RU2718870C1 - Fire-retardant intumescent paint - Google Patents

Abstract

FIELD: fire-proof coating.

SUBSTANCE: disclosed is a fire-retardant paint coat for fire-protection of bearing structures. Fire-retardant intumescent paint contains melamine as a foaming agent, aluminum hydroxide as a fire retardant, potassium hydroxide as a coagulation inhibitor, aerosil as a viscosity regulator of the composition and a non-ionic surfactant, and as a binder – liquid potassium glass.

EFFECT: composition is single-component, provides a thin-layer coating which improves fire resistance of the material, and is characterized by manufacturability and application, absence of harmful chemical compounds during prolonged heating and preservation of properties during storage during the warranty period.

1 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к огнезащитным лакокрасочным покрытиям, которые могут быть использованы для огнезащиты несущих конструкций. The invention relates to fire retardant coatings that can be used for fire protection of load-bearing structures.

Применение огнезащитных лакокрасочных материалов направлено на увеличение степени огнестойкости и обеспечение пожарной безопасности для уменьшения вероятности гибели людей и снижения материального ущерба от огня. Наиболее эффективным и доступным вариантом защиты служит покраска с использованием огнезащитных красок и составов.The use of fire-retardant paints and varnishes is aimed at increasing the degree of fire resistance and ensuring fire safety to reduce the likelihood of death and reduce material damage from fire. The most effective and affordable protection option is painting using fire retardant paints and formulations.

Известны огнезащитные лакокрасочные покрытия, содержащие жидкое стекло и связующее. В качестве связующего применяются алюминат натрия (патент РФ №2140948, опубликован 10.11.1999) и порошкообразный оксид алюминия (патент РФ №2277562, опубликован 10.06.2006). Использование в составе связующего и жидкого стекла позволяет повысить проникающую способность краски, улучшить ее адгезионные свойства.Known fire retardant coatings containing liquid glass and a binder. Sodium aluminate (RF patent No. 2140948, published 10.11.1999) and powdered aluminum oxide (RF patent No. 2277562, published 10.06.2006) are used as a binder. The use of binder and liquid glass in the composition allows to increase the penetrating ability of the paint, to improve its adhesive properties.

Среди огнезащитных материалов становятся популярными огнезащитные краски и составы вспучивающегося типа, которые под воздействием открытого огня вспучиваются и образуют коксообразный слой, защищающий конструкцию в течение определенного времени. Чаще всего огнезащитную вспучивающуюся краску используют при обработке металлических конструкций: балок, перекрытий, колонн, траверс и т.д. Among fire-retardant materials, fire-retardant paints and intumescent compositions are becoming popular, which under the influence of open fire swell and form a coke-like layer that protects the structure for a certain time. Most often, fire retardant intumescent paint is used in the processing of metal structures: beams, ceilings, columns, traverses, etc.

Из уровня техники известна вспучивающаяся композиция для покрытия, содержащая полиизоцианат, полифункциональное соединение, способное взаимодействовать с изоцианатом, и вспучивающийся ингредиент (патент РФ №2656048, МПК C09D 5/18, C09D 175/00, C09K 21/14, опубликован 16.11.2018). Вспучивающийся ингредиент включает в себя, по меньшей мере, одно или несколько соединений, содержащих атомы фосфора, азота и бора, так что массовое отношение фосфора к азоту в указанном вспучивающемся ингредиенте находится в интервале от 0,5/1 до 1,5/1, а содержание бора составляет от 1 до 5 мас. % в расчете на композицию для покрытия. Первая и вторая части композиции смешиваются друг с другом перед нанесением на основу.An intumescent coating composition comprising a polyisocyanate, a multifunctional compound capable of interacting with an isocyanate and an intumescent ingredient is known from the prior art (RF patent No. 2656048, IPC C09D 5/18, C09D 175/00, C09K 21/14, published 11/16/2018) . The intumescent ingredient includes at least one or more compounds containing phosphorus, nitrogen and boron atoms, so that the mass ratio of phosphorus to nitrogen in the intumescent ingredient is in the range from 0.5 / 1 to 1.5 / 1, and the boron content is from 1 to 5 wt. % based on the composition for coating. The first and second parts of the composition are mixed with each other before application to the substrate.

