Вогнезахисна фарба, що спучується

Вогнезахисна фарба, що спучується, яка містить водну дисперсію полімеру, пентаеритрит, поліфосфат амонію, двооксид титану, фосфат металу, консервант, коалесцент і воду, яка відрізняється тим, що як водну дисперсію полімеру містить пластифіковану C2 2 (19) 1 3 Карбамідоформальдегідная смола використовується як компонент, що карбонізує, який утворює "пінококс" в результаті горіння. Проте приготування такого складу необхідно здійснювати безпосередньо перед нанесенням покриття, що нетехнологічно, а застосування діциандіаміда приводить до виділення токсичних речовин в процесі горіння. Відома композиція вогнезахисної фарби, що спучується, до складу якої входять (% мас): графіт, що терморозширюється 10-15; рідке скло 70-80; кремнефтористий натрій 5-10. В результаті дії вогню графіт, що терморасширюється, спучує покриття, зменшуючи його густину з 1810кг/м3 до 315кг/м3 і коефіцієнт теплопровідності з 0,436 до 0,132Вт/м·К і, відповідно, забезпечує підвищення вогнестійкості сталевих конструкцій до 120 хвилин ["Вогнезахисні склади на основі рідкого скла і графіту, що розширюється". Гвоздева О. "Будівельні матеріали" 2004p., №4, С.33-35.]. Не дивлячись на високий ступінь вогнезахисту, дані склади мають ряд істотних недоліків. Застосоване як пов'язуюче рідке скло не забезпечує достатньої адгезії до металевих поверхонь, а висока лужність рідкого скла прискорює корозію металу, до того ж вказані склади мають низьку життєздатність і вимагають їх приготування безпосередньо перед нанесенням на підкладку. Найбільш близької до винаходу по технічній суті є вогнезахисна фарба, що спучується, яка містить (% мас): Пентаеритрит 8,0-15,0; Полі фосфат амонію 20,0-25,0; Поліфосфат натрію 0,1-0,5; Меламін 10,0-15,0; Дисперсію низькомолекулярного акрилового полімеру 0,1-0,5; Непластифіковану полімерну дисперсію з вінілверсататом 18,0-22,0; Натрійкарбоксиметилцелюлозу 0,2-0,4; Похідні ізотіазолону 0,1-0,3; Двоокис титану 4,0-8,0; Силіконовий піногасник 0,5-1,0; 2,2,4-триметил-1,3пентадиолмоноізобутират 0,2-0,5; Бутилцелозольв 0,3-0,87; Хлорпарафін або фосфатний пластифікатор 2,0-5,0; Двоокис кремнію 0,5-1,0; Воду до 100. Фарба має задовільну водостійкість (2,1г/м2) і вогнезахисні властивості, що виражаються в збільшенні кратності спучення (до 32), і міцнішим спученим шаром [Патент РФ №2225423]. Недоліками відомої композиції є недостатня адгезія і корозійна стійкість покриття. У основу винаходу поставлено задачу підвищення адгезії, збільшення кратності спучення і додання фарбі антикорозійних властивостей. Поставлена задача вирішується тим, що вогнезахисна фарба, що спучується, включає водну дисперсію полімерів, пентаеритрит, 81093 4 поліфосфат амонію, двоокис титану, фосфат металу, консервант, коалесцент і воду, містить як водну дисперсію полімерів – пластифіковану полівінілацетатну дисперсію, як фосфат металу фосфат цинку і триполіфосфат натрію, як консервант - тетраметилтіурам дисульфід, як коалесцент - бутиловий етер дипропіленгліколю і додатково графіт, що терморозширюється, аміачну воду і отверджену дрібнодисперсну карбамидоформальдегідну смолу при наступному співвідношенні компонентів (% мас): Пластифікована полівінілацетатна дисперсія 20-25 Пентаеритрит 8 Поліфосфат амонію 8-10 Двоокис титану 2 Фосфат цинку 8-10 Графіт, що терморозширюється 8-12 Аміачна вода 3-5 Отверджена дрібнодисперсна карбамідоформальдегідна смола 6-8 Тетраметилтіурам дисульфід (консервант) 0,01 Бутиловий етер дипропіленгліколю (коалесцент) 1,0-1,25 Триполіфосфат натрію 0,5 Вода до 100 Загальними ознаками винаходу в порівнянні з відомим є застосування як пов'язуючого - водної дисперсії полімерів, як каталізатора спучення пентаеритриту. як газоутворювача - поліфосфата амонію, в якості білого пігменту двоокису титану, в якості поверхнево активної речовини триполіфосфосфата натрію, а також консерванта, коалесцента і води. Винахід відрізняється