вспучивающийся материал для защиты металлических и неметаллических изделий (Патент RU №2260029, 10.09.2005), содержащий волокнистый слой и вспучивающийся при аварийном нагревании слой. Волокнистый слой изготовлен в виде трикотажного полотна, выполненного из растягивающегося материала из неорганических нитей с температурой плавления более 1150°C, причем волокнистый слой является внешним слоем, а вспучивающийся при аварийном нагревании слой расположен между волокнистым слоем и защищаемым изделием.
Однако названный материал имеет более сложную конструкцию, чем заявляемое техническое решение, а сам огнезащитный вспучивающийся материал для защиты металлических и неметаллических изделий можно самостоятельно размещать на горизонтальных поверхностях. На других поверхностях, например на вертикальных, требуется дополнительная фиксация с помощью удерживающих устройств.
Известно техническое решение, представляющее собой микрокапсулированный огнегасящий агент и способ его получения, огнегасящий композиционный материал, огнегасящее покрытие из краски и огнегасящая ткань, содержащие такой агент (Патент RU №2389525, 20.05.2010). Указанный огнегасящий агент содержит микрокапсулу, содержащую размещенную внутри двухслойную сферическую полимерную оболочку, первый внутренний слой которой выполнен из полисилоксана, а второй наружный слой - из отвержденного желатина или его производного, ядро заполнено огнегасящей жидкостью.
Одним из способов реализации этого технического решения является создание огнегасящего покрытия из краски (пример 9), содержащей диспергированный в ней микрокапсулированный огнегасящий агент. Следует отметить, что микрокапсулированный огнегасящий агент в виде порошка сначала смешивается с краской, а затем наносится на защищаемую поверхность с последующей сушкой.
В заявляемом техническом решении микрокапсулированный агент наносят непосредственно на первый слой покрытия перед его сушкой.
Микрокапсула (Патент RU №2389525, 20.05.2010) приспособлена для взрывного высвобождения огнегасящих веществ в газообразном состоянии при нагревании до температуры 100-300°C. При этом высвобождение обеспечивается при взрывном разрушении оболочки вследствие перегрева содержащейся в ядре огнегасящей жидкости под воздействием тепла или пламени. Содержание огнегасящей жидкости составляет 75-95% от массы всей микрокапсулы.
Для обеспечения испарения огнегасящей жидкости под воздействием тепла или пламени огнегасящая жидкость имеет температуру кипения в диапазоне 45-160°C. Для исключения отверждения огнегасящей жидкости за счет кристаллизации при хранении при низких температурах окружающей среды и разрушения оболочки микрокапсулы вследствие резкого уменьшения объема ядра огнегасящая жидкость должна иметь точку плавления минус 40°C или ниже.
Применение взрывоподобного разрушения оболочки, заполненной, например, вспучивающейся краской, приведет к тому, что при вскрытии оболочки произойдет разбрызгивание последней или образовавшегося вспененного теплоизолирующего слоя с нарушением, в конечном счете, целостности образующегося при пожаре огнезащитного вспучивающегося покрытия.
Известно применение огнетушащих порошков, обладающих повышенной огнетушащей и изолирующей за счет вспучивания на нагретых поверхностях способностью (http://www.innovaterussia.ru/project/blog/current/8382. А.В. Беловошин. Огнетушащий порошок, с повышенной изолирующей способностью нагретых поверхностей). Проведенный анализ научно-технической информации в области патентования и исследований в данной области (Патент RU №2220998, 2002, МПК C09D 123/08; патент RU №2232612, 2003, МПК A62D 1/00; патент RU №223588, 2003, МПК A62D 1/00) показал наличие возможности создания огнетушащего порошка, обладающего адгезией к нагретым поверхностям, способностью вспучивания адгезионного слоя и повышенной огнетушащей способностью.
Указанное свойство огнетушащего порошка можно применить, по мнению автора изобретения, при создании огнезащитного вспучивающегося покрытия на поверхности, так как огнетушащие порошки, как правило, обладают низкой стоимостью. Однако огнетушащие порошки имеют ряд недостатков, основным из которых является их склонность к слеживанию и комкованию (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е перераб.. М., Химия, 1979, с. 111). Для устранения этих недостатков в состав огнетушащих порошков вводятся необходимые добавки, что в целом отражается на их общей стоимости.
Кроме этого, при создании огнезащитного вспучивающегося покрытия на наклонной или вертикальной поверхности отмеченное ранее огнетушащее средство необходимо как-то удержать (зафиксировать) на поверхности. Отсюда следует, что одним из путей устранения отмеченных недостатков является заключение огнетушащего порошка в микрокапсулу, которую затем следует зафиксировать на поверхности, например, таким образом, как изложено в заявляемом техническом решении.
Данное свойство можно применить при создании огнезащитного вспучивающегося покрытия на поверхности, так как огнетушащие порошки, как правило, обладают низкой стоимостью. Однако огнетушащие порошки имеют ряд недостатков, основным из которых является их склонность к слеживанию и комкованию (А.Н. Баратов, Е.Н. Иванов. Пожаротушение на предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2-е перераб. М., Химия, 1979, с. 111). Для устранения этих недостатков в состав огнетушащих порошков вводятся необходимые добавки, что в целом отражается на их общей стоимости.
Кроме этого, при создании огнезащитного вспучивающегося покрытия на наклонной или вертикальной поверхности отмеченное ранее огнетушащее средство необходимо как-то удержать (зафиксировать) на поверхности. Отсюда следует, что одним из путей устранения отмеченных недостатков является заключение огнетушащего порошка в микрокапсулу, которую затем следует зафиксировать на поверхности, например, таким образом, как изложено в заявляемом техническом решении.
Известен огнегасящий полимерный композиционный материал (Патент RU №2161520, 10.01.2001). Действие материала основано на интенсивном выделении газообразного огнегасящего агента по достижении заданной температуры (в интервале 130-190°C в зависимости от состава композита). При повышении температуры происходят разрушение полимерной матрицы и резкий выброс в окружающую среду паров пожаротушащего вещества. Когда концентрация паров пожаротушащего агента достигает величины пороговой огнегасящей концентрации, возникшие очаги горения ликвидируются.
Однако применение данного технического решения, фактически являющегося автоматической установкой газового пожаротушения, в заявляемом случае невозможно по следующим причинам.
