ОГНЕЗАЩИТНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
FIRE-RETARDING COMPOSITION FOR METAL STRUCTURES

Изобретение относится к способам огнезащиты металлоконструкций и может найти применение в промышленном и гражданском строительстве, в производстве огнестойкой продукции, а также при проведении профилактических мероприятий по огнезащите производственных объектов.
В последние годы наиболее перспективными признаны металлофосфатные композиции благодаря их высокой эффективности, относительно невысокой стоимости и способности к вспучиванию при повышенных температурах.
Известен способ получения огнезащитного состава, предложенный в [RU №2277076, кл. B27K 3/52, C09K 21/10]. Он предусматривает смешение алюмохромфосфата, неионогенного ПАВ и полиамина [см. RU 2228925, кл. С07С 211/13, 209/60], предварительно нейтрализованного ортофосфорной кислотой до рН 6,0-8,8, причем в качестве полиамина используют водный раствор продукта общей формулы
2
6
2
2
n+1
2
2
6
m+1
H[HNC]NCON[CNH], где n=0,1 и m=0,1,
при следующем массовом соотношении компонентов алюмохромфосфат: неионогенное ПАВ:полиамин, равном (20-90):(0,1-0,5):(10-80).
При обработке изделий из древесины данный огнезащитный состав обеспечивает их перевод в первую группу огнезащитной эффективности. К его недостаткам может быть отнесена повышенная скорость отверждения, зависящая от температуры окружающей среды, а также невысокая вязкость, затрудняющая получение слоев повышенной толщины при огнезащите металлоконструкций.
Известен [SU №883119, кл. C09D 5/18, C09D 3/54] огнезащитный вспучивающийся состав для покрытия, включающий пленкообразующее на основе карбамидоформальдегидной или меламиноформальдегидной смолы, стекловолокно, пористый наполнитель, растворитель и карбонизирующие добавки (карбамид, меламин и пр.). К его существенным недостаткам следует отнести пониженную атмосферостойкость используемого пленкообразующего.
Известны также композиции для огнезащитного покрытия, предусматривающие применение в качестве пленкообразователей силикатов и сложных фосфатов, которые содержат пористый и волокнистый наполнитель, ПАВ и другие компоненты [RU №94044272, кл. C09D 21/14; RU №2084481, кл. C09D 1/04]. Для указанных составов характерен невысокий коэффициент вспучивания при повышенных температурах, что обусловливает повышенный расход композиций в ходе проведения огнезащитных работ.
Наиболее близким по технической сущности является огнезащитный состав вспучивающего действия, описанный в [RU №2339671, кл. C09K 21/10]. Его изготовление предусматривает смешение металлофосфата и композиции, включающей отвердитель, ионогенное ПАВ и преобразователь ржавчины «НОТЕХ», причем в качестве отвердителей используются огнезащитный состав для древесины марки «ОСА-1», аминный модификатор АМ-1, аминоспирты и другие аминосоединения, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: металлофосфат:отвердитель: ионогенное ПАВ:«НОТЕХ», равном (40-90):(5-30):(0-15):(0-20).
При использовании данного состава необходимо нанесение нескольких его слоев, что вызвано пониженной вязкостью композиции. В результате этого увеличиваются стоимость и сроки проведения огнезащитных работ.
Технической задачей настоящего изобретения является огнезащитный состав вспучивающего типа, обладающий улучшенными технологическими свойствами.
Поставленная задача достигается тем, что наряду с металлофосфатным пленкообразующим, отвердителем «ОСА-1» и ионогенным ПАВ он содержит загуститель, проявляющий теплоизолирующие свойства.
Сущностью предлагаемого технического решения является огнезащитный состав для металлоконструкций, включающий алюмофосфатное или алюмохромфосфатное пленкообразующее, отвердитель ОСА-1, ионогенное ПАВ и загуститель, причем в качестве загустителя используется базальтовое волокно, микросферы или их смесь, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%: пленкообразующее:отвердитель: ионогенное ПАВ:загуститель, равном (50-75):(10-30):(3-10):(1-20).
При смешении указанных реагентов образуется суспензия, содержащая низкомолекулярную карбамидоформальдегидную смолу, продукты поликонденсации алюмофосфата или алюмохромфосфата и загуститель. В процессе ее дальнейшего отверждения формируются надмолекулярные структуры, склонные к вспучиванию при высокой температуре за счет отщепления низкомолекулярных соединений - воды, углекислого газа, аммиака и формальдегида.
Действительно, при добавлении к кислому алюмо- или алюмохромфосфату отвердителя и поверхностно-активного вещества рН смеси устанавливается на более высоком уровне, чем у исходных металлофосфатов, что вызывает быструю сшивку фосфатных групп с образованием пространственной сетки. С другой стороны, при рН ниже 7 компоненты отвердителя «ОСА-1» вступают в реакцию поликонденсации с образованием карбамидоформальдегидной смолы. Этому благоприятствует наличие в его составе различных метилолмочевин, склонных к конденсации в кислой среде с образованием смолообразных продуктов. Роль ионогенного ПАВ состоит в улучшении смачиваемости поверхности материала (древесины, металла) антипиреном.