від відомого застосуванням компонента, що спучує, - графіту, що терморозширюється, (8-12% мас), як карбонізатора і газоутворювача - отвердженої дрібнодисперсної карбамідоформальдегідної смоли (6-8% мас), як антикорозійної добавки фосфату цинку (8-10% мас.) і як регулятора рН аміаку водного 20%-го (3-5% мас). Пластифікована полівінілацетатна дисперсія 50%-на водна емульсія полівінілацетату, пластифікована дибутилфталатом. Рідина молочно-білого кольору. Полівінілацетат - це хімічна сполука загальної формули: [-СН2-СН(ОСОСН3)-]n Застосовується в клейових і лакофарбних композиціях. ("Енциклопедія полімерів", М., "Радянська енциклопедія", 1972р. т. 1. С.386-389). Пентаеритрит (2,2-диметилол-1,3-пропандіол) - білий кристалічний порошок. Хімічна сполука загальної формули: HO для H2C CH2O H C CH2 CH2O в лакофарбній H Застосовується виробництва лаків. OH промисловості ("Хімічний 5 81093 енциклопедичний словник" М. "Радянська енциклопедія", 1983р. С.427). Поліфосфат амонію - білий кристалічний порошок, що є суміш фосфатів амонію з різним ступенем поліконденсації. Хімічна сполука загальної формули: (NH4 )n+2 РnО3n+1, де n > 200 - число атомів фосфору в молекулі [ТУ 6-47-18-91-91]. Двоокис титану - порошок білого кольору. Хімічна сполука загальної формули: ТiО2 Застосовують як компонент емалей, глазурі, наповнювач і пігмент для гум, пластмас і лакофарбних матеріалів ("Хімічний енциклопедичний словник", М., "Радянська енциклопедія", 1983р., С.581). Фосфат цинку - порошок білого кольору. Хімічна сполука загальної формули: Zn(PO4)2·xH2O, де х = 2-4. Застосовується як інгібітор корозії в лакофарбних покриттях. ["Захист металу від корозії лакофарбними покриттями", М., "Хімія", 1987p. C.60-61]. Графіт, що терморозширюється, є порошок природного графіту (модифікація вуглецю), що інтеркальовано мінеральними кислотами. Коефіцієнт об'ємного розширення при температурі більше 200°С складає 150-300дм3/кг [ТУ У 14.530969031-001-2002]. Аміачна вода (нашатирний спирт) - водний розчин аміаку (20%). Хімічна сполука загальної формули: NH4OH ["Пожежна небезпека речовин і матеріалів, вживаних в хімічній промисловості", М, "Хімія", 1970р., С.42-43]. Отверджена дрібнодисперсна карбамідоформальдегідна смола (поліметиленкарбамід) є білий дрібнодісперсний порошок, нерозчинний у воді та інших розчинниках. Хімічна сполука загальної формули: (C2H4N2O)n Застосовується у складі водно-дисперсійних фарб, полімерних матеріалів і паперу [ТУ 3.01 України 013-93 "Полімерний наповнювач"]. Тетраметилтіурам дисульфід (консервант) водна дисперсія із вмістом діючої речовини 49% мас. Діючою речовиною є тетраметилтіурам дисульфід наприклад, [товарний продукт Привентол A 2-D фірми Lanex a.s., Німеччина]. Можливо застосування інших консервантів, не погіршуючих біоцидної дії. Тетраметилтіурам дисульфід - хімічна сполука загальної формули: CH3 H3C N S S S S N CH3 CH3 Бутиловий етер дипропіленгліколю (коалесцент) – прозора рідина, розчинна у воді до 6 5% (наприклад, товарний продукт DOWANOL DPnB фірми DOW, США). Допускається застосування інших коалесцентів, що не погіршують якості продукту. Бутиловий етер дипропіленгліколю - хімічна сполука загальної формули: H3 C CH OH CH2 O CH2 CH CH3 O CH CH CH2 CH3 Триполіфосфат натрію - білий порошок, хімічна сполука загальної формули: Na5P3O10 Застосовується як суспендуюча і пептизуюча добавка до розчинів миючих засобів. ["Хімічний енциклопедичний словник", М, "Радянська енциклопедія", 1983р. С.365]. Вода - прозора безбарвна рідина, хімічна сполука загальної формули: Н2О. Винахід ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. У змішувач місткістю 40дм3 забезпечений двома z-образними лопатевими мішалками і електромеханічним приводом, завантажують послідовно (при температурі навколишнього середовища): воду в кількості 5,52кг, графіт, що терморозширюється, - 2,06кг, аміачну воду - 0,82кг, включають перемішування і завантажують: пентаеритрит - 1,65кг, діоксид титану - 0,41кг, фосфат цинку - 1,85кг, поліфосфат амонію - 1,85кг, отверджену дрібнодисперсну карбамідоформальдегідну смолу - 1,44кг. Суміш перемішують протягом 1-1,5 години до досягнення однорідної рухомої маси. Після перемішування масу в кількості 15,13кг (з урахуванням 3% втрат) вивантажують із змішувача і завантажують в дисковий подрібнювач (n=15003000об/хв). Подрібнену масу в кількості 14,9кг (з урахуванням 1% втрат) завантажують в лопатевий змішувач місткістю 40дм3, включають перемішування і завантажують пластифіковану полівінілацетатну дисперсію в кількості 4,32кг, триполіфосфат нагрію - 0,07кг, перемішують протягом 20-30 хвилин і завантажують бутиловий етер дипропіленгліколю в кількості 0,17кг, тетраметилтіурам дисульфід 0,0015кг, перемішують протягом 10-15 хвилин і вивантажують 18,9кг (з урахуванням 3% втрат) вогнезахисної фарби, що спучується. Одержану фарбу випробовують на кратність спучення, корозійну стійкість і адгезію. Кратність спучення визначають як відношення середньої товщини покриття після теплової дії (500°С) до первинної товщини висушеного покриття по наступній методиці. Апаратура і матеріали: 1. Піч муфельна лабораторна, така, що забезпечує нагрів до температури 500±5°С. 2. Пластини з листової сталі марки 08кп по ГОСТ 16523, розміром 70x150мм і завтовшки 0,51мм. 3. 3%-ний розчин кальцинованої соди. 4. Товщиномер "ІНТРОМЕТ Ф-2". 5. Шпилі металеві лабораторні. 7 6. Аплікатор стрижньовий. 7. Штангенциркуль. 8. Эксикатор. Підготовка до випробування Пластинидля нанесення покриття готують по ГОСТ 8832. Вогнезахисну фарбу наносять на одну сторону пластини завтовшки 2,5мм і висушують при температурі 20±2°С протягом 24 годин і вимірюють товщину покриття товщиномером "ІНТРОМЕТ Ф-2". Пластинку з покриттям вміщують в муфельну піч, заздалегідь нагріту до температури 500±5°С, і витримують протягом 30 хвилин. Потім пластинку витягують з муфельной печі і охолоджують в ексикаторі до температури навколишнього середовища. Після охолоджування вимірюють товщину спученого покриття в міліметрах штангенциркулем з похибкою виміру ±0,05мм. Обробка результатів Кратність спучення (К) обчислюють за формулою: К = h2/h1 де h1 - товщина покриття до теплової дії в мм. h2 - товщина покриття після теплової дії в мм. Адгезію визначають по ГОСТ 15140. Корозійну стійкість визначають по ГОСТ 9.403. У таблиці 1 приведені приклади вогнезахисної фарби, що спучується, з різним вмістом компонентів в межах винаходу і позамежних значень. У таблиці 2 приведені приклади, які ілюструють залежність адгезії, корозійної стійкості і кратності спучення від вмісту компонентів в умовах винаходу і прототипу. Приклади 2-3 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що пластифіковану полівінілацетатну дисперсію завантажують в нижньому - 20% мас. і верхньому - 25% мас. межевих значеннях. Одержані вогнезахисні фарби відзначаються значною адгезією, корозійною стійкістю і кратністю спучення (не менше 40). Приклади 4-5 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що пластифіковану полівінілацетатну дисперсію завантажують в прикладі 4 нижче нижнього, а в прикладі 5 вище верхнього межевих значень. У разі прикладу 4 покриття не витримує випробування на корозійну стійкість і відзначається низькою адгезією, а у разі прикладу 5 спучений шар недостатньо міцний. Приклади 6-7 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що поліфосфат амонію завантажують в прикладі 6 нижче нижнього, а в прикладі 7 вище верхнього межевих значень. У разі прикладу 6 кратність спучення істотно зменшується (до 28), а в прикладі 7 збільшення вмісту поліфосфата амонію не приводить до істотного збільшення кратності спучення і економічно недоцільно. Приклади 8-9 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що фосфат цинку в прикладі 8 завантажують нижче нижнього, а в прикладі 9 вище верхнього межевих значень. У разі прикладу 8 знижується адгезія і корозійна стійкість покриття, а у разі прикладу 9 значно (до 30) знижується кратність спучення. 