Разрушение полимерной матрицы в отмеченном изобретении основано на взрывоподобном принципе разрушения оболочек, в которые заключено пожаротушащее вещество.
Само пожаротушащее вещество меняет при нагревании свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и не приспособлено к созданию огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов.
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченных ранее задачи, решаемых заявляемым техническим решением.
Осуществление технического решения, заложенного в получении огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов, микрокапсулированном агенте для создания огнезащитного покрытия на поверхности названных материалов, способе его получения и способе создания огнезащитного вспучивающегося покрытия, может быть реализовано следующим образом.
При реализации заявляемого технического решения необходимо учитывать следующие сведения.
Известен огнегасящий полимерный композиционный материал (ОГПКМ) (Реактивный композиционный материал для систем подавления возгораний. Российское атомное сообщество.mht; Патент RU №2161520, 10.01.2001).
Материал является не только пассивным трудно сгораемым, но и реактивным, который реагирует на повышение температуры или огневое воздействие немедленным (без инерционным) выбросом в окружающую среду мощного газифицированного огнегасителя (ОГ), что приводит к быстрому (обычно за несколько десятков секунд) подавлению возгорания.
ОГПКМ представляет собой полимерную матрицу, наполненную микрокапсулами, содержащими жидкий высокоэффективный ОГ. Диаметр микрокапсул обычно составляет 150-300 мкм, содержание в них ОГ - 94-96 мас.%. Наличие оболочек микрокапсул обеспечивает возможность перегрева жидкого ОГ на 70-100°C выше температуры кипения, после чего происходит взрывоподобное разрушение оболочки, газификация и активный выброс ОГ в окружающее пространство. Регулированием состава матрицы и ОГ можно управлять температурой активной реакции ОГПКМ на внешнее воздействие в диапазоне температур от 160°C до 230°C.
Только при синхронизации процесса взрывного разрушения микрокапсул, сопровождающегося интенсивным выбросом паров пожаротушащего агента, и его достаточности для разрушения полимерной матрицы при повышении температуры за счет огневого воздействия (непосредственно или дистанционно), может быть достигнут эффект мощного выброса пожаротушащего агента в окружающую среду и соответственно подавление возникшего процесса горения. Если, в условиях огневого воздействия на ОГПКМ, полимерная матрица расплавится (например, в случае полиэтилена, полипропилена и других термопластичных полимеров), то будет потерян эффект "взрывного" разрушения материала и единовременного выброса паров пожаротушащего агента в зону пожара, а это неизбежно приведет к потере эффективности тушения. Если матрица слишком термостойка, несмотря на развивающуюся высокую температуру при воздействии огня, она (матрица) длительное время будет препятствовать интенсивному выбросу пожаротушащего агента и пожар успеет настолько развиться, что суммарное количество огнетушащего вещества окажется недостаточным для эффективного тушения.
Отсюда можно сделать вывод, что создаваемая матрица способствует доминированию процессу гашению огня за счет взрывоподобного разрушения оболочки.
В заявляемом техническом решении создаваемое огнезащитное покрытие способствует в соответствии с поставленными задачами доминированию процесса создания огнезащитного покрытия, а образовавшиеся при нагревании вспучивающегося вещества газо- и парообразные вещества только интенсифицируют процесс разрушения оболочки микрокапсулированного агента, причем часть газо- и парообразных веществ используется в качестве вспенивающихся агентов (газообразователей).
Описание заявляемого огнезащитного покрытия представлено в примере ее создания на плоской защищаемой поверхности, приведенном далее.
Известно техническое решение (Патент RU №2295370 С2, А62С 3/00, 20.03.2007 (D2)), в котором использованы тонкостенные герметичные капсулы, заполненные водой, доставляемые в очаг пожара.
0
торм
Капсулы выполнены с размерами ~3÷5 мм (п. 1 расчетно-теоретического обоснования указанного ранее способа тушения пожаров). Нижняя граница этого диапазона определяется из условия, чтобы капсулы могли преодолевать сопротивление восходящих газовых потоков в пожаре и не увлекались ими вверх. Верхняя граница выбирается из условия возникновения паровых взрывов капсул до их падения на поверхность расположения источников горения (земля, поверхность жидкого горючего и т.п.). При тушении более мощных пожаров или при использовании других предлагаемых способов доставки капсул верхнее значение размера капсул может быть увеличено, но при этом следует учитывать, что в результате паровых взрывов капсул с размерами значительно больше 5 мм будут образовываться слишком крупные капельки ДВ и поэтому менее эффективные для тушения. Время нагрева до парового взрыва капсул с размерами ~3÷5 мм составляет от десятых долей секунды до нескольких секунд в зависимости от мощности пожара и выбора высшей точки навесной траектории. Выбранные размеры капсул обеспечивают достаточно глубокое проникание их в зону пожара (для частицы с плотностью воды и диаметром d=4 мм даже при относительно небольшой начальной скорости u=10 м/с длина торможения в зоне пожара составляет L≈70 м).
Однако указанные капсулы не относятся к микрокапсулированному агенту по следующим причинам.
Известно (Давыдов А.Б. Микрокапсулирование / А.Б. Давыдов, В.Д. Солодовник // Энциклопедия полимеров; Ред. коллегия: В.А. Кабанов (глав. ред.) [и др.]. - Т. 2.: Л-И. - М.: Советская энциклопедия, 1974. - С. 247-258. Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. - М.: Химия, 1980. - 216 с.), что микрокапсулирование - это процесс заключения мелких частиц вещества в тонкую оболочку пленкообразующего материала. В результате микрокапсулирования получают продукт в виде отдельных микрокапсул размером от долей микрона до сотен микрон. Капсулируемое вещество, называемое содержимым микрокапсул, активным или основным веществом, образует ядро микрокапсул, а капсулирующий материал составляет материал оболочек. Оболочки выполняют функцию разобщения частиц одного или нескольких веществ друг от друга и от внешней среды до момента использования.
Основной компонент микрокапсул - капсулируемое вещество - может находиться в любом агрегатном состоянии - жидком, твердом или газообразном (Айсина Р.Б., Казанская Н.Ф. Микрокапсулирование // Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология. - Т. 6. - М.: Наука, 1986. - С. 6-52). Существующие методы обеспечивают возможность микрокапсулирования как лиофильных, так лиофобных материалов.
