Огнестойкая теплозащитная лакокрасочная композиция
FIRE-RESISTANT HEAT-PROTECTIVE COATING COMPOSITION

Изобретение относится к области полимерных композиций, находящих применение в качестве красящих огнестойких, агрессивостойких материалов на основе эпоксидных олигомеров, применяемых в строительстве, авиастроении, электронике и др. отраслях, служащих для защиты деталей и конструкций, работающих в условиях повышенных температур.
Известен состав слабогорючей химически стойкой эпоксидно-каучуковой композиции, которая может быть использована для ремонта и восстановления строительных конструкций. Полимерная композиция содержит следующие компоненты, мас. %: 29,00-32,70 эпоксидной диановой смолы, 2,49-3,70 аминного отвердителя, 9,80-14,32 смеси бутадиен-нитрильного каучука и трихлордифенила, взятых в соотношении 1:1, 37,38-47,62 минерального наполнителя, 1,82-3,24 триоксида сурьмы, 5,15-9,74 галогенсодержащего антипирена, 0,87-2,18 смешанного железооксидного пигмента. В качестве галогенсодержащего антипирена используют 30-60% раствор продукта бромирования 1,1-дихлор-2,2-бис(4-хлорфенил)этилена, содержащего 50,44% брома, 22,38% хлора, 26,54% углерода и 0,64% водорода, в N,N-диметил-2,4,6-триброманилине. В композиции используют железооксидный пигмент, модифицированный неравновесной низкотемпературной плазмой в плазмохимическом растворе. Изобретение позволяет повысить прочность слабогорючих полимерных эпоксидно-каучуковых композиций [Патент RU 2495894, МПК C09D5/18; C09D 163/02, 2013].
Недостатками данной композиции является использование токсичных веществ, таких как триоксида сурьмы и галогенсодержащих антипиренов с содержанием 50,44% брома и 22,38% хлора, что нежелательно при эксплуатации таких материалов в строительной отрасли.
Известна огнестойкая композиция на основе эпоксидной диановой смолы (100,0 масс. ч.) содержащая отвердитель полиэтиленполиамин (15,0 масс. ч.) и наполнитель (5,0-20,0 масс. ч.). При этом композиция в качестве наполнителя содержит сшитый полиакриламид POLYSWELL, предварительно набухший в 20%-ном водном растворе фосфорборсодержащего метакрилата ФБМ при массовом отношении POLYSWELL: раствор ФБМ, равном 1:10 [Патент RU 2574270, МПК C08L 63/02; C09K 21/12; C08L 33/26; C08J 5/00, 2016]. Изобретение позволяет обеспечить повышение огнестойкости композитов на основе эпоксидной диановой смолы.
Применение наполнителя POLYSWELL позволяет получить трудногорючую композицию, однако данный наполнитель не является усиливающим, вследствие чего получаемые композиции не будут иметь высокого уровня механических свойств.
Известно теплозащитное покрытие, применяемое в гиперзвуковых летательных аппаратах, выполненное из чередующихся более 1 раза слоев эрозионностойкого высокотемпературного материала и аблирующего материала с малой плотностью и низкой теплопроводностью, например, типа «Термосил» или ВШ-27Ф, толщиной 2-3 мм [Патент RU 2749171, МПК В64С 1/38, 2021].
Недостатком данного покрытия является многостадийность и сложность технологического процесса нанесения.
Известна композиционная система, включающая два слоя теплозащитных композиций: нижний из активного противопожарного материала толщиной от примерно 1 до примерно 25 мм и верхний из абляционного противопожарного материала толщиной от примерно 1 до примерно 25 мм, который включает 7-40 мас. % жаростойких наполнителей и 5-30 мас. % пенообразователя. Система, нанесенная на подложку, обеспечивает эффективную защиту подложки в гипертепловых условиях [Патент RU 2303617, МПК C09D 5/18, C09D 163/00, 2007].
Недостатками данного изобретения являются многостадийность и сложность изготовления конечного изделия. А также существенное увеличение веса защищаемой поверхности.
Наиболее близкой является огнестойкая композиция на основе эпоксидной диановой смолы (100 масс.ч.), содержащей отвердитель - полиэтиленполиамин (10 масс. ч.), наполнитель гидроксосиликат магния или гидроксосиликат никеля (33 масс.ч.) и дибутилфталат (10 масс. ч.) [Патент RU 2688622, МПК C08L 63/00; C08L 63/02; C08K 13/02; C08K 3/016; C08K 3/22; C08K 3/36; C09K 21/12, 2019].
Недостатками данного технического решения является низкая адгезия композиции к металлическим изделиям за счет ее низкой полярности и высокого содержания малоактивного наполнителя.
Задачей изобретения является разработка состава огнестойкой теплозащитной полимерной композиции для лакокрасочных работ.
