Огнезащитная упаковка

Изобретение относится к области огнезащитных материалов, в частности к огнезащитным покрытиям, наносимым на наружные и внутренние металлические конструкции объектов гражданского, промышленного, военного назначения, для обработки конструкций ж/дорожного транспорта, мостов, эстакад, для повышения предела огнестойкости, а также поверхность материалов изделий тары (укупорки) за счет высоких теплоизолирующих свойств композиции при воздействии пламени пожара. Техническим результатом является повышение огнезащитной эффективности снижение показателей пожарной опасности: горючести, воспламеняемости, дымообразующей способности, токсичности и распространению пламени по поверхности. Огнезащитная композиция содержит следующие компоненты в следующем соотношении мас.%: донор кислоты 30-45, карбонизирующий компонент 20-45, армирующий компонент 5, газообразующий агент остальное. Огнезащитная краска содержит следующие компоненты в следующем соотношении, масс.%: донор кислоты 10-32, карбонизирующий компонент 8-24, армирующий компонент 5, газообразующий агент 8-24, растворитель остальное.

Изобретение относится к огнезащитным композициям, которые используют для получения огнезащитных покрытий. Указанные композиции и покрытия применяют во многих отраслях для придания огнезащитных свойств изделий состоящих или включающих в себя огнеопасные, горючие материалы и их производные.

Количество интумесцентных композиций, применяемых на практике, до сих пор невелико, а вещества, сочетающие необходимые огнезащитные свойства, насчитывается единицами. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

Интумесцентные материалы - это, своего рода, «последнее слово» технологии защиты от пожаров. Использовавшиеся ранее материалы пониженной горючести (трудногорючие, умерено горючие) - само затухающие - постепенно выходят из употребления в связи с существенной токсичностью выделяемых ими при горении и термической деструкции веществ.

Вспучивающиеся огнезащитные материалы известны уже более двадцати лет, вследствие чего в их производстве и использовании существуют достаточно стойкие традиции. Интумесцентные композиции действуют по принципу существенного снижения теплопроводности образуемых ими покрытий в результате превращения их при интенсивном тепловом воздействии в пенококсовые ячеистые слои. Эти вспученные пенококсовые слои значительно отодвигают во времени как момент возгорания в принципе горючих материалов: дерева, пластмасс, органических прессматериалов и т.п., - так и нагрев в течение заданного времени металлических, железобетонных материалов до недопустимо высоких температур, снижающих их конструкционную прочность. Интумесцентные материалы - это многокомпонентные системы, при производстве которых широко используется принцип суперпозиции «обязательных» ингредиентов. Наиболее активно в научной и технической литературе обсуждается группа ингредиентов таких композиционных систем. Прежде всего - это порофоры, т.е. химические вещества способные при термическом разложении и горении производить обильные газовыделения, что, в конечном счете, и обеспечивает вспучивание. Выделяющиеся газы не должны быть высокотоксичными, обычно это аммиак и оксиды углерода. Кроме порофоров системы, естественно, содержат полимерное связующее и дополнительные высоко реактивные агенты, способные активно участвовать как в процессах газовыделения, так и рационального распределения газов, обеспечиваемого полимерно-олигомерной структурой, образующейся в процессе термолиза и горения, и - в конечном счете - карбонизированным остатком -пенококсом. Вспучивающиеся краски при нагревании увеличивают толщину слоя огнезащиты в 10 - 40 раз.

Варьированием параметров состава композиции концентраций основных ингредиентов и добавок можно достигать следующих результатов:

- устанавливать возможные пределы регулирования огнезащитной эффективности;

- устанавливать действенность и рациональные количественные пределы введения в исходные рецептуры нанотел (углеродных каркасных структур) ;

обосновывать целесообразность применения в системах на органических растворах полимеров моноаммонийфосфата вместо полифосфата аммония.

Промышленная применимость состоит:

- в возможности задания и нанесения защитных слоев композиций минимальной толщины для достижения заданного времени защитного действия, с учетом повышающейся при этом стоимости -исходной композиции;

в возможности выбора из нескольких возможных типа композиционного материала сообразно технологическим параметрам нанесения (по температуре, атмосферным условиям и др.);

Технический результат заключается еще и в том, что позволяет повысить огнезащитную и эксплуатационную эффективность интумесцентных материалов, позволяет получить наперед заданные параметры огнезащиты, снизить показатели пожарной опасности: горючести, воспламеняемости, дымообразующей способности, токсичности и распространению пламени по поверхности.

С использованием данного технического решения откорректированы рецептурные огнезащитных вспучивающихся красок производства 000 "Саламандра" огнезащитные материалы; краска "Аккорд". Указанная краска прошла сертификацию, для нее разработана соответствующая техническая документация. При участии авторов были разработаны и запущены в производство аналоги воднодисперсионных красок "Аккорд", изготавливаемых на основе дисперсиии ПВА.

Предлагаемое решение исправляет неточности суждений о роли ингредиентов огнезащитных композиций.

Так, пентаэритрит часто обозначают как многоатомный спирт (часто используется термин «полиол») часто заменяют крахмалом, производными целлюлозы и т.п., что не дает сколько-нибудь эффективных результатов. На настоящий момент пентаэритрит ничем не заменимый ингредиент, - если следовать, в том числе, требованиям экологической безопасности технологии производства и не использовать в композициях альдегиды как таковые; пентаэритрит интересен тем, что в «нужных» топохимических условиях образует альдегиды.