К настоящему времени осуществлено микрокапсулирование металлов, различных химических веществ (гидридов, солей кислот, оснований, многих классов органических соединений - как мономерных, так и высокомолекулярных), представляющих собой катализаторы, стабилизаторы, пластификаторы, масла, жидкое и твердое топливо, растворители, красители, инсектициды, пестициды, удобрения, лекарственные препараты, ароматизирующие вещества, пищевые добавки и волокна, а также ферментов и микроорганизмов. В состав содержимого микрокапсул может входить инертный наполнитель, являющийся средой, в которой диспергировалось вещество в процессе микрокапсулирования, или необходимый для последующего функционирования активного вещества.
Следует отметить, что в изобретении (Патент RU №2295370 С2, А62С 3/00, 20.03.2007 (D2)) оболочка капсулы заполнена огнетушащим веществом, обладающим при нагревании внутри оболочки свойствами значительного увеличения в объеме с образованием газо- и парообразных веществ, в обычных условиях изолированным от внешней среды, причем оболочка выполнена термически разрушаемой.
Согласно формуле указанного изобретения оболочка капсулы заполнена водой, которая, как известно (chemport.ru>Электронный справочник>data164.shtml) обладает одним из самых низких коэффициентов объемного расширения из приведенных данных в электронном справочнике.
5
5
Так, например, в этом источнике информации указано, что для воды коэффициент объемного расширения β=21·10, а для бромистого этила, являющегося одним из эффективных огнетушащих средств, - β=140·10.
Отсюда следует, что доминирующим процессом при разрушении оболочки капсулы (Патент RU №2295370С2, А62С 3/00, 20.03.2007 (D2)) является паровой взрыв за счет частичного перевода воды в пар, а размеры капсул выбирают из расчета возникновения паровых взрывов капсул при их движении в очаге подавляемого пожара (см. формулу изобретения).
Известно, что термическое разрушение - это процесс, идущий во времени (http://gendocs.ru/Лекции - Экспертные исследования причин разрушения материалов). Действие повторных термических напряжений лишь в относительно редких случаях имеет самостоятельное значение. Чаще термоциклирование накладывается с длительным статическим, динамическим или другим видом нагружения и сопровождается комплексом явлений, проходящих в материалах при высоких температурах - окислением, старением, рекристаллизацией, ползучестью и др.
Картина термической усталости осложняется тем, что для характеристики данного разрушения является существенным не только число циклов, уровень max и min температуры цикла, но и длительность нагружения. Последний фактор имеет тем больше значение, чем выше температура цикла. Количество трещин от термоусталости резко возрастает с увеличением времени эксплуатации.
Согласно п. 2 расчетно-теоретического обоснования отмеченного ранее способа тушения пожаров приведена оценка динамики роста давления при паровом взрыве капсул. Показано, что длительность увеличения давления от 1 атм до ~100 атм не превышает сотых долей секунды. То есть паровой взрыв капсул происходит практически мгновенно по сравнению с ее нагревом.
Поэтому можно сделать вывод, что процесс термического разрушения оболочки капсулы оказывает в данном случае незначительное влияние (по сравнению с возникающим паровым взрывом капсул) на само разрушение оболочки в целом.
Следует отметить, что способ тушения пожара (Патент RU №2295370 С2, А62С 3/00, 20.03.2007 (D2)) основан на диспергировании содержащейся в капсулах воды, которое осуществляется за счет тепловой энергии пожара, а следовательно, основным назначением отмеченных капсул является тушение различных пожаров как на открытой местности, так и в помещениях.
В заявляемом техническом решении основной задачей является создание огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов в виде микрокапсулированного агента, заполненного веществом, образующим при нагревании вспучивающееся покрытие, а способ разрушения оболочки основан на принципе объемного расширения вещества, заключенного в оболочку. Причем при образовании огнезащитного покрытия на названной поверхности доминирует процесс образования вспененного теплоизолирующего слоя, а не процесс создания газо- и парообразных веществ, которые идут как на образование вспененного теплоизолирующего слоя, так и на разрушение изнутри оболочки микрокапсулы совместно расширяющимся в объеме веществом.
Известно техническое решение (Патент RU №2469761, 20.12.2012, A62D 1/00), включающее формирование микрокапсулы, содержащей однослойную сферическую полимерную оболочку и ядро, заполненное веществом. Однако в этом изобретении также формируют оболочку, обладающую способностью взрывоподобного разрушения, а саму оболочку заполняют веществом в виде огнегасящей жидкости, которая легко газифицируется при нагревании в диапазоне температур 90-270°C, что явно способствует взрывоподобному разрушению оболочки.
В приведенном примере 12, отмеченного ранее технического решения, показано получение огнегасящего материала 36,4 г жидкой неотвержденной эпоксидной смолы смешивали с 3,6 г полиэтиленполиамина в качестве отвердителя и 40,0 г микрокапсулированного огнегасящего агента согласно изобретению в виде порошка, содержащего микрокапсулы, описанные в Примере 1. Получившуюся пасту помещали в алюминиевый поддон (200 мм × 200 мм × 200 мм) с покрытием из антиадгезионного силиконового агента и выдерживали при 20-25°C в течение 48 часов для отверждения.
Полученную пластину огнегасящего материала располагали на внутренней стенке такого же экспериментального бокса, который использовали в Примере 11, с налитым в него дизельным топливом и дизельное топливо поджигали. Под воздействием пламени микрокапсулы были разрушены, и огонь был потушен через 1-2 секунды. Пластина сохранилась, на поверхности видны «кратеры» размером с микрокапсулу, образовавшиеся после их разрушения в поверхностном слое.
В заявляемом изобретении предусмотрено формирование вспененного теплоизолирующего слоя, равномерно распределенного на поверхности над первым слоем покрытия увеличившимся в объеме веществом. То есть конструкция создаваемого защитного покрытия должна обеспечивать целостность всего защитного слоя при пожаре.
Известен пример (http://www.innovaterussia.ru/project/blog/current/8382. А.В. Беловошин. Огнетушащий порошок, с повышенной изолирующей способностью нагретых поверхностей) использования (кроме вспучивающейся краски) огнетушащих порошков, обладающих повышенной огнетушащей и изолирующей за счет вспучивания на нагретых поверхностях способностью.
