КОМПОЗИЦИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОЛИУРЕТАНОВОГО ПОКРЫТИЯ
COMPOSITION OF FIRE-PROTECTIVE POLYURETHANE COATING

Изобретение относится к композициям покрытий для металлических и иных строительных конструкций, замедляющим их нагревание и преждевременное обрушение при пожаре, и может быть использовано в строительстве.
Известны композиции на основе различных полимерных материалов, содержащие компоненты, препятствующие их возгоранию в условиях пожара - антипирены (В.И. Кодолов. Замедлители горения полимерных материалов. - М.: Химия, 1980, с. 220-257; С.М. Ломакин, Г.Е. Заиков и др. Замедлители горения для полимеров. - Вестник Казанского технологического университета, 2012, т. 15, №7, с. 71-86).
Известна композиция огнезащитного полиуретанового покрытия, включающая гидроксильный компонент, изоцианатный компонент, терморасширяемый графит, красный фосфор, трихлорпропилфосфат, гидроксиды магния и алюминия, соединения брома и бора, целевые добавки (US 2014/0141161, C09D 5/18, B05D 1/02, 2014). Присутствие красного фосфора может приводить к недостаточной эффективности огнезащитного действия и даже к воспламенению покрытия в условиях пожара.
Наиболее близкой к предложенной является известная композиция огнезащитного полиуретанового покрытия, включающая гидроксильный компонент, изоцианатный компонент, терморасширяемый графит, полифосфат, неорганический компонент и целевые добавки (ЕР 3026087, C09D 5/18, C09D 175/02, C09D 175/04, 2016). В этой композиции терморасширяемый графит используется как основной компонент, обеспечивающий огнезащитное действие. В качестве полифосфатов используются фосфинаты, фосфаты или политрифосфаты алюминия, полифосфаты аммония, красный или белый фосфор, триметил-, трифенил- или трикрезилфосфат, триметилфосфит, взятые в количестве 40-60 мас. ч. на 100 мас. ч. терморасширяемого графита. В качестве неорганических компонентов используются триоксид сурьмы, гидроксид магния или алюминия, карбонат магния, борат цинка, нитрид бора в количестве 20 мас. ч. на 100 мас. ч. терморасширяемого графита.
Как указано в данном источнике информации, огнезащитное действие композиции испытывалось в соответствии с процедурой, предусмотренной стандартом DIN 4102-1 для материалов класса В2, к которому относятся горючие строительные материалы. Данная процедура позволяет только установить, воспламеняется или не воспламеняется материал при действии открытого пламени газовой горелки в течение 15 с. Если в этих условиях покрытый материал не воспламеняется, считают, что покрытие оказывает достаточное огнезащитное действие.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании такой композиции огнезащитного полиуретанового покрытия, которая обеспечивала бы относительно длительную устойчивость металлических конструкций в условиях пожара, так как при пожаре вследствие нагревания металла до высоких температур снижается его предел текучести, что может привести к потере несущей способности конструкции и ее обрушению.
Для решения этой задачи предложена композиция огнезащитного полиуретанового покрытия, включающая гидроксильный компонент, изоцианатный компонент, терморасширяемый графит, полифосфат аммония, неорганический компонент и целевые добавки, отличающаяся тем, что она содержит диоксид титана в качестве неорганического компонента при следующем соотношении компонентов (мас. %):
гидроксильный компонент
30-40
изоцианатный компонент
22-28
терморасширяемый графит
10-14
полифосфат аммония
17-27
диоксид титана
4,5-5,5
целевые добавки
0,5-1
Оказалось, что при использовании диоксида титана в качестве неорганического компонента и одновременном изменении соотношения компонентов до 170-220 мас. ч. полифосфата аммония на 100 мас. ч. терморасширяемого графита (по сравнению с 40-60 мас. ч. на 100 мас. ч. в известной композиции) удается существенно повысить огнезащитное действие композиции при ее использовании для защиты металлических конструкций.