Известна вспучивающаяся композиция (патент США №10266773, опубликован 23.04.2019), состоящая из двух частей. Первая часть содержит полимер, выбранный из полиуретана с концевыми силановыми группами или простого полиэфира с концевыми силановыми группами, где указанный полимер присутствует в количестве до 100% по массе от первой части вспучивающейся композиции. Вторая часть включает пластификатор, который совместим с полимером, и вспучивающийся ингредиент, обычно присутствующий в количестве 1-80% по массе от второй части композиции. Количество полимера, присутствующего в первой части, обычно составляет 4-50% по массе первой и второй частей, взятых вместе. Первая и вторая части отделяются друг от друга, например, во время хранения, но при использовании первая и вторая части смешиваются для получения отвержденного вещества, которое обладает способностью вспучиваться при воздействии тепла.Known intumescent composition (US patent No. 10266773, published 04/23/2019), consisting of two parts. The first part contains a polymer selected from silane-terminated polyurethane or silane-terminated polyether, wherein said polymer is present in an amount up to 100% by weight of the first part of the intumescent composition. The second part includes a plasticizer, which is compatible with the polymer, and an intumescent ingredient, usually present in an amount of 1-80% by weight of the second part of the composition. The amount of polymer present in the first part is usually 4-50% by weight of the first and second parts taken together. The first and second parts are separated from each other, for example, during storage, but when using the first and second parts are mixed to obtain a cured substance that has the ability to swell when exposed to heat.

Недостатками указанных двухкомпонентных составов является необходимость смешивания перед применением, что доставляет неудобство при использовании краски. Кроме того, неизрасходованные остатки таких составов затвердевают при хранении, и непригодны для дальнейшего применения. The disadvantages of these two-component compositions is the need for mixing before use, which is inconvenient when using paint. In addition, unspent residues of such compositions harden during storage, and are unsuitable for further use.

Из уровня техники известна огнезащитная вспучивающаяся краска (патент РФ №2225423, МПК C09D 5/18, C09D 133/00, опубликован 10.03.2004), содержащая непластифицированную полимерную дисперсию акрилового сополимера с винилверсататом, меламин, пентаэритрит, низкомолекулярную акриловую дисперсию, натрийкарбоксиметилцеллюлозу, производные изотиазолона, двуокись титана, полифосфат аммония, пеногаситель, 2,3,4-триметил-1,3-пентадиолмоноизобутират, бутилцеллозольв, пластификатор, полифосфат натрия, воду, может содержать аэросил.. Fire-retardant intumescent paint is known from the prior art (RF patent No. 2225423, IPC C09D 5/18, C09D 133/00, published March 10, 2004) containing an unplasticized polymer dispersion of an acrylic copolymer with vinyl versatate, melamine, pentaerythritol, low molecular weight acrylic dispersion, sodium carboxymethyl cellulose isothiazolone, titanium dioxide, ammonium polyphosphate, antifoam, 2,3,4-trimethyl-1,3-pentadiolmonoisobutyrate, butyl cellosolve, plasticizer, sodium polyphosphate, water, may contain aerosil ..

В качестве наиболее близкого аналога принята огнезащитная вспучивающаяся краска (патент РФ №2224775, МПК C09D 5/18, опубликован 27.02.2004), включающая в качестве связующего смолу или смеси смол, карбонизирующее вещество, вспенивающий агент, пигмент и наполнитель, крахмал и мочевину, в качестве катализатора пенообразователя - сернокислые соли металлов церия, марганца, меди, магния, в качестве компонента, повышающего огнестойкость, - гидроксид алюминия, в качестве диспергатора - тальк, а в качестве карбонизирующего вещества она содержит многоатомный спирт, в качестве вспенивающего агента - аммонийные соли фосфорной и полифосфорной кислот, меламин и борную кислоту, при определенных соотношениях этих компонентов, причем краска выполнена однокомпонентной или двухкомпонентной.Fire retardant intumescent paint (RF patent No. 2224775, IPC C09D 5/18, published 02.27.2004), which includes a resin or mixture of resins, a carbonizing agent, a blowing agent, a pigment and a filler, starch and urea, is adopted as the closest analogue. as a foaming agent catalyst, sulfates of cerium, manganese, copper, magnesium metals, aluminum hydroxide as a component that increases fire resistance, talc as a dispersant, and it contains a polyatomic substance as a carbonizing agent Peart, as a foaming agent - ammonium salts of phosphoric and polyphosphoric acids, melamine and boric acid, with certain ratios of these components, moreover, the paint is made of one-component or two-component.

Недостатками известных красок является применение полимерных связующих в виде дисперсий. Краски, выполненные на дисперсной основе, имеют свойство замерзать при минусовых температурах, что сокращает диапазон их использования.The disadvantages of the known paints is the use of polymer binders in the form of dispersions. Dispersed paints tend to freeze at sub-zero temperatures, which reduces the range of their use.