В работе (Давыдов А.Б. Микрокапсулирование / А.Б. Давыдов, В.Д. Солодовник // Энциклопедия полимеров; Ред. коллегия: В.А. Кабанов (глав. ред.) [и др.]. - Т. 2.: Л-И. - М.: Советская энциклопедия, 1974. - С. 247-258. Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. - М.: Химия, 1980. - 216 с. ) отмечено, что микрокапсулирование - это процесс заключения мелких частиц вещества в тонкую оболочку пленкообразующего материала. В результате микрокапсулирования получают продукт в виде отдельных микрокапсул размером от долей микрона до сотен микрон. Капсулируемое вещество, называемое содержимым микрокапсул, активным или основным веществом, образует ядро микрокапсул, а капсулирующий материал составляет материал оболочек. Оболочки выполняют функцию разобщения частиц одного или нескольких веществ друг от друга и от внешней среды до момента использования.
Известно (http://ru.wilkipedia.orl). что основной компонент микрокапсул - капсулируемое вещество - может находиться в любом агрегатном состоянии - жидком, твердом или газообразном.
Известно (http://allencvdopedia.ru/47168) применение порошков в медицине. К микрокапсулированию прибегают для сохранения порошкообразных продуктов от слеживания, воздействия на них влаги, атмосферного кислорода, для предохранения химически активных соединений от преждевременного взаимодействия, для безопасного хранения и использования агрессивных и ядовитых веществ.
Поэтому заключить в оболочку огнетушащий порошок, обладающий повышенной огнетушащей и изолирующей за счет вспучивания на нагретых поверхностях способностью, технически реализуемо на сегодняшний день развития техники.
Известны (Огнезащита конструкций, огнезащитные материалы и покрытие, огнезащитные составы и краска. html) составы, вещества и материалы для огнезащиты материалов, конструкций и изделий.
Термины и определения в области огнезащиты, классификация и общие требования к огнезащитным составам и веществам, использованные в разделе 2.1 настоящего выпуска каталога справочника, соответствуют проекту НПБ "Огнезащитные составы и вещества. Термины и определения. Классификация. Общие требования", разработанному и подготовленному к утверждению ВНИИПО. Основные термины и определения приведены ниже.
Огнезащитный состав (вещество) (ОЗСВ) - состав, вещество (смесь веществ) или материал, обладающие требуемой огнезащитной эффективностью и специально предназначенные для огнезащитной обработки различных объектов.
Объект огнезащиты - материал, вещество, конструкция или изделие, подвергаемые обработке ОЗСВ с целью снижения их пожарной опасности или увеличения устойчивости к воздействию опасных факторов пожара.
Огнезащитная обработка - нанесение ОЗСВ на поверхность (поверхностная пропитка, окраска, обмазка и т.д.) и(или) введение в объем объекта огнезащиты.
Огнезащитное покрытие - полученный в результате огнезащитной обработки слой на поверхности объекта огнезащиты.
Огнезащитная эффективность - качественный или количественный показатель, характеризующий свойство ОЗСВ снижать пожарную опасность объектов огнезащиты до требуемого уровня согласно действующей нормативной документации или обеспечивать требуемую нормативную устойчивость их к воздействию опасных факторов пожара.
В зависимости от вида материала объекта огнезащиты ОЗСВ подразделяются на предназначенные для:
- древесины и материалов на ее основе;
- металла;
- тканей, нетканых материалов и ковровых покрытий;
- оболочек электрокабелей;
- полимерных и других материалов.
В зависимости от условий эксплуатации ОЗСВ подразделяются на предназначенные для:
- сухих отапливаемых помещений;
- условий повышенной влажности;
- атмосферных условий;
- специальных условий.
По способу огнезащитной обработки ОЗСВ подразделяются на:
- пропиточные составы и антипирены;
- покрытия;
- комбинированные.
ОЗСВ по виду огнезащитного покрытия подразделяются на:
- краски и лаки;
- обмазки;
- пропиточные составы и антипирены.
Известно (Огнезащита строительных металлических конструкций. Оценка эффективности. - Журнал F+S.mht), что создание огнезащитных вспучивающихся покрытий требует фундаментальных знаний в области пожарной безопасности (пожароопасных свойств веществ и материалов, поведения строительных конструкций при высокотемпературном воздействии), химии полимерных материалов, теплофизики и особенностей тепломассопереноса материалов в условиях повышенных температур.
Кроме этого, можно дополнительно привести широко известные сведения, подтверждающие возможность получения указанного технического эффекта при использовании любого вещества, образующего при нагревании вспучивающееся покрытие.
Известно (Диссертация С.Я. Ямщиковой. Повышение огнезащитной способности вспучивающихся покрытий для объектов нефтегазовой отрасли; Диссертации в Техносфере: http://tekhnosfera.com/povyshenie-ognezaschitnoy-sposobnosti-vspuchivayuschihsya-pokrytiy-dlya-obektov-neftegazovoy-otrasli#ixzz3ZSAGB4Cn), что в современной практике строительства нефтегазовых объектов широкое распространение получили металлические конструкции, обладающие высокой прочностью, относительной легкостью, долговечностью. Однако под воздействием высоких температур при пожаре они деформируются, теряют устойчивость, несущую способность. Поэтому огнезащита металлических конструкций является одной из актуальных проблем повышения огнестойкости зданий и сооружений. При защите стальной конструкции вспучивающимся (интумесцентным) покрытием ее предел огнестойкости может составить от 0,5 до 2,5 часов. Для этих целей в настоящее время применяются краски, лаки, мастики и другие материалы, которые постепенно вытесняют громоздкую конструкционную защиту. Явление вспучивания, или интумесценции, на поверхности в процессе горения происходит под действием одновременного вспенивания и карбонизации горящей полимерной системы. Такие покрытия в последнее время находят широкое применение в нефтегазовой, нефтехимической и химической промышленности.
Согласно ГОСТ Р 12.3.047-98 Ф.4.3.2, гарантийный срок эксплуатации покрытия, нанесенного на конструкцию, должен быть равен расчетному сроку эксплуатации оборудования (до капитального ремонта), но не менее 10 лет, при этом гарантийный срок подтверждается методом ускоренных климатических испытаний по ГОСТ 9.401-91.