81093 8 Приклади 10-11 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що графіт, що терморозширюється, в прикладі 10 завантажують нижче нижнього, а в прикладі 11 вище верхнього межевих значень. У разі прикладу 10 знижується кратність спучення (до 24), а у разі прикладу 11 фарба не витримує випробування на корозійну стійкість. Приклади 12-13 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що в прикладі 12 аміачну воду завантажують нижче нижнього, а в прикладі 13 вище верхнього межевих значень. У разі прикладу 12 знижується адгезія і корозійна стійкість покриття, а у разі прикладу 13 фарба має різкий, неприємний запах аміаку, що погіршує її органолептичні властивості. Приклади 14-15 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що у разі прикладу 14 отверджену дрібнодисперсну карбамідоформальдегідну смолу завантажують нижче нижнього, а в прикладі 15 вище верхнього межевих значень. У разі прикладу 14 погіршуються тіксотропні властивості фарби, що ускладнює її нанесення, а у разі прикладу 15 фарба має дуже густу консистенцію. Приклади 16-17 виконані в умовах прикладу 1, з тією лише різницею, що в прикладі 16 бутиловий етер дипропіленгліколю (коалесцент) завантажують нижче нижнього, а в прикладі 17 вище верхнього межевих значень. У разі прикладу 16 знижується адгезія і кратність спучення, а у разі прикладу 17 погіршується пластичність фарби, що ускладнює її нанесення. Вогнезахисна фарба, одержана в умовах прототипу, володіє низькою адгезією і не витримує випробувань на корозійну стійкість. Таким чином, використання винаходу дозволяє: - збільшити кратність спучення вогнезахисного покриття; - додати фарбі антикорозійних властивостей; - поліпшити адгезію вогнезахисного покриття до металевої підкладки. № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Компонент 1 Пластифікована полівініл-ацетатна дисперсія Пентаеритрит Поліфосфат амонію Двоокис титану Фосфат цинку Графіт, що терморозширюється Аміачна вода Отверджена дрібнодисперсна карбам ідоформальдегідна смола Тетраметилтіурам дисульфід (консервант) Бутиловий етер дипропіленгліколю (коалесцент) 4 5 6 Вміст компонентів Приклади № 7 8 9 2 22,5 20,0 25,0 15,0 30,0 22,5 22,5 22,5 22,5 8,0 9,0 2,0 9,0 8,0 9,0 2,0 9,0 8,0 9,0 2,0 9,0 8,0 9,0 2,0 9,0 8,0 9,0 2,0 9,0 8,0 6,0 2,0 9,0 8,0 12,0 2,0 9,0 8,0 9,0 2,0 6,0 8,0 9,0 2,0 12,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 9,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 1,125 1,12 5 1,125 1,125 1,12 1,12 5 5 1,12 5 1,12 1,12 5 5 9 81093 10 11 Триполіфосфат натрію 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 12 Вода до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 до 100 Таблиця 2 Показники Адгезія № по прикладів ГОСТ15 140, балів 1 2 2 2 2 4 3 Корозійна стійкість по ГОСТ 9.403 (стійкість до дії 5%-ного розчину NaCl протягом 24ч при температурі 20°С) Кратність спучення Витримує випробування Витримує випробування Витримує випробування Не витримує випробування Примітка 42 40 40 42 5 2 Витримує випробування 35 6 7 2 Витримує випробування Витримує випробування 28 44 Не витримує випробування 36 Спучений шар недостатньо міцний 8 9 10 2 2 Витримує випробування Витримує випробування 30 24 11 2 Не витримує випробування 48 12 3 Не витримує випробування 28 13 14 2 2 Витримує випробування Витримує випробування 38 36 15 2 Витримує випробування 35 Витримує випробування зо Витримує випробування 32 Не витримує випробування 30 Спостерігається утворення кратерів і міхурів 16 17 Прототип* 2 Склад вогнезахисної фарби, що спучується, узятий при середніх значеннях вмісту компонентів [Патент РФ №2225423]. Спостерігається утворення тріщин Спостерігається відшаровування покриття Фарба має консистенцію в'язкої пасти Фарба не володіє пластичністю Спостерігається зморщення і часткове відшаровування покриття