Терморасширяющийся огнезащитный пеноматериал
THERMALLY EXPANDING FIRE-RETARDANT FOAM MATERIAL

Изобретение относится к области огнезащитных вспенивающихся материалов, используемых для защиты от огня и предотвращения распространения пламени на объектах гражданского и промышленного строительства, морского и авиационного транспорта.
Известен огнезащитный материал, содержащий полихлоропреновый латекс - 5-25 мас. ч. (в пересчете на сухой остаток), окисленный графит - 25-60 мас. ч., полиакрилонитрил, целлюлозу, фенолформальдегидную смолу и др. Огнезащитный композит получают смешением компонентов, с дальнейшей прокаткой смеси на вальцах или нанесением при помощи ракеля на стекловолокно (патент US 5232976, МПК C09K 21/02, C09K 21/14).
Недостатком указанного материала является использование в его составе фенолформальдегидной смолы, повышающей токсичность продуктов сгорания. Кроме того, описанный способ получения позволяет получить материал толщиной не более 4 мм, что ограничивает области его применения.
Известна огнезащитная полимерная композиция на основе хлорсодержащего полимерного связующего, пластификатора, вспенивающихся наполнителей и смеси органических растворителей. Композиция в качестве вспенивающихся наполнителей содержит интеркалированный графит и смесь аммонийных солей, а также смесь меламина, параформа и щавелевой кислоты в заданном соотношении, при следующих соотношениях ингредиентов, масс. ч:
Хлорсодержащий полимер, выбранный из группы -
хлоропреновый каучук, поливинилхлорид,
перхлорвиниловая смола, хлорсульфированный,
хлорированный полиолефин или смеси из них
10-50
Пластификатор, выбранный из группы - хлорпарафин,
трихлорпропилфосфат или смеси из них
0-15
Аммонийные соли, выбранные из группы -
аммоний хромовокислый, карбонат аммония,
полифосфат аммония или смеси из них
0-30
Интеркалированный графит
2,5-45
Смесь меламина, параформа и щавелевой кислоты
10-40
Смесь органических растворителей, выбранных из группы -
нефрас, этилацетат, ацетон, циклогексанон,
толуол или смеси из них
0-50
(патент RU 2612720, МПК C09K 21/14, C09D 5/18, опубл. 13.03.2017 г.).
Известен огнезащитный состав, содержащий хлоропреновый каучук, хлорпарафин и интеркалированный графит. Дополнительно содержит полифосфат аммония, борат цинка и фенолформальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас. %:
хлоропреновый каучук
22,0-34,0
борат цинка
5,0-11,0
хлорпарафин
2,0-6,0
фенолформальдегидная смола
12,0-16,0
полифосфат аммония
12,0-16,0
интеркалированный графит
остальное
(патент RU 2320954, МПК F42B 39/14, C09K 21/1, опубл. 27.03.2008 г.).
Недостатки известных составов и материалов, изготовленных из них, заключаются в сложности приготовления состава в несколько этапов, металлоёмкостью и энергоёмкостью оборудования, получением материала с ограничением по толщине.
Задачей изобретения является создание пеноматериала, обладающего высокой огнезащитной способностью.
Технический результат - быстрый старт расширения в диапазоне температур 140-150С с образованием пенококса при воздействии огня на материал, стойкость материала к воздействию воды, бензина и масел, высокая механическая прочность.
Задача решается, а технический результат достигается составом для огнезащитного пеноматериала, включающим хлорсодержащее полимерное связующее, пенообразователь, вспенивающиеся наполнители, вулканизирующий агент, пластификатор, желеобразующие компоненты, причем в качестве хлорсодержащего полимерного связующего использован полихлоропреновый латекс, в качестве пенообразователя - окисленный графит, в качестве вспенивающихся наполнителей - анионные ПАВ, в качестве вулканизирующего агента - оксид цинка, в качестве пластификатора - мочевина и трихлорпропилфосфат, в качестве желеобразующих компонентов - сульфат калия и кремнефтористый натрий, а также диизоционат 4,4 дифенилметан как компонент-организатор биуретановых поперечных связей и удлинения цепей, при следующих соотношениях компонентов, в мас. %:
окисленный графит - 55-60,
мочевина - 3-5,
анионные ПАВ - 5-7,
оксид цинка - 1-3,
сульфат калия - 1-3,
кремнефтористый натрий - 1-3,
диизоционат 4,4 дифенилметан - 10-15,
трихлорпропилфосфат - 1-3,
Полихлоропреновый латекс - остальное.