Раскрытие признака «любого вещества, обладающего при нагревании свойствами значительного увеличения в объеме с образованием газо- и парообразных веществ» можно обосновать следующими общеизвестными сведениями из уровня техники.
В работе (И.Г. Романенков, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991, с. 216-247) приведены примеры создания вспучивающихся красок на минеральных и органических связующих для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов.
Известно (огнезащита металлоконструкций.htm), что современные огнезащитные составы наносятся на защищаемую поверхность слоем толщиной до 2 мм. Под воздействием высоких температур увеличиваются в объеме до 70 раз и обладают огнезащитной эффективностью до 90 минут. Как показывает практика, нанесение огнезащитных вспучивающихся красок, слоем более 2 мм нецелесообразно, потому что при толщине более 2 мм слой огнезащитной краски прогревается и вспучивается неравномерно. Это приводит к неоднородности возникающего защитного слоя, снижению его прочности и приводит к тому, что огнезащитный слой осыпается.
Раскрытие сведений, подтверждающих достижение указанного технического результата независимо от вида и материала первого слоя можно обосновать следующими общеизвестными сведениями из описания заявки и уровня техники.
Известно (Диссертация С.Я. Ямщиковой. Повышение огнезащитной способности вспучивающихся покрытий для объектов нефтегазовой отрасли; Диссертации в Техносфере: http://tekhnosfera.com/povyshenie-ognezaschitnov-sposobnosti-vspuchivayuschihsya-pokrytiy-dlya-obektov-neftegazovoy-otrasli#ixzz3ZSAGB4Cn), что хотя вспучивающиеся покрытия способны придать полимерным композициям высокую огнестойкость, они имеют недостаточно высокую стойкость к воздействию производственной атмосферы и повышенной влажности, в результате чего на поверхности стальной конструкции и под покрытием в течение длительной эксплуатации (3 года и более) возникают и развиваются очаги коррозии, снижается адгезионная прочность, происходит отслоение и растрескивание покрытий, что, в конечном счете, ведет к снижению длительности огнезащиты. Поэтому разработка вспучивающихся покрытий с повышенной огнезащитной способностью, работающих в сложных условиях эксплуатации, характерных для предприятий нефтегазовой отрасли, является актуальной проблемой в области повышения пожарной и промышленной безопасности оборудования и сооружений.
Известно (огнезащита металлоконструкций.htm), что нанесение огнезащитных составов производится на грунт, указанный в сертификате пожарной безопасности, либо, если огнезащитный состав наносится на поверхности конструкций, которые будут эксплуатироваться при особых условиях, допускается применение грунтов, рекомендованных производителем огнезащитного материала для этих условий, указанных в технологическом регламенте на этот огнезащитный материал.
Перед нанесением огнезащитного состава необходимо произвести очистку поверхности защищаемой конструкции от ранее нанесенных лакокрасочных покрытий, ржавчины, обезжирить и огрунтовать.
В случаях, если огнезащитный материал эксплуатируется в условиях агрессивной внешней среды, для его защиты от вредного воздействия окружающей среды, применяются покрывные материалы (лаки или краски), рекомендуемых производителем огнезащиты в технологическом регламенте.
Несколько типов вспучивающихся красок в России в настоящее время уже производится в промышленных масштабах. Однако недостатком ряда таких красок является низкая защитная способность от действия коррозионных сред. Поэтому производители вспучивающихся красок рекомендуют перекрывать их атмосферостойкими лаками в 2-3 слоя (Диссертации в Техносфере: http://tekhnosfera.com/povyshenie-ognezaschitnov-sposobnosti-vspuchivayuschihsya-pokrytiy-dlya-obektov-neftegazovoy-otrasli#ixzz3ZS8tIS00).
В заявляемом техническом решении защита указанных вспучивающихся красок основана на заключении их в микрокапсулу, что позволяет повысить эффективность их применения.
Известно (И.Г. Романенков, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991, с. 242), что основные характеристики вспучивающихся красок: адгезия к металлу от 50 до 100 Па, прочность при ударе 500 Па.
Работы по нанесению вспучивающихся составов на поверхность стальных конструкций включает следующие технологические операции: подготовку поверхности, приготовление рабочего состава покрытия, нанесение покрытия. Защищаемая поверхность не должна иметь раковин, трещин, наплывов металла и острых выступов с радиусом закругления менее 0,5 см.
Подготовка поверхности включает: очистку от грязи, ржавчины, окалины и старой краски; обезжиривание растворителями (ацетоном, Р-646); нанесение грунтовок ГФ-0163 или ФЛ-03К. Перед применением грунтовку ФЛ-03К перемешивают и добавляют сиккатив НФ-1 в количестве 4% массы грунтовки. Продолжительность сушки грунтовки не менее 24 ч при температуре окружающего воздуха (20±2°C). Допускается нанесение указанных грунтов на поверхности, ранее покрытые грунтовкой ГФ-020. При этом предварительно очищают поврежденные и растрескавшиеся участки и обезжиривают всю поверхность растворителями.
2
Грунтовку наносят пневматическим краскораспылителем, кистью или валиком в 1-2 слоя (до укрывистости металла) в соответствии с нормативно-технической документацией на данный вид грунтовки. Продолжительность сушки для грунтовки ГФ-0163 не менее 24 ч для каждого слоя, для грунтовки ФЛ-03К - не менее 8 ч при температуре 20°C. Расход грунтовки составляет 0,25 кг на 1 м поверхности.
Из приведенных выше примеров, а также из описания технического решения, представляющее собой способ нанесения вспучивающихся составов на поверхность стальных конструкций (И.Г. Романенков, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991, с. 242), видно, что первый слой покрытия является непременным условием создания полноценного огнезащитного покрытия, обладающего хорошей адгезией с защищаемой поверхностью.
Раскрытие сведений, подтверждающих возможность получения указанного технического результата, в частности примеры в отношении различных материалов поверхностей, кроме металлических, можно обосновать следующими общеизвестными сведениями из уровня техники.
