Огнезащитная вспучивающая композиция
FIRE-RETARDANT INTUMESCENT COMPOSITION

Изобретение относится к огнезащитным вспучивающимся композициям, покрытия из которых могут эффективно применяться в нефтегазовой отрасли, химической промышленности для защиты от воздействия огня в условиях пожара металлических поверхностей.
По патенту RU 2387693 известен состав для получения огнезащитного покрытия на металлических конструкциях, содержащий эпоксидную смолу, отвердитель, интеркалированный графит и фосфорсодержащее соединение, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гидроокись алюминия, борат цинка и органобентонит, а в качестве фосфорсодержащего соединения - трикрезилфосфат при следующем соотношении компонентов, мас.ч: интеркалированный графит 20-50, трикрезилфосфат 25-40, гидроокись алюминия 30-45, борат цинка 10-35, органобентонит 1,5-3,0, отвердитель 30-35, эпоксидная смола до 100, состав дополнительно содержит 5,0-30,0 мас.ч. микросфер.
Недостатком известного состава являются неудовлетворительная адгезия к металлическим и бетонным поверхностям.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является известная по патенту RU 2425078 огнезащитная вспучивающая композиция, включающая эпоксидную смолу, аминный отвердитель, полифосфат аммония, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит триглицидилфосфат, полиаминометиленфосфонат натрия, углеродные нанотрубки и пентаэритрит при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: эпоксидная смола 100, полифосфат аммония 15-25, триглицидилфосфат, полиаминометиленфосфонат натрия 5-10, пентаэритрит 10-20, углеродные нанотрубки 0,01-0,1, аминный отвердитель 22-28.
Недостатком известной композиции является недостаточный коэффициент вспучивания покрытия, что не обеспечивает ей необходимые огнезащитные свойства.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение степени вспучивания и улучшение адгезии к металлическим и бетонным поверхностям.
Технический результат достигается тем, что огнезащитная вспучивающая композиция, включающая эпоксидную смолу, полифосфат аммония, пентаэритрит и отвердитель, согласно изобретению, дополнительно содержит полые микросферы из алюмосиликатного стекла, меламин, хлорпарафин, химически модифицированный монтмориллонит и интеркалированный графит, а в качестве отвердителя используется полиамидная смола, при этом компоненты взяты в следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Полифосфат аммония
25-30
Меламин
10-15
Пентаэритрит
15-20
Хлорпарафин
7-10
Интеркалированный графит
3
Химически модифицированный монтмориллонит
3-5
Полые микросферы из алюмосиликатного стекла
4-7
Полиамидная смола
15
Эпоксидная смола
остальное
Совокупное содержание полифосфата аммония в пределах 25-30 мас. ч., меламина в пределах 10-15мас. ч., пентаэритрита в пределах 15-20мас. ч., интеркалированного графита в количестве 3 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.
Использование в композиции химически модифицированного монтмориллонитав пределах 3-5 мас. ч. обеспечивает повышение адгезии покрытия к защищаемой поверхности, улучшает реологические свойства композиции.
Совокупное содержание полифосфата аммония, меламина, пентаэритрита, интеркалированного графита, хлорпарафина и химически модифицированного монтмориллонита в заявляемых количествах в результате синергетического эффекта позволяет усилить свойства друг друга, обеспечить высокую адгезию и достичь высоких огнезащитных свойств композиции.
Эпоксидная диановая смола марки ЭД-20 (ГОСТ 10587-84) является пленкообразователем огнезащитной вспучивающейся композиции.
Полифосфат аммония марки Exflam АРР 201 выполняет в композиции функции пенообразователя. В условиях высоких температур он выделяет негорючий газ, способствующий вспениванию композиции.
Меламин марки METOPAC MMSCC99 используется в композиции в качестве вспенивающего агента.
Пентаэритрит (ГОСТ 9286-2012) - карбонизирующееся соединение, является источником углерода, обеспечивает образование коксового каркаса покрытия.
Хлорпарафин - химическое соединение, полученное путем хлорирования жидких парафинов; используется в качестве пластификатора.
Наноструктурированный интеркалированный графит Graft EG 803 - терморасширяющийся графит. Введение в состав композиции интеркалированного графита позволяет улучшить ее вспучивающиеся свойства. Применен интеркалированный графит со степенью расширения 95 мл/гр при 350°C.
