СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
FIRE-RESISTANT COATING COMPOSITION

Изобретение относится к составам для получения огнезащитных покрытий, предназначенных для защиты несущих металлических конструкций от действия пламени.
Для защиты от действия огня в последнее время получили широкое распространение композиции на основе эпоксидных смол и интеркалированного графита. Под интеркалированным графитом понимается широкий круг химических соединений - продуктов внедрения в графитовую матрицу атомных и/или молекулярных систем, обладающих способностью к термовспениванию - многократному увеличению объема при нагревании за счет термического диспергирования частиц графита до наноразмеров.
К таким соединениям относятся, например, бисульфат графита, нитрат графита, т.н. окисленный графит, графит, модифицированный уксусной кислотой, и др.
Известен огнезащитный материал, содержащий 50-150 мас.ч. модифицированного ледяной уксусной кислотой окисленного графита со степенью расширения при 150°С более 40, полимерное связующее, представляющее собой эластомер (хлоропреновый или бутадиен-нитрильный каучук) в смеси с фенолформальдегидной смолой и эпоксидным олигомером. Кроме того, материал содержит органический растворитель - этиловый эфир уксусной кислоты и дополнительно ароматический амин. Из этого материала получают краску или покрытие в зависимости от количества вводимого растворителя (RU 2130953).
Известен состав для получения огнезащитных покрытий, содержащий эпоксидную смолу (100 ч.), фосфорное соединение (25-200 ч.), нейтрализованный интеркалированный расширяющийся при нагреве графит (10-150 ч.), неорганический наполнитель (10-200 ч.) и вспенивающийся агент (2-50 ч.). Полученный состав обладает улучшенной огнестойкостью (см. JP 2003064209).
Известен состав для получения огнезащитных покрытий, содержащий на 100 ч. эпоксидной смолы 200-600 ч. других компонентов, включающих: 15-40 ч. нейтрализованного термически расширяющегося графита, 20-30 ч. стеклянного компонента в виде стеклянных нарезанных прядей или стеклянного порошка, 30-500 ч. неорганического наполнителя (карбоната металла), 50-150 ч. фосфорного соединения, причем соотношение графита и суммы стеклянного компонента и фосфорного соединения составляет от 1:3 до 1:100. Данный состав обеспечивает устойчивую к пламени композицию, образующую при воздействии огня защитный каркас, сохраняющий в течение длительного времени свою форму (см. JP 2000239492).
К недостаткам известных составов относятся их низкая атмосферо- и водостойкость.
Задачей изобретения является повышение атмосферо- и водостойких свойств состава и покрытия при сохранении или улучшении его огнезащитных свойств.
Поставленная задача решается составом для получения огнезащитного покрытия на металлических конструкциях, содержащим эпоксидную смолу, отвердитель, интеркалированный графит и фосфорсодержащее соединение, в соответствии с которым 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
100
В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что состав содержит эпоксидную смолу малой вязкости.
Состав может дополнительно содержать 5,0-30,0 мас.ч. микросфер.
Сущность изобретения состоит в следующем.
В условиях пожара интеркалированный графит бурно расширяется с получением пенографита. Частицы пенографита состоят из «пачек» слоев графита, имеющих размер до 100 нм, чередующихся с воздушными прослойками. Такая наноструктура позволяет образовать «шубу» на защищаемой поверхности, препятствующую дальнейшему распространению пламени. Эпоксидная смола в данном составе выполняет функции связующего. При высоких температурах этот полимер склонен к реакциям поликонденсации и циклизации, при этом он коксуется с образованием углеродного скелета. В заявляемом составе в качестве связующего целесообразно использовать эпоксидную смолу - продукт полимеризации эпихлоргидрина с динамической вязкостью 0,5-5,0 Па·с. Данный полимер обладает хорошей текучестью, что упрощает технологию получения состава и не требует специального оборудования. Идеальным отвердителем для такого состава является эвтектическая смесь ароматических аминов.
Трикрезилфосфат в составе выполняет функции дополнительного негорючего разбавителя.
В качестве структурирующего агента для данного состава используют борат цинка, позволяющий упрочить коксовый каркас. Борат цинка также обладает антипиреновыми свойствами и позволяет снизить или исключить горючесть органических компонентов состава и тем самым обеспечить его высокую надежность при огнезащите.
Гидроокись алюминия обладает антипиреновыми и высокими дымопоглощающими свойствами.
Аналогичными свойствами также обладает гидроокись алюминия.