В работе (С.В. Собурь. Огнезащита материалов и конструкций: Справочник. - 2-е изд. доп. (с изм.) - М.: Спецтехника, 2003, илл. (Сер. «Пожарная безопасность предприятия»), с. 15) отмечено, что, как показали исследования, применение многих ранее огнезащитных пропиток и красок не обеспечили перевод древесины из группы сгораемых в группу трудносгораемых материалов. В то же время группе трудносгораемых отвечали материалы и конструкции, подвергнутые пропитке автоклавным способом, а также защищенные огнезащитными красками и лаками вспучивающегося типа.
За последние три десятилетия вспучивающиеся огнезащитные покрытия получили широкое применение во многих странах. Это объясняется их низкой теплопроводностью в условиях пожара вследствие образования мелкоячеистого слоя покрытия, который затрудняет прогрев древесины, удлиняя фазу ее подготовки к активному участию в процессе горения.
В работе (В.Н. Демехин, И.Г. Мосалков и др. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2003, стр. 120-121) отмечено, что в качестве огнезащитных средств для древесины и деревянных конструкций применяют: теплоизолирующие «одежды», огнезащитные покрытия (к числу которых относят краски, обмазки) растворов огнезащитных веществ-антиперенов.
Краски и обмазки выполняют газоизолирующую функцию. Они препятствуют выходу продуктов разложения древесины и проникновению к ним кислорода воздуха. В результате затрудняются условия образования горючей смеси в газовой фазе.
Антиперены, как правило, оказывают влияние на процессы термоокислительного разложения, воспламенения и горения древесины. В частности, фосфоросодержащие антиперены, которые наиболее широко используют для огнезащиты древесины усиливают процесс ее карбонизации, что приводит к уменьшению выхода горючих продуктов разложения.
2
В работе (В.Н. Демехин, И.Г. Мосалков и др. Здания, сооружения и их устойчивость при пожаре. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2003, стр. 119-125) приведены следующие сведения: исходные сведения об огнезащите органических материалов; огнезащита древесины и изделий на ее основе примеры создания поверхностных огнезащитных средств и пропиток древесины антиперенами. В том числе на стр. 123 приведен пример покрытия по древесине - вспучивающегося по древесине огнезащитного покрытия ВПД (ГОСТ 25130-82). Состав содержит: меламин и мочевиноформальдегидную смолу - 31,9%, 5% раствор натриевой соли и карбоксиметилцеллюлозу - 15,9%, мелем - 18.4%, дициандиамид - 6,3%, аммофос - 27,5%. Исходную композицию в виде густотертой пасты разбавляют водой до требуемой консистенции. Покрытие наносят до толщины 0,2 мм, расход 700 г/м.
На стр. 123 приведен пример покрытия по древесине - вспучивающееся покрытие «Экран-Д» - смесь термостойких газообразующих наполнителей в водном растворе мочевиноформальдегидной смолы и жидкого стекла, состав изготавливают в заводских условиях и выпускают в двух частях - А и Б. Обе части перемешивают до получения однородной массы. Расход сырого состава - 1,2-1,5 кг на один слой покрытия, количество слоев - не менее трех, общая толщина покрытия 3-3,5 мм.
В работе (И.Г. Романенков, Ф.А. Левитес. Огнезащита строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1991, с. 216-247) приведены примеры создания вспучивающихся красок на минеральных и органических связующих для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов. В том числе, на стр. 220 отмечено, что огнезащитные вспучивающиеся краски на органических связующих широко применяются за рубежом и известны под различными фирменными наименованиями: Pyrinox, Uniterm (Германия), Parfeur (Франция), Nonfire (Финляндия), Sebaterm (Чехо-Словакия), Peromors (Югославия), Budaterm (Венгрия) и др. Их применение обепечивает предел огнестойкости стальных конструкций 0,75-1,5 ч и придает древесине свойства трудновозгораемости.
На стр. 222 отмечено, что к вспучиваемся краскам также относятся составы, разработанные в Германии, например Пиролан-64 и др. Состав Пиролан-64 представляет собой порошкообразную смесь, включающую мочевиноформальдегидную смолу, газообразные добавки (моноаммонийфосфат и др.), наполнитель и смачиватель. Несмотря на эффективность вспучивающихся красок, их применение ограничивается условиями влажности воздуха не более 60%. Окрашенная древесина нуждается в дополнительном применении декоративных материалов.
Отсюда следует, что заключение указанной порошкообразной смеси в микрокапсулу позволит повысить эффективность их применения.
2
Широкое распространение для огнезащиты деревянных конструкций получило использование вспучивающихся лаков, которые при 500-750 г/м обеспечивают перевод древесины в группу трудносгораемых материалов.
Как и вспучивающиеся краски, лаки способны при нагревании образовывать обильный пенистый слой угля низкой теплопроводности, защищающий древесину от прогрева до температуры разложения и воспламенения.
Известна огнезащитная вспучивающаяся краска (Патент RU №2224775, 27.02.2004), которая относится к вспенивающимся полимерным покрытиям, оказывающим огнезащитное действие при защите древесины и теплоизолирующее действие при защите металлических конструкций в целях повышения предела их огнестойкости при возникновении пожара, защиты целлюлозно-бумажных, полимерных, кабельных изделий и материалов на тканевой основе.
Известен огнезащитный вспучивающийся состав ВДЛКМ «ОЗ-К» (http://www.germostroy.ru/catalog/kraskaognezash/), предназначенный для огнезащиты электрических кабелей (как одиночных, так кабельных пучков) различных марок: от ААБл 6-10 кВ различного сечения, до ВВГ 0,4 кВ различного сечения, кабельных трасс, кабельных лотков, контрольных кабелей, проводов и шнуров, имеющих различную оплетку, с целью обеспечения защиты их от возгорания и нераспространения горения по кабельной продукции. Применяется для заделки кабельных проходов и кабельных коммуникаций (линии связи, сигнализации, управления и т.п.), для защиты элементов коммуникаций и уже смонтированных кабельных коммуникаций от предотвращения распространения горения по их поверхности.
Огнезащитный вспучивающийся состав ВДЛКМ «ОЗ-К» не только предотвращает возгорание кабельной продукции и препятствует тепловому возгоранию кабелей, но и уменьшает скорость распространения горения, выделение токсичных и коррозийно-активных веществ, уменьшает дымообразующую способность и температуру дыма, обеспечивает повышение пожароустойчивости кабеля, то есть увеличивает время его функционирования при пожаре.