Задачей изобретения является разработка эффективной однокомпонентной огнезащитной вспучивающейся краски.The objective of the invention is to develop an effective one-component fire retardant intumescent paint.

Технический результат заключается в обеспечении тонкослойного покрытия, способствующего повышению огнестойкости материала, а также в повышении удобства изготовления и нанесения, отсутствии вредных химических соединений при длительном нагреве, сохранении свойств при хранении в течение гарантийного срока. The technical result consists in providing a thin layer coating that enhances the fire resistance of the material, as well as in improving the ease of manufacture and application, the absence of harmful chemical compounds during prolonged heating, maintaining properties during storage during the warranty period.

Технический результат достигается тем, что однокомпонентная огнезащитная вспучивающаяся краска содержит связующее, меламин в качестве вспенивающего агента и гидроксид алюминия в качестве антипирена, при этом она дополнительно содержит гидроксид калия в качестве ингибитора коагуляции и аэросил в качестве регулятора вязкости состава и неионогенное поверхностно-активное вещество, а в качестве связующего - жидкое калиевое стекло при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved in that the one-component fire retardant intumescent paint contains a binder, melamine as a blowing agent and aluminum hydroxide as a flame retardant, while it additionally contains potassium hydroxide as a coagulation inhibitor and aerosil as a viscosity regulator of the composition and a nonionic surfactant, and as a binder - liquid potassium glass in the following ratio of components, wt. %:

Жидкое калиевое стеклоLiquid potassium glass 53,96 – 57,8453.96 - 57.84 МеламинMelamine 7,12 – 7,287.12 - 7.28 Гидрат окиси алюминияAlumina hydrate 33,31 – 37,3733.31 - 37.37 Гидроксид калияPotassium hydroxide 1,25 - 1,371.25 - 1.37 АэросилAerosil 0,09 – 0,10.09 - 0.1 Неионогенное ПАВ Nonionic surfactant 0,09 – 0,10.09 - 0.1

В качестве вспенивателя огнезащитная вспучивающая краска содержит меламин, который при огневом воздействии выделяет пары, обеспечивающие вспучивание. Кроме того, меламин одновременно выполняет роль наполнителя, белого пигмента и регулятора вязкости.As a blowing agent, fire-retardant intumescent paint contains melamine, which, when exposed to fire, emits vapors that provide expansion. In addition, melamine simultaneously acts as a filler, white pigment and viscosity regulator.

В качестве антипирена применяется гидроксид (гидрат окиси) алюминия.As a flame retardant, aluminum hydroxide (hydrate of oxide) is used.

В качестве ингибитора коагуляции используется гидроксид калия, который предотвращает коагуляцию смеси связующего с антипиреном.As a coagulation inhibitor, potassium hydroxide is used, which prevents the coagulation of a mixture of a binder with a flame retardant.

Регулятор вязкости представляет собой синтетический аморфный оксид кремния (аэросил), стабилизирующий вязкость и замедляющий осаждение твердых частиц компонентов.The viscosity regulator is a synthetic amorphous silicon oxide (aerosil), stabilizing the viscosity and slowing down the deposition of solid particles of the components.

Поверхностно-активное вещество обеспечивает коллоидную стабильность компонентов краски, замедляет осаждение твердых частиц компонентов, улучшает смачиваемость обрабатываемой поверхности. Используются неионогенные биоразлагающиеся ПАВ на основе специальных этоксилатов, растительных масел следующих марок: ECOSURF EH-3, ECOSURF EH-6, ECOSURF EH-9, ECOSURF SA-9.Surfactant provides colloidal stability of the components of the paint, slows down the deposition of solid particles of the components, improves the wettability of the treated surface. Non-ionic biodegradable surfactants are used based on special ethoxylates, vegetable oils of the following grades: ECOSURF EH-3, ECOSURF EH-6, ECOSURF EH-9, ECOSURF SA-9.

Для придания краске определенного цвета в состав краски могут быть введены пигменты, например, FEPREN TP-303. In order to impart a specific color to the paint, pigments, for example FEPREN TP-303, can be added to the paint.

Примеры осуществленияExamples of implementation

Огнезащитную вспучивающуюся композицию готовили в смесителе ленточном однослойном СМУ-Л-500(600) с помощью дозатора сухих компонентов и диспергатора-гомогенизатора РПГ-22G.An intumescent fire-retardant composition was prepared in a single-layer tape mixer SMU-L-500 (600) using a dry component dispenser and an RPG-22G homogenizer disperser-homogenizer.