Согласно изобретению состав дополнительно содержит растворитель - этилацетат.
Технический результат достигается следующим.
Латекс при коагуляции преобразуется в полихлоропреновый каучук, что в сочетании с окисленным графитом обеспечивает защиту от огня широкого круга горючих материалов путем увеличения объёма до 2000% и образования теплозащитного слоя расширенного графита. При длительном взаимодействии огня связующее недостаточно прочно удерживает частицы графита, материал осыпается, что в свою очередь ухудшает его огнезащитные свойства. Для решения этой проблемы в состав вводится диизоционат 4,4 дифенилметан, который при действии температур выше 120°С реагирует с биполярными соединениями, создавая вулканизационные сетки. Таким образом, под действием огня на пеноматериал получается устойчивый пенококс, который увеличивает механическую прочность теплозащитного слоя благодаря снижению эрозионного уноса частиц расширенного графита, что повышает огнестойкость материала.
Заявляемый состав обеспечивает получение пеноматериала, стойкого к воздействию воды, бензина и масел, а также отсутствие выделения вредных веществ.
Указанные диапазоны содержания компонентов выбраны авторами исходя из следующего.
Нежелательно содержание окисленного графита в композиции в количестве менее 50 %, так как это приводит к снижению огнезащитной способности готового пеноматериала.
Заявляемый состав позволяет получить стабильную, устойчивую и не оседающую массу вспененной композиции до ее коагуляции. Наличие в составе окисленного графита не позволяет вспенить массу выше 300%. Увеличение концентрации ПАВ выше 5% приводит к оседанию чешуек графита, желеобразованию а так же неравномерности пор. Но поскольку реакция происходит в присутствии диизоционат 4,4 дифенилметан (МДИ), который при взаимодействии с водной дисперсией латекса выделяет СО2, это влечет за собой дополнительное порообразование и достижение высокого процента вспенивания массы до 1000%. Также одновременно образуются биуретановые поперечные связи, что приводит к быстрой коагуляции глобул каучука в латексе. Следовательно, благодаря использованию МДИ в композиции получается эластичный пеноматериал различной плотности с равномерной пористой структурой.
3
3.
3
Пеноматериал из заявляемого состава получают методом механического вспенивания всей массы в закрытой емкости высокоскоростным миксером со скоростью не менее 700 об/мин. Полученный материал обладает плотностью от 180 кг/м до 600 кг/м И может быть получен в виде листов или рулонов толщиной от 0.5-10 мм или в виде блоков объемом до 2 м с последующей возможностью резки на нужные размеры.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. Изготовление огнезащитного пеноматериала в виде блока (содержание компонентов в мас. %).
На 16% полихлоропренового латекса берут 3% мочевины, анионные ПАВ - 5%, 1% оксида цинка, 1% сульфата калия, 1% кремнефтористого натрия и 3% трихлорпропилфосфата. Состав перемешивается в смесителе в течение 5-7 минут со скоростью 60-80 об/мин до полного растворения компонентов. Затем добавляют 10% диизоционата 4,4 дифенилметана, 60% гр. окисленного графита и при скорости 750 об/мин смесь вспенивается в течении 2-3 минут. Далее полученная масса выливается в формы, заранее изготовленные из любого доступного материала, где находится неподвижно 6-8 часов до полной коагуляции состава. Готовый пеноматериал извлекают из форм и сушат при температуре 80-90.
Пример 2. Изготовление огнезащитного пеноматериала в виде листов или рулонов.
Приготовление, расход массовых частей компонентов и вспенивание состава осуществляется, как в вышеуказанном примере №1. Далее приготовленная вспененная масса порционно подается между двух горизонтально расположенных валков, купающихся в 5% растворе хлористого кальция. Материал ложится на предварительно заправленную ткань (бумагу, самоклеящуюся пленку или стеклоткань), затем проходит тоннельную сушку и направляется в намоточное устройство. Между валками устанавливается зазор необходимой величины с учетом 5-10% усадки готового пеноматериала при высыхании. При попадании в раствор хлористого кальция и прохождения между валками вспененная масса активно коагулируется и одновременного формируется полотно с заданными параметрами толщины.
Таким образом, использование изобретения позволяет создать пеноматериал, обладающий высокой огнезащитной способностью, имеющий быстрый старт расширения в диапазоне температур 140-150С с образованием пенококса при воздействии огня на материал, обладающий стойкостью к воздействию воды, бензина и масел, высокой механической прочностью.