Химически модифицированный монтмориллонит марки Монамет 103 придает тиксотропную структуру огнезащитной композиции, увеличивает адгезию композиции к металлам и бетону.
Микросфера марки МС позволяет понизить плотность материала. Удерживаемый микросферами воздух создает теплостойкий барьер вокруг защищаемой от огня поверхности. Микросферы представляют собой застывший расплав алюмосиликатного стекла (керамики) в виде полых шариков диаметром от 5 до 250 мкм со сплошными непористыми стенками толщиной от 2 до 10 мкм, заполненных азотом или двуокисью углерода. Сферическая форма микросфер улучшает текучесть материалов, обеспечивает лучшее распределение по форме и эффективное заполнение объема частицами, уменьшает усадку.
Полиамидная смола марки ПО-300- продукт взаимодействия полимеризованных жирных кислот растительных масел и полиэтиленполиаминов - применяется в качестве отвердителя огнезащитного состава.
Таким образом, заявленная огнезащитная вспучивающаяся композиция обеспечивает образование вспучивающегося покрытия, обладающего высокими огнезащитными свойствами и превосходной адгезией к защищаемой поверхности.
Пример 1. Композиция изготавливается следующим образом:
Компонент 1. Эпоксидную смолу ЭД-20 100 г смешивают с 7 г хлорпарафина, 3 г химически модифицированного монтмориллонита, 25 г полифосфата аммония, 10 г меламина, 15 г пентаэритрита, затем добавляют 3 г интеркалированного графита Graft EG 803 и 4 г микросферы. Перед использованием в полученную композицию вводят 15 г полиамидной смолы. Композицию наносят (намазкой, заливкой, распылением) на образец металла толщиной слоя 2-2,1 мм и отверждают при комнатной температуре в течение двух суток.
Теплоизолирующие свойства огнезащитных покрытий по металлу определяли в соответствии с методикой ВНИИПО [ВНИИПО, 1998. Определение теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий по металлу. Методика].
Сущность метода заключается в определении времени прогрева необогреваемой стороны образца до критической температуры (для стали + 500°С) в процессе испытаний, которые проводятся по заданному температурному режиму.
По изменению толщины образца до и после испытания и рассчитывают коэффициент вспучивания покрытия.
Измерение адгезии проводится методом отрыва, суть которого состоит в измерении растягивающего усилия, достаточного для отделения покрытия от поверхности, на которую покрытие нанесено.
Толщина не стекающего мокрого слоя характеризует реологические свойства композиции. Композицию наносят на металлическую пластину с помощью аппликатора. Затем пластину ставят в вертикальное положение и после выдержки течение 1 ч при температуре 20±2°С осматривают состояние пленки на наличие подтеков. За предельную толщину не стекающего мокрого слоя принимают максимальную толщину щели аппликатора, при котором не наблюдается стекания композиции.
Примеры 2-9. Композиции готовятся аналогично примеру 1. Соотношения компонентов приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Состав
Содержание компонентов, масс. ч.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Эпоксидная смола ЭД-20
до100
до100
до100
до100
до100
до100
до100
до100
до100
Полифосфат аммония
25
25
25
28
28
28
30
30
30
Меламин
10
10
10
12
12
12
15
15
15
Пентаэритрит
15
15
15
18
18
18
20
20
20
Хлорпарафин
7
7
7
7
7
7
7
7
7
Интеркалированный графит
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Химически модифицированный монтмориллонит
3
4
5
3
4
5
3
4
5
Полые микросферы из алюмосиликатного стекла
4
4
4
4
4
4
4
4
4
Полиамидная смола
15
15
15
15
15
15
15
15
15
Испытания на огнезащитные свойства проводились согласно указанной выше методике. Результаты испытаний представлены в таблице 2.
Таблица № 2
Свойства
Показатель по параметрам
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Адгезия, МПа
5
7
8
7
7
8
8
9
11
Толщина нестекающего мокрого слоя, мм
2,5
4,0
5,0
2,5
3,5
5,0
2,5
4,0
5,0
Коэффициент вспучивания покрытия
6
8
8
7
9
10
10
10
12
Время достижения на подложке 500°С, мин.
40
42
45
42
44
46
42
47
48