Достоинством предлагаемого огнезащитного состава является его способность к вспучиванию при повышенных температурах. Это обусловлено внутримолекулярными перегруппировками в отвердителе ОСА-1 и алюмофосфате (алюмохромфосфате), сопровождаемыми отщеплением низкомолекулярных веществ, преимущественно воды. Протекание данного процесса подтверждено различными физико-химическими методами, в том числе и результатами термического анализа. Интенсивное порообразование и подьем огнезащитного слоя препятствуют воздействию открытого огня и теплового излучения на верхние слои древесины или металлоконструкции.
В отличие от прототипа количество слоев, наносимых на изделия для достижения требуемой толщины покрытия и степени огнестойкости, сокращено вдвое.
В качестве пленкообразующего использовали алюмофосфат и алюмохромфосфат, синтезированные согласно RU №2187478, кл. С04В 12/02.
Полученные продукты имели следующие показатели качества:
Характеристика
алюмофосфат
алюмохромфосфат
содержание алюминия в пересчете на Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, мас.%
9,0-12,5
6,6-9,0
содержание хрома в пересчете на Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, мас.%
-
3,5-4,5
содержание фосфатов в пересчете на Р<sub>2</sub>О<sub>5</sub>, мас.%
32-37
35-39
плотность, г/см<sup>3</sup>
1,55-1,70
1,60-1,75
Огнезащитный состав «ОСА-1» был получен по способу, описанному RU №2270752, кл. B27K 3/52, C09K 21/12.
Он предусматривает конденсацию карбамидоформальдегидного концентрата состава, мас.%:
карбамид
21-25
формальдегид
54-60
вода
остальное
с аммиачной водой, взятых в эквимолярном отношении по формальдегиду и аммиаку, при нагревании в слабощелочной среде в присутствии моноэтаноламина, добавляемого совместно с аммиачной водой в количестве 0,15 мас.% расчете на карбамидоформальдегидный концентрат, с последующим вводом 5,2 мас.% карбамида в расчете на 100 мас.% карбамидоформальдегидного концентрата, охлаждении и нейтрализации реакционной смеси ортофосфорной кислотой до рН 6,7.
Отвердитель марки ОСА-1 имел следующие показатели качества:
наличие свободного формальдегида
отсутствие
рН
6,7
коэффициент рефракции
1,412
плотность при 20°С, г/см<sup>3</sup>
1,18
температура замерзания, °С
минус 15
В качестве ионогенного ПАВ использовали пенообразователь ПО-6 ТС марок А и Б, вырабатываемый по ТУ 0258-147-05744685 и являющийся водным раствором триэтаноламиновых солей первичных алкилсульфатов. Их содержание в использованном продукте составляло 30 мас.%.
Оценка теплоизолирующих свойств огнезащитных покрытий проводилась по методике, разработанной ВНИИПО. Сущность метода заключается в определении времени нагрева необогреваемой стороны образца металлической пластины до критической температуры 500°С в процессе испытаний, которые проводятся по температурному режиму, согласно ГОСТ 12.1.004-89.
Параметры огнезащиты металлоконструкций определяли по НПБ 236-97. Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Методы определения огнезащитной эффективности.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется примерами, приведенными в таблице.
Из описания изобретения и таблицы видно, что по заявленному техническому решению можно получать огнезащитные составы вспучивающего типа, характеризующиеся высокой огнезащитной эффективностью, улучшенным пределом прочности на сжатие покрытия в сравнении с прототипом. В отличие от известного состава также отмечено сокращение количества слоев, наносимых на изделия для достижения требуемой толщины покрытия и степени огнестойкости, что сокращает затраты на проведение огнезащитных работ.
Свойства огнезащитных составов по предлагаемому способу и прототипу
Ингредиент
Прототип
Примеры
1
2
3
4
5
Состав, мас.%
алюмохромфосфат
-
-
-
65,0
73,6
-
алюмофосфат
71,4
63,8
57,7
-
-
73,3
Отвердитель ОСА-1
21,4
19,1
17,3
17,0
18,3
10,2
Ионогенное ПАВ ПО-6ТС марки В
7,2
6,5
5,8
8,0
7,0
3,0
Загуститель:
- базальтовое волокно<sup>х)</sup>,
-
10,6
-
3,3
1,1
8,9
- микросферы марки МСВП-50<sup>хх)</sup>
-
-
19,2
6,7
-
4,6
Свойства композиции
Количество слоев для получения толщины покрытия в 1 мм
два
один
Время достижения критической температуры в 500°С на не-обогреваемой поверхности при толщине покрытия один мм, мин
18,1
18,4
18,3
18,5
18,6
18,2
Предел прочности на сжатие<sup>ххх)</sup>
1
1,12
1,20
1,10
1,07
1,11
Группа огнезащитной эффективности по НПБ-238-97
III
<sup>х)</sup>Измельченные супертонкие волокна диаметром 3 мкм и длиной 50-100 мкм
<sup>хх)</sup>Стеклянные микросферы с диаметром 20-160 мкм, аппретированные γ-аминопропилтриэтоксисиланом
<sup>ххх)</sup>Отношение предела прочности отвержденного состава к прототипу