ОГНЕЗАЩИТНАЯ ВСПУЧИВАЮЩАЯСЯ КОМПОЗИЦИЯ
FIRE-RETARDANT INTUMESCENT COMPOSITION

Изобретение относится к огнезащитным вспучивающимся композициям для получения покрытий, которые могут быть использованы в строительстве, авиастроении, автомобилестроении, химической промышленности для защиты от воздействия огня в условиях пожара стальных и металлических поверхностей.
Известен состав для получения огнезащитных покрытий, предназначенных для защиты несущих металлических конструкций от действия пламени, включающий интеркалированный графит, трикрезилфосфат, гидроокись алюминия, борат цинка, органобентонит, отвердитель, эпоксидная смола (Патент РФ 2387693, МПК C09D 5/18, C09D 163/00, C09D 163/02, C08K 3/04, опубл. 27.04.2010).
Однако недостатком состава являются неудовлетворительные огнезащитные свойства.
Известно огнезащитное покрытие для нанесения на поверхность несущих металлических конструкций. Огнезащитная композиция содержит эпоксидную смолу, отвердитель, гидроокись алюминия, систему антипиренов, состоящую из полифосфата аммония, меламина и пентаэритрита, диоксид титана в качестве УФ-фильтра, меламин борат и растворитель (Патент РФ 2500703, МПК C09D 5/18, C09D 163/00, опубл. 10.12.2013).
Недостатками огнезащитной композиции являются использование растворителя (ксилол, толуол) при изготовлении, длительность процесса и невысокие огнезащитные свойства композиции.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является огнезащитная вспучивающаяся композиция, включающая эпоксидную смолу, аминный отвердитель, полифосфат аммония, триглицидилфосфат, полиаминометиленфосфонат натрия, углеродные нанотрубки и пентаэритрит (Патент РФ 2425078, МПК C09D 5/18, C09D 163/02, C09K 21/14, опубл. 27.07.2011).
Однако данная огнезащитная вспучивающаяся композиция имеет небольшой коэффициент вспучивания покрытия, что не обеспечивает ей достаточные огнезащитные свойства.
Задачей изобретения является создание огнезащитной композиции с высокой степенью вспучивания.
Техническим результатом изобретения является огнезащитное вспучивающееся покрытие с повышенными огнезащитными свойствами.
Технический результат достигается тем, что огнезащитная вспучивающаяся композиция, включающая эпоксидную смолу ЭД-20, полифосфат аммония, пластификатор, углеродный материал и пентаэритрит, при этом дополнительно содержит смесь борат метилфосфита с глицерином при их массовом отношении 1:1 и белую сажу, в качестве полифосфата аммония содержит полифосфат аммония, модифицированный меламином, в качестве пластификатора - трихлорпропилфосфат, а в качестве углеродного материала - интеркалированный графит, при следующем соотношении компонентов, мас. ч.;
Эпоксидная смола ЭД-20
100
Трихлорпропилфосфат
10
Полифосфат аммония, модифицированный меламином
20-30
Пентаэритрит
15-20
Белая сажа
2
Интеркалированный графит
3
Борат метилфосфита
7,5-8,25
Глицерин
7,5-8,25
Эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) является основой огнезащитной вспучивающейся композиции, вяжущим в композиции и выполняет в ней функции пленкообразователя.
Белая сажа БС-100 (ГОСТ 18307-78) является загустителем и придает тиксотропную структуру заявленной композиции.
Наноструктурированный интеркалированный графит Graft EG 803 - терморасширяющийся графит. Введение в состав композиции интеркалированного графита позволяет улучшить ее вспучивающиеся свойства. Использовали интеркалированный графит со степенью расширения 95 мл/гр при 350°C.
Полифосфат аммония, модифицированный меламином марки APP 101R, выполняет в композиции функции пенообразователя. В условиях высоких температур он выделяет негорючий газ, способствующий вспениванию композиции.
Пентаэритрит - карбонизирующееся соединение является источником углерода и обеспечивает образование коксового каркаса покрытия.
Борат метилфосфита - фосфорборсодержащий олигомер (ФБО) (ТУ-40-461-806-66-07), помимо известной огнезащитной функции (Пат. РФ 2254341 C1, C08B 15/05, опубл. 20.06.05) выполняет в составе композиции функции катализатора коксообразования и отвердителя.
Глицерин (ГОСТ 6259-75) в смеси с ФБО выполняет функции отвердителя композиции.