Органобентонит также является универсальным структурообразователем. Он придает тиксотропную структуру заявляемому составу, а также одновременно является загустителем. Введение в состав органобентонита позволяет улучшить тиксотропные свойства состава - при нанесении состава на защищаемую металлическую поверхность он не стекает с нее. Органобентонит также повышает термостабильность и седиментационную устойчивость состава.
Соотношения содержания компонентов выбраны из следующих соображений.
Введение интеркалированного графита в состав в количестве, меньшем чем 20 мас.ч., приводит к снижению огнезащитных свойств материала вследствие его более высокой теплопроводности, а в количестве, большем чем 50 мас.ч., приводит к снижению теплозащитных свойств материала за счет снижения каркасности пенококса.
Содержание трикрезилфосфата в интервале 25-40 мас.ч. обеспечивает оптимальную вязкость состава, необходимого для механического нанесения материала на защищаемую поверхность.
Содержание гидроокиси алюминия в интервале 30-45 мас.ч. обеспечивает значительное снижение дымообразования при воздействии огня на испытываемые объекты, увеличение его содержания отрицательно сказывается на процессе коксообразования.
Содержание бората цинка 10-35 мас.ч. обеспечивает высокую прочность пенококса при огневых испытаниях, большее его содержание не приводит к видимым результатам.
Содержание органобентонита в пределах 1,5-3,0 мас.ч. обеспечивает необходимые технологические параметры при механическом нанесении на вертикальные объекты, дальнейшее увеличение его содержания нецелесообразно ввиду отсутствия положительного эффекта.
Совокупное содержание бората цинка, гидроокиси алюминия, трикрезилфосфата и органобентонита в заявляемых количествах позволяет нелинейно усилить свойства друг друга и достичь великолепных огнезащитных и атмосферо- и влагостойких свойств.
Все компоненты состава хорошо совмещаются, легко перемешиваются и равномерно распределяются по всему объему.
Для снижения удельной плотности материала без потери его эксплуатационных свойств он может дополнительно содержать 5,0-30 мас.ч. микросфер. 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.
Для получения состава использовали следующие компоненты.
1. Низковязкая эпоксидная смола с динамической вязкостью 0,5-5,0 Па·с.
2. Отвердитель - эвтектическая смесь ароматических аминов.
3. Окисленный графит по ТУ 5728-006-13267785-96, полученный электрохимическим окислением природного графита в растворе серной кислоты, со степенью расширения 50 при 250°С.
4. Трикрезилфосфат по ТУ 6-06-241-92.
5. Гидроокись алюминия по ТУ 1711-006-00658716-2001.
6. Борат цинка по ТУ 2146-186-10968286-2004.
7. Органобентонит по ТУ 95-2752-2000.
8. Микросферы по ТУ 6-4891-92.
Состав для получения огнезащитного покрытия получали следующим образом.
В вертикальный реактор с пропеллерной мешалкой при постоянном перемешивании со скоростью 600 об/мин добавляли последовательно в необходимых пропорциях: эпоксидную смолу, трикрезилфосфат, органобентонит, гидроокись алюминия, борат цинка, микросферы и окисленный графит. Полученную смесь перемешивали в течение 30-40 мин.
Непосредственно перед нанесением полученный состав смешивали с отвердителем в необходимой пропорции, тщательно перемешивали и наносили на защищаемую поверхность с помощью кисти, шпателя или аппаратом безвоздушного нанесения. При необходимости, для набора необходимой толщины, через 2 часа процесс нанесения повторяли. Отверждение продолжали 20-24 ч, после чего покрытие подвергали испытаниям.
В таблице приведены составы покрытия и свойства.
В таблице примеры 1-2 и 8-10 соответствуют составам для покрытия в соответствии с изобретением. Составы 3-7 являются опытными составами и по некоторым параметрам имеют выход за заявляемые пределы.
Все составы в качестве отвердителя содержат эвтектическую смесь ароматических аминов, состоящую из метафенилендиамина и 4,4'-диаминодифенилметана.
В качестве эпоксидной кислоты в примерах 1-7 (см. таблицу) использовалась эпоксидная смола марки ЭД22, в примере 9 - ЭД20, в примере 8 - смола Э40, разбавленная до вязкости 0,5 разбавителем УП-624.
Как следует из представленной таблицы, полученный огнезащитный материал обладает хорошей атмосферо- и водостойкостью и может с успехом эксплуатироваться практически во всех климатических зонах.