Процесс производства краски происходил следующим образом: при работающей мешалке загружали жидкое калиевое стекло и гидроксид калия.The paint production process was as follows: when the stirrer was working, liquid potassium glass and potassium hydroxide were loaded.

Далее масса размешивалась в течение 3 часов и после этого добавляли меламин и смесь снова размешивали в течение 2 часов. В последующем по всему объему состава образовывалась белая дисперсия, которая легко подвергалась перемешиванию. После чего температуру состава уменьшали до 30 °С.Then the mass was stirred for 3 hours and then melamine was added and the mixture was again stirred for 2 hours. Subsequently, a white dispersion formed over the entire volume of the composition, which was easily subjected to mixing. Then the temperature of the composition was reduced to 30 ° C.

Затем в полученную огнезащитную композицию добавляли гидрат окиси алюминия и диспергировали в течение 30 мин. Перемешивали композицию при небольших оборотах мешалки в течение 30 мин, с добавлением аэросила и неионогенного поверхностно-активного вещества. Then, alumina hydrate was added to the obtained flame retardant composition and dispersed for 30 minutes. The composition was mixed at low revolutions of the mixer for 30 minutes, with the addition of Aerosil and a nonionic surfactant.

Полученную указанным способом огнезащитную вспучивающуюся композицию испытывали на определение укрывистости состава (ГОСТ 8784-75), определение времени и степени высыхания покрытия (ГОСТ 19007-73), определение условной вязкости по вискозиметру типа ВЗ-246 (ГОСТ 8420-74), определение стойкости к воздействию климатических факторов (ГОСТ 9.401-91), определение огнезащитной эффективности (ГОСТ 302470-94, ГОСТ Р 53295-2009). Результаты испытаний при различных соотношениях компонентов, входящих в состав огнезащитной краски, приведены в таблице 1.The fire-retardant intumescent composition obtained in this way was tested to determine the hiding power of the composition (GOST 8784-75), determine the time and degree of drying of the coating (GOST 19007-73), determine the viscosity relative to a viscometer of the type VZ-246 (GOST 8420-74), determine the resistance to exposure to climatic factors (GOST 9.401-91), determination of fire-retardant efficiency (GOST 302470-94, GOST R 53295-2009). The test results for various ratios of the components that make up the fire retardant paint are shown in table 1.

Таблица 1 Результаты испытанийTable 1 Test Results

КомпонентыComponents Соотношение компонентов, мас.%The ratio of components, wt.% 11 22 33 Жидкое калиевое стеклоLiquid potassium glass 53,9653.96 56,356.3 57,8457.84 МеламинMelamine 7,247.24 7,127.12 7,287.28 Гидрат окиси алюминияAlumina hydrate 37,3737.37 35,0635.06 33,3133.31 Гидроксид калияPotassium hydroxide 1,251.25 1,321.32 1,371.37 АэросилAerosil 0,090.09 0,10.1 0,10.1 Неионогенное ПАВNonionic surfactant 0,090.09 0,10.1 0,10.1 Результаты испытанийTest results Укрывистость, г/м² Spreading rate, g / m ² 340340 350350 360360 Время высыхания (нагрузка 20 кг/180 мин)Drying time (load 20 kg / 180 min) Бумага не прилипает к покрытию и не оставляет след от нагрузкиThe paper does not stick to the coating and does not leave a mark on the load. Бумага не прилипает к покрытию и не оставляет след от нагрузкиThe paper does not stick to the coating and does not leave a mark on the load. Бумага не прилипает к покрытию и не оставляет след от нагрузкиThe paper does not stick to the coating and does not leave a mark on the load. Время истечения, с (диаметр сопла 6 мм)Expiration time, s (nozzle diameter 6 mm) 55 66 77 Стойкость к воздействию климатических факторов по истечении 15 циклов нагруженияResistance to climatic factors after 15 loading cycles покрытие сохраняет свою целостность и декоративные свойстваthe coating retains its integrity and decorative properties покрытие сохраняет свою целостность и декоративные свойстваthe coating retains its integrity and decorative properties покрытие сохраняет свою целостность и декоративные свойстваthe coating retains its integrity and decorative properties Огнезащитная эффективностьFire retardant efficiency R90R90 R90R90 R90R90

Анализ образцов краски показал высокие показатели вязкости: отсутствовало течение материала через все стандартные сопла вискозиметра ВЗ-246 (2-6 мм). The analysis of paint samples showed high viscosity: there was no material flow through all standard nozzles of the VZ-246 viscometer (2-6 mm).