Пример 1. Композиция готовится следующим образом. Эпоксидную смолу ЭД-20 100 г смешивают с 30 г полифосфата аммония, модифицированного меламином, 20 г пентаэритрита и 2 г белой сажи, затем добавляют 3 г интеркалированного графита Graft EG 803, предварительно диспергированного в 10 г трихлорпропилфосфата. Перед использованием в полученную композицию вводят смесь из 8,25 г бората метилфосфита и 8,25 г глицерина. Композицию наносят шпателем на образец металла толщиной слоя 2-2,1 мм и отверждают при комнатной температуре в течение двух суток.
С целью определения эффективности разработанной огнезащитной вспучивающейся композиции были проведены испытания огнезащитного вспучивающегося покрытия, нанесенного на образцы металла Ст 3 размером: длина - 70 мм, ширина - 70 мм, толщина - 3,1-3,2 мм. Испытания проводились путем воздействия на образец источником открытого огня. Установка для испытаний собрана на базе лабораторного химического штатива и установлена в хорошо проветриваемом помещении. Толщина огнезащитного покрытия 2-2,1 мм. Заявленная толщина покрытия объясняется тем, что при уменьшении толщины покрытия не достигаются необходимые огнезащитные свойства, а увеличение толщины покрытия ведет к возрастанию времени отверждения композиции. Перед измерениями исследуемые образцы высушиваются при комнатной температуре не менее двух суток. Воздействие пламени на огнезащитное покрытие осуществляется строго перпендикулярно его поверхности.
При этом используется газовая горелка с принудительной подачей воздуха, снабженная насадкой с диаметром отверстия 7 мм, установленная на расстоянии не менее 200 мм от образца, и обеспечивается высота пламени 150-180 мм. Пламя направляют точно в центр закрепленного образца металла с нанесенным огнезащитным покрытием. Воздействие на образец пламенем горелки осуществляется в течение 60 секунд.
Измерение температуры необогреваемой стороны образца проводится прибором - пирометр С-300.3 (ГОСТ 28243-96 «Пирометры. Общие технические требования»). По окончании воздействия замеряют высоту образовавшегося кокса. По изменению толщины образца до и после испытания и рассчитывают степень вспучивания покрытия.
2
4
Исследование стойкости к термоокислительной деструкции огнезащитной вспучивающейся композиции проводили следующим образом: изготавливали прямоугольные образцы толщиной 2-2,1 мм из огнезащитной вспучивающейся композиции весом 0,3-0,5 г каждый. Образцы помещали в керамические тигли и далее в муфельную печь, предварительно нагретую до 500°C. Время выдержки образцов составляло 30 минут. По истечении времени образцы извлекались из муфельной печи, охлаждались в эксикаторе над HSO(конц.) и повторно взвешивались. Коксовый остаток определяли по относительному уменьшению массы образцов.
Примеры 2-11. Композиции готовятся аналогично примеру 1. Соотношения компонентов приведены в таблице 1.
Испытания на огнезащитные свойства проводились согласно указанным выше методикам. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Совокупное содержание полифосфата аммония, модифицированного меламином, в пределах 20-30 мас. ч., пентаэритрита в пределах 15-20 мас. ч. в сочетании с остальными компонентами композиции при повышенных температурах обеспечивают протекание эндотермических реакций с выделением газовых ингибиторов горения и интенсивным вспениванием покрытия, повышающим тепло- и огнезащитные свойства образующегося пенококса.
Уменьшение содержания полифосфата аммония, модифицированного меламином, и пентаэритрита приводит к снижению степени вспучивания и понижению тепло- и огнезащитных свойств покрытия. Увеличение содержания меламина - вспучивающегося агента, приводит к изменению механических свойств пенококса.
Уменьшение содержания смеси бората метилфосфита и глицерина менее заявленного приводит к снижению огнестойкости и недостаточной степени отверждения композиции. Использование больше заявленного содержания в смеси приводит к выпотеванию избытка бората метилфосфита.
Совокупное содержание полифосфата аммония, модифицированного меламином, пентаэритрита, бората метилфосфита и глицерина в заявляемых количествах в результате синергетического эффекта позволяет усилить свойства друг друга и достичь высоких огнезащитных свойств композиции.
Таким образом, заявленная огнезащитная вспучивающаяся композиция обеспечивает образование вспучивающегося покрытия, обладающего высокими огнезащитными свойствами.