Техническим результатом является краска на основе эпоксидной диановой смолы, обладающая повышенной огнестойкостью и теплостойкостью.
Технический результат достигается при использовании огнестойкой лакокрасочной композиции на основе эпоксидной диановой смолы, содержащей пластификатор - дибутилфталат, отвердитель и необязательно наполнитель - гидроксосиликат магния, при этом композиция содержит краситель - глицинат меди(II), а в качестве отвердителя - 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.: эпоксидная диановая смола - 100, 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол - 10, глицинат меди(II) - 33, гидроксосиликат магния - 0 или 33, дибутилфталат - 10.
Сущность изобретения заключается в использовании красителя, который помимо своей основной функции обеспечивает снижение скорости линейного распространения пламени лакокрасочного покрытия из наполненной и ненаполненной композиции, обладая эффектом абляционной защиты.
Использование в качестве красителя глицината меди(II) обеспечивает совместимость органической части красителя с полимерной основой композиции - эпоксидиановой смолой. При этом происходит растворение красителя при незначительном увеличении вязкости композиции, что позволяет, при необходимости, дополнительно вводить наполнитель - гидроксосиликат магния, сохраняя цвет композиции.
Для создания композиции использовались:
Эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84);
Отвердитель - 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол (УП-606/2) (ТУ У 6-00209817.035-96);
Пластификатор - дибутилфталат (ДБФ) (ГОСТ 8728-88);
Наполнитель - гидроксосиликат магния, полученный посредством «горячего» синтеза по методике, представленной в статье [Влияние температуры синтеза на структуру и свойства силикатов переходных металлов / О.О. Тужиков и др. // В.: Известия ВолгГТУ - №4 (199) - 2017 - 75-82 с.].
Краситель - глицинат меди(II).
Составы полученных композиций представлены в таблице 1.
Заявленный состав позволяет получать окрашенный материал на основе эпоксидной диановой смолы, глицината меди(II) и гидроксосиликата магния с повышенной стойкостью к действию огня.
Огнестойкую композицию приготавливают в две стадии. На первой стадии в эпоксидиановую смолу в расчетных количествах вводится пластификатор, краситель и наполнитель (в соответствии с рецептурой по примеру 2 или без наполнителя - по примеру 1), после чего полученная масса перемешивается до однородного состояния. Затем вводят отвердитель и перемешивают композицию в течение 5 минут с последующей заливкой в формы для отверждения. Перед проведением исследований образцы в течение суток выдерживали в состоянии покоя при комнатной температуре (20±2°С), затем термостатировали при 80°С в течение 2 ч и кондиционировали при 23±2°С в течение 24 ч.
Результаты исследования полученных образцов и прототипа представлены в таблице 2.
Скорость распространения пламени оценивали в соответствии с ГОСТ Р 57924-2017.
Адгезию покрытия к стали оценивали в соответствии с ГОСТ 32702.2-2014.
Из данных таблицы 2 следует, что при использовании глицината меди(II) в качестве красителя, снижается скорость линейного распространения пламени полимерных композиций. Добавление глицината меди(II) придает ярко голубую окраску материалам, улучшает адгезию к стали, приводит к затуханию образцов. Его совместное использование с гидроксосиликатом магния также снижает значение скорости линейного распространения пламени по сравнению с образцом сравнения и улучшает адгезию к стали. При воздействии высоких температур образцы 1 и 2 имеют большие значения потери массы по сравнению с образцом сравнения за счет абляционного эффекта. Теплозащитное действие абляционных материалов основано на уносе вещества с поверхности твердого тела потоком горячего газа, что может приводить к изменению пограничного слоя, значительно уменьшающего теплопередачу к защищаемой поверхности. Изменение пограничного слоя в образцах 1 и 2, происходит только в присутствии глицината меди(II), который, при высокой температуре, подвергается деструкции до газообразных продуктов и металлической меди. Выделяющаяся медь, является катализатором процесса разложения композиционного материала, что приводит к соответствующей потере массы в образце 2. Подобное действие меди описано в источнике [Одностадийный синтез вторичных аминов из нитроаренов и альдегидов на нанесенных медных катализаторах в проточном реакторе: влияние носителя / Артюха Е.А., Нуждин А.Л., Бухтиярова Г.A., Деревянникова Е.А., Герасимов Е.Ю., Гладкий А.Ю., Бухтияров В.И. // Кинетика и катализ. 2018. Т. 59. №5. С. 583-590.].
Таким образом, огнестойкая лакокрасочная композиция на основе эпоксидной диановой смолы, содержащая пластификатор дибутилфталат, отвердитель - 2,4,6-трис(диметиламинометил)фенол, краситель - глицинат меди(II) и необязательно наполнитель гидроксосиликат магния при заявленном соотношении компонентов композиции, обладает повышенной огнестойкостью и теплостойкостью.