Исследование кинетики высыхания показало, что через 4 часа покрытия толщиной в один слой достигают 5 степени высыхания. Полное высыхание покрытия наступает через 5,5 часов.A study of the kinetics of drying showed that after 4 hours, coatings with a thickness of one layer reach 5 degrees of drying. Complete drying of the coating occurs after 5.5 hours.

Полученные данные свидетельствуют о том, что покрытия, полученные из данных образцов огнезащитной краски, при соблюдении требований НТД на окрашивание, сушку, хранение и эксплуатацию изделий обеспечивают срок службы в условиях эксплуатации УХЛ2 не менее 2 лет с сохранностью защитных свойств (согласно ГОСТ 9.401-91).The data obtained indicate that coatings obtained from these samples of fire-retardant paint, subject to the requirements of NTD for dyeing, drying, storage and operation of products, provide a service life of UHL2 of at least 2 years with the safety properties (according to GOST 9.401-91 )

В разрабатываемом составе механизм огнезащиты реализуется не только за счет образования терморасширенного вспученного слоя, но и за счет значительного термопоглощения при эндотермическом разложении наполнителя (химическая реакция с поглощением теплоты).In the developed composition, the fire protection mechanism is implemented not only due to the formation of a thermally expanded expanded layer, but also due to significant thermal absorption during the endothermic decomposition of the filler (chemical reaction with heat absorption).

При проведении испытаний для металла с приведенной толщиной 3,4 мм испытания выдержал образец со слоем краски толщиной 1,1 мм, как удовлетворивший условиям испытаний, для образцов металла с приведенной толщиной 5,8 мм испытания выдержал образец со слоем краски толщиной 2,2 мм, как удовлетворивший условиям испытаний. When conducting tests for a metal with a reduced thickness of 3.4 mm, the test withstood a test specimen with a paint layer 1.1 mm thick, which met the test conditions; for metal samples with a reduced thickness of 5.8 mm, the test passed a specimen with a paint layer 2.2 mm thick as satisfying the test conditions.

Преимуществом заявляемого решения является обеспечение тонкослойного покрытия, высокая огнезащитная эффективность, отсутствие вредных химических соединений при длительном нагреве. Заявляемый состав может наноситься на поверхности различными способами, включая механический. Огнезащитный состав похож по внешнему виду на обычные лакокрасочные покрытия и выполняет аналогичные защитно-декоративные функции. При воздействии высоких температур толщина и объем вспучивающегося покрытия увеличиваются во много раз за счет создания негорючего и твердого вспененного слоя (кокса), который является преградой для распространения огня, высоких температур и защищает несущие конструкции от потери несущей способности.The advantage of the proposed solution is the provision of a thin layer coating, high fire retardant efficiency, the absence of harmful chemical compounds during prolonged heating. The inventive composition can be applied to the surface in various ways, including mechanical. The fire retardant composition is similar in appearance to conventional paint coatings and performs similar protective and decorative functions. When exposed to high temperatures, the thickness and volume of the intumescent coating increase many times due to the creation of a non-combustible and solid foam layer (coke), which is an obstacle to the spread of fire, high temperatures and protects load-bearing structures from loss of bearing capacity.

Claims (2)

Однокомпонентная огнезащитная вспучивающаяся краска, содержащая связующее, меламин в качестве вспенивающего агента и гидроксид алюминия в качестве антипирена, отличающаяся тем, что дополнительно содержит гидроксид калия в качестве ингибитора коагуляции и аэросил в качестве регулятора вязкости состава и неионогенное поверхностно-активное вещество, а в качестве связующего - жидкое калиевое стекло при следующем соотношении компонентов, мас. %:A one-component fire-retardant intumescent paint containing a binder, melamine as a blowing agent and aluminum hydroxide as a flame retardant, characterized in that it additionally contains potassium hydroxide as a coagulation inhibitor and aerosil as a viscosity regulator and a nonionic surfactant, and as a binder - liquid potassium glass in the following ratio of components, wt. %: Жидкое калиевое стеклоLiquid potassium glass 53,96-57,8453.96-57.84 МеламинMelamine 7,12-7,287.12-7.28 Гидрат окиси алюминияAlumina hydrate 33,31-37,3733.31-37.37 Гидроксид калияPotassium hydroxide 1,25-1,371.25-1.37 АэросилAerosil 0,09-0,10.09-0.1 Неионогенное ПАВNonionic surfactant 0,09-0,10.09-0.1