Известна огнеупорная вспучивающаяся краска (Патент RU №2224775, 27.02.2004), которая содержит в качестве связующего смолы или смеси смол карбонизирующее вещество, вспенивающий агент и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве карбонизирующего вещества она содержит многоатомный спирт и/или крахмал, в качестве стабилизатора пенококса содержит крахмал и мочевину, в качестве катализатора пенообразователя используют сернокислые соли металлов церия, марганца, меди, магния. В качестве компонента, повышающего огнестойкость краски, содержит гидроксид алюминия, образующий с фосфором фосфат алюминия. В качестве диспергатора краска содержит тальк, причем краска выполнена однокомпонентной или двухкомпонентной: из связующего 20-40% от общей массы и сухой составляющей 60-80%. Сочетание компонентов в определенном сочетании позволяет повысить огнестойкость состава при одновременном уменьшении его расхода и улучшить адгезионные свойства.
Известен огнезащитный состав Defender С solvent (АК-123) ТУ 2316-014-76044141-09, представляющий собой органоразбавляемый огнезащитный однокомпонентный состав вспучивающегося типа, предназначенный для снижения пожарной опасности силовых, контрольных, стационарных кабельных линий, кабелей связи, прокладываемых в кабельных сооружениях, а также по строительным конструкциям зданий, эксплуатируемых внутри помещений с неагрессивной, слабоагрессивной и среднеагрессивными средами, а также для наружных работ в условиях воздействия климатических факторов.
Огнезащитный состав (http://defenderpaint.ru/13/64) Defender С solvent (АК-123) применяется для защиты электрических кабелей с наружной оболочкой из поливинилхлорида, полиэтилена, резины, а также для электрических кабелей с металлической оплеткой.
Огнезащитный состав Defender С solvent (АК-123) может наноситься как на отдельно проложенные кабели, так и на кабельные пучки, а также на кабельные металлоконструкции (лотки, лестницы, кронштейны, подвески). Огнезащитное покрытие, полученное путем нанесения состава Defender С solvent (АК-123), сохраняет свои свойства при воздействии распыленной воды или средств огнетушения при учебном или аварийном включении автоматических систем пожаротушения.
Известны составы для нанесения покрытий (Составы для нанесения покрытий, например краски, масляные или спиртовые лаки, отличающиеся физическими свойствами или действием получаемого покрытия, заполняющие пасты, огнеупорные краски - C09D 5 18.html).
В частности из приведенного источника информации можно отметить следующее.
Известна огнезащитная вспучивающаяся краска (Заявка №2011130755/05, 27.01.2013), которая относится к огнезащитным лакокрасочным материалам, предназначенным для защиты различных конструкций и материалов, например дерева, металлических поверхностей, и может быть использована, например, в строительстве, авиации, железнодорожном транспорте. Огнезащитная вспучивающая краска содержит, мас.%: редиспергируемое полимерное связующее 8-12, карбонизирующее вещество - многоатомный спирт 10-20, вспениватель 10-20, латентный источник органической кислоты 20-40, пигмент 4-7, наполнитель 8-10 и загуститель 0,1-0,5. Перед применением сухая составляющая краски разводится водой. Изобретение направлено на повышение огнезащитных свойств краски и прочности сцепления с защищаемой поверхностью, при этом обеспечивает уменьшение транспортных расходов, простоту применения и экономичность использования, а также увеличивает диапазон и арсенал использования.
60
Известен способ получения огнезащитной вспучивающейся композиции (Патент RU №2492200, 10.09.2013). Изобретение относится к области огнезащитных вспучивающихся композиций, используемых для снижения горючести и пожаростойкости материалов и конструкций. Способ получения огнезащитной вспучивающейся композициии на основе полимерного связующего, фосфата аммония, пентаэритрита, меламина и целевых добавок для стабилизации и придания декоративности включает дополнительное введение в композицию 3,0-7,0 мас.% кремнийорганических полимеров с главными цепями из чередующихся атомов кремния и кислорода и 0,02-0,07 мас.% фуллерена С. Техническим результатом изобретения является получение покрытия, обладающего различными прочностными свойствами: сохранение адгезии к защищаемой поверхности при высоких температурах, эластическая упругость образующегося пенококса.
Известен (http://www.himpark.ru/iceberg101.html) огнезащитный состав «Айсберг-101», представляющий собой атмосферостойкую огнезащитную краску с добавлением терморасширяющихся добавок, при воздействии открытого огня в условиях пожара, образующих плотный, негорючий пенококс, препятствующий нагреванию защищаемой конструкции и предотвращающий потерю ее несущей способности. Краска после высыхания образует устойчивое к механическим повреждениям покрытие. Состав не токсичен, не выделяет вредных веществ при нагревании, не образует токсичных соединений в присутствии других веществ и факторов.
Огнезащитный состав «Айсберг-101» предназначен для повышения предела огнестойкости несущих и ограждающих стальных строительных конструкций до 120 минут, железобетонных конструкций, на всех объектах гражданского и промышленного строительства, огнезащиты кабеля, воздуховодов, композитных (стеклопластиковых) материалов, деревянных конструкций.
Описание заявки иллюстрируется фиг. 1-3. На фиг. 1 изображена плоская защищаемая поверхность, покрытая предлагаемым огнезащитным покрытием (в момент начала воздействия на нее тепловым потоком). На фиг. 2 изображена плоская защищаемая поверхность, покрытая предлагаемым огнезащитным покрытием, в момент начала вскрытия оболочек микрокапсул, находящихся в матрице, и образования вспененного теплоизолирующего слоя (при постоянном воздействии на поверхность тепловым потоком). На фиг. 3 изображена плоская защищаемая поверхность, покрытая предлагаемым огнезащитным покрытием, после формирования вспененного теплоизолирующего слоя, равномерно распределенного на поверхности увеличившимся в объеме веществом (при постоянном воздействии на поверхность тепловым потоком).