Композиция согласно изобретению содержит компоненты, доступные на рынке. В качестве гидроксильных (полиольных) и изоцианатных компонентов используют продукты, обычно применяемые при получении покрытий, например полиолы Voranol фирмы Dow и изоцианаты Desmodur фирмы Bayer. Также широко известны на рынке полифосфат аммония FR CROS 484 фирмы Budenheim, терморасширяемый графит EG-250 и диоксид титана пигментный TiOx-230, выпускаемые различными фирмами. В качестве целевых добавок используют вещества, способствующие взаимному диспергированию компонентов и улучшающие реологические свойства композиции, например добавки BYK для покрытий, выпускаемые фирмой BYK-Chemie.
Композицию готовят следующим образом. С помощью любых подходящих устройств в полиольном компоненте диспергируют полифосфат аммония, терморасширяемый графит, диоксид титана и целевые добавки. После этого полученную дисперсию и изоцианатный компонент смешивают и тотчас же наносят на покрываемую поверхность. При этом предпочтительно использовать двухкомпонентные распылители, например, GRACO ХР 70 (http://www.graco.com/ru/ru/search.html) или иные аналогичные устройства.
Сущность изобретения иллюстрируется приведенными ниже примерами.
Пример 1. В 35 мас. ч. полиольного компонента Voranol CP 450 растворяют 0,2 мас. ч. добавки BYK-108, затем последовательно суспендируют 22 мас. ч. полифосфата аммония FRCROS 484, 5,5 мас. ч. диоксида титана TiOx-230, 12 мас. ч. графита терморасширяемого EG-250 и 0,3 мас. ч. добавки BYK-410. После гомогенизации полученную смесь быстро перемешивают с 22 мас. ч. изоцианатного компонента Desmodur 44V201 и быстро наносят на поверхность образца - стальной пластины толщиной 2 мм и размером 155 × 85 мм. Толщина нанесения покрытия - 2 мм. Состав нанесенной композиции, мас. %:
полиольный компонент
35
изоцианатный компонент
25
полифосфат аммония
22
диоксид титана
5,5
графит терморасширяемый
12
добавка BYK-410
0,3
добавка BYK-108
0,2
Нанесенное на пластину покрытие высушивают в течение суток и подвергают испытанию его теплоизолирующих свойств. В ходе испытания покрытую сторону образца подвергают нагреву от источника с температурой 800-900°С, позволяющей в промежуток времени испытаний максимально приблизиться к значениям температур стандартного пожара. В процессе нагревания образца определяют время прогрева его непокрытой стороны до температуры 500°С, являющейся критической температурой образца (КТО) - при дальнейшем повышении температуры предел текучести стали резко падает. Время достижения КТО составляет 22 мин.
Пример 2. Композицию получают, наносят и испытывают аналогично примеру 1. Состав нанесенной композиции, мас. %:
полиольный компонент
32
изоцианатный компонент
22
полифосфат аммония
27
диоксид титана
5,5
графит терморасширяемый
12,5
добавка BYK-410
0,5
добавка BYK-108
0,5
Время достижения КТО - 18 мин.
Пример 3. Композицию получают, наносят и испытывают аналогично примеру 1. Состав нанесенной композиции, мас. %:
полиольный компонент
40
изоцианатный компонент
28
полифосфат аммония
17
диоксид титана
4,5
графит терморасширяемый
10
добавка BYK-410
0,3
добавка BYK-108
0,2
Время достижения КТО - 20 мин.
Пример 4 (сравнительный). Композицию известного состава получают и испытывают аналогично примеру 1. Состав нанесенной композиции, мас. %:
полиольный компонент
35
изоцианатный компонент
25
полифосфат аммония
12
гидроксид алюминия
4,5
графит терморасширяемый
23
добавка BYK-410
0,3
добавка BYK-108
0,2
Время достижения КТО - 14 мин.
Таким образом, предложенная композиция позволяет, по сравнению с известной, увеличить время достижения КТО в 1,3-1,6 раза.