Заявляемый способ нанесения микрокапсулированного агента на поверхность горючих и негорючих материалов (фиг. 1) может быть осуществлен с применением известных ранее (существующих) способов нанесения покрытий и включает в себя:
- подготовку поверхности 1, например, металлической конструкции и нанесение на нее первого слоя покрытия 2, например, антикоррозийного грунта;
- нанесение непосредственно на неподсохший (липкий) первый слой 2 (например, на антикоррозионное защитное покрытие) второго слоя огнезащитного в виде микрокапсулированного агента 3, оболочка 4 которого заполнена вспучивающимся веществом, например, вспучивающейся краской, образующим при нагревании вспучивающееся покрытие 5 в виде вспененного теплоизолирующего слоя. Микрокапсулированный агент 3 наносят в виде матрицы непосредственно на первый неподсохший (липкий) слой покрытия 2 перед его сушкой (фиг. 1). Сама подача микрокапсулированного агента 3 осуществляется пневматически путем выдавливания микрокапсул из специальной емкости сжатым газом;
- сушку покрытия производят при температуре ниже порога, при котором в веществе, заключенном в ядре микрокапсулы, происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, приводящих к образованию вспучивающегося покрытия.
Заявляемый способ создания огнезащитного вспучивающегося покрытия иллюстрируется следующим образом:
- создание огнезащитного покрытия 5 (фиг. 3) после вскрытия при нагревании оболочки микрокапсулированного агента 3 производят путем равномерного распределения на поверхности увеличившегося в объеме вспучивающегося вещества в два этапа. На первом этапе в момент начала вскрытия оболочек 4 микрокапсулированного агента 3 происходит (фиг. 2) образование фрагментов 6 вспененного теплоизолирующего слоя 5 над вскрывшейся оболочкой 4 микрокапсулированного агента 3. На втором этапе происходит формирование вспененного теплоизолирующего слоя 5 (фиг. 3), равномерно распределенного на поверхности 1 над первым слоем покрытия 2 увеличившимся в объеме вспучивающимся веществом. В заявляемом техническом решении в процессе объемного расширения вещества при образовании вспучивающегося покрытия 5 в виде вспененного теплоизолирующего слоя происходит его медленное «растекание» в межсотовое пространство с заполнением всех образовавшихся пустот, в результате чего создается легкое равномерное огнезащитное покрытие на поверхности конструкции любой конфигурации. Выделяющиеся флегматизирующие и ингибирующие процесс горения продукты не создают в больших зданиях и помещениях концентрации паров пожаротушащего агента, которая достигает величины пороговой огнегасящей концентрации.
Заявляемое техническое решение позволяет упростить конструкцию создаваемого защитного покрытия, исключить промежуточные сушки слоев, например, как это отмечено в техническом решении (Патент RU №2352601, 20.04.2009, МПК D09 5/18) и значительно уменьшает время его создания.
Процесс создания огнезащитного покрытия на поверхности согласно заявляемому способу может быть реализован без дополнительных материальных затрат.
Микрокапсулированный огнегасящий агент, согласно настоящему изобретению получаемый в виде сухого мелкодисперсного порошка, эффективен, удобен в эксплуатации и хранении, обладает хорошей совместимостью с красками, лаками и другими отверждаемыми полимерными матрицами с целью получения на поверхности горючих и негорючих материалов огнезащитных вспучивающихся покрытий при пожаре согласно заявляемому способу.
Вспучивающееся вещество, заключенное в оболочку микрокапсулы, например вспучивающаяся краска, изолировано от окружающей среды в замкнутом пространстве, практически исключающем «старение» указанного агента. При пожаре оболочка микрокапсулы в матрице нагревается и разрушается изнутри за счет того, что в веществе, заключенном в ядре микрокапсулы и обладающим большим коэффициентом объемного расширения при нагревании, происходит начало самопроизвольных химических реакций и физических процессов, приводящих к образованию вспучивающегося покрытия в виде вспененного теплоизолирующего слоя. Образовавшиеся при этом газо- и парообразные вещества идут как на образование вспененного теплоизолирующего слоя, так и на разрушение изнутри оболочки микрокапсулы совместно расширяющимся в объеме веществом.
Применение однослойной конструкции оболочки микрокапсулы позволяет получить при аномальном развитии пожара в зоне максимального прогрева оболочки ее термическое разрушение с быстрым образованием «пятна прогара», что приводит к интенсификации процесса образования огнезащитного вспучивающегося покрытия.
Способ получения микрокапсулированного огнегасящего агента согласно изобретению включает известные технологические операции, в которых могут быть введены элементы регулирования процессов для получения микрокапсул заданных параметров и свойств.
Процесс изготовления заявляемого микрокапсулированного агента для создания огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов с помощью способа его получения может быть реализован любым известным способом получения этого агента и включает в себя:
- стадию формирования микрокапсулы, при которой ее оболочка выполнена в виде однослойной конструкции, причем оболочка микрокапсулы в обычных условиях изолирует ядро от внешней среды и выполнена термически разрушаемой без взрывоподобного разрушения при заданной температуре срабатывания микрокапсулированного огнегасящего агента (как указано в прототипе - патент RU №2389525, 20.05.2010);
- стадию формирования ядра микрокапсулы, оболочка которой заполнена веществом, обладающим при нагревании внутри оболочки свойствами значительного увеличения в объеме с образованием газо- и парообразных веществ.
При этом на стадии формирования микрокапсулы ее оболочку выполняют однослойной, что позволяет интенсифицировать процессы нагрева ядра оболочки микрокапсулы и ее вскрытия.
Для создания матрицы можно использовать, по мнению автора изобретения, следующие материалы: полиэтилен, полипропилен и другие термопластичные полимеры, в которых отсутствует эффект «взрывного» разрушения материала.
Предлагаемое техническое решение позволяет сохранить огнестойкость деревянных и металлических конструкций, кабелей и других изделий в течение длительного периода времени их эксплуатации и снизить материальные затраты на поддержание в рабочем состоянии огнезащитных покрытий, получить легкое огнезащитное покрытие на поверхности горючих и негорючих материалов, а также свести до минимума контроль эффективности (качества) огнезащитных покрытий.
Таким образом, приведенный анализ современных теоретических представлений о механизмах создания эффективного огнезащитного покрытия на поверхности горючих и негорючих материалов и современных теоретических представлений о механизме вспучивания и старения огнезащитных покрытий, а также общеизвестные сведения из уровня техники и приведенное описание заявки на изобретение подтверждают, что предлагаемое техническое решение используется по прямому назначению с достижением указанного технического результата.
Вышеприведенные данные свидетельствуют о соответствии технического решения требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.