Неопределенность существует и в объяснении роли полифосфатов. Замечания об их каталитической природе не выдерживают критики. В самом деле, полифосфаты (аммония, меламина, смесовые по виду катиона) являются продуктами, обладающими ничтожно малыми растворимостями, и способствуют пространственной упорядоченности направлений роста меламиноальдегидных смол, образующих в дальнейшем каркас пенококсом.

Моноаммонийфосфат в водных системах - водно-дисперсионных композициях - не «работает»: он на первом этапе вступает в реакцию с меламином. Поскольку меламин трифункционален по -NH2 группе, а моноаммонийфосфат имеет две незамещенные кислотные группы (к тому же следует учитывать, что в такой соли слабого основания всегда может присутствовать свободная фосфорная кислота) композиция почти мгновенно после введения в нее моноаммонийфосфата резко увеличивает вязкость, вплоть до образования «жесткого» тиксотропного агента. При этом следует учитывать и то обстоятельство, что часть меламина оказывается связанной и в дальнейшем не сможет принимать участие в синтезе, проходящем в нанесенной на поверхность огнезащитной композиции при высоких температурах в условиях пожара.

Связанный с меламином моноаммонийфосфат не способствует созданию пространственно регулярно расположенных относительно поверхности структур меламин-альдегидных смол.

В качестве прототипа выбрано пиротехническое средство, содержащее аналогичное заявленному действующее вещество дидецилдиметиламмоний галогенид (патент RU 2360702). Недостатком прототипа является недостаточная эффективность применения, а также технологическая сложность при производстве и применении.

Достигаемый технический результат, состоит в

- получении возможности минимизировать толщины наносимых слоев композиций для достижения заданного времени защитного действия, с учетом повышающейся при этом стоимости исходной композиции;

- получении возможности выбора типа композиционного материала сообразно технологическим параметрам нанесения (по температуре, атмосферным условиям и др.);

- повышении огнезащитной и эксплуатационной эффективности интумесцентных материалов;

- создании предпосылок к разработке принципиально новых огнезащитных композиций или усовершенствованию уже существующих.

В целом механизм огнезащиты, а точнее - действие высоких температур, таков. В начальной стадии образования интумесцентных материалов при разложении пентаэритрита выделяются формальдегид и ацетальдегид. Начинается синтез меламиноальдегидных смол. Пространственная регулярность образования этих смол поддерживается полифосфатом аммония, «закрепленным» химическими связями на поверхности металла: в случае нанесения на защищаемую поверхность полифосфат аммония образует с ней солевые связи своими незамещенными кислотными группами. Другая часть этих же групп присоединяет меламин, который и начинает пространственный синтез смол. За процессом синтеза смол следует разложение ингредиентов, выделяющих аммиак и воду. Газообразующие продукты, устремляясь к поверхности, вспучивают смоляную массу, находящуюся при температурах, выше температуры текучести. Затем следует процесс карбонизации вспученной массы. Это и есть защитный слой пенококса, снижающий теплопроводность и сдерживающий скорость нагревания или начало горения защищаемой поверхности.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЗАЯВЛЯЕМОЙ КОМПОЗИЦИИ

1. Экспериментально установлено, что по защитному эффекту, определяемому толщинами пенококсовые образований одинаковыми исходными толщинами покрытий, в композициях, основанных на органических растворах полимеров, монозамещенный фосфат аммония значительно превосходит полифосфат аммония. Таким образом, предложено в воднодисперсионных композициях пользоваться полимерной солью, а в органических - мономерной монозамещенной солью.

2. Для устранения эффекта «сползания» покрытия на органической основе в начальной стадии термолиза, в композицию введено небольших количеств - 5-7 масс% - анизометрических волокнистых наполнителей (интеркалированного графита).

3. Используемые в композиции нанотела - фуллерены - в количестве 0,02-0,08 масс% при применении фуллеренсодержащих саж 7%^ой концентрации С₆₀ ~ способствуют:

- увеличению адгезионной и когезионной прочности как самого покрытия, так и пенококсового слоя, образованного ингредиентами этого покрытия в процессе термолиза;

- увеличению кратности вспучивания интумесцентной композиции от 15 до 40%;

увеличению эластичности, прочности, а также уменьшению хрупкости и плотности пенококсового слоя;

- приданию покрытиям свойств полупроводников.

ОПИСАНИЕ КОМПОЗИЦИИ.

Поставленная задача решается применением огнезащитной композиции, содержащей смесь пигментов и наполнителей, в следующем соотношении, масс.% :

- донор кислоты 30-45;

- карбонизирующий компонент 20-45;

- армирующий компонент 5;

- газообразующий агент остальное. Поставленная задача также решается применением огнезащитной краски, в частном случае представляющей собой суспензию вышеуказанную интумесцентной композиции, пигментов и наполнителей в растворителе (например, в воде) с добавлением по крайней мере биоцидных, модифицирующих, стабилизирующих добавок. Указанная огнезащитная краска включает, по крайней мере, следующие компоненты в следующем соотношении, масс.%:

- донор кислоты 10-32;

- карбонизирующий компонент 8-24;

- армирующий компонент 5;

- газообразующий агент 8-24

- растворитель в т.ч. с остальное. добавлением антисептических, стабилизирующих и других целевых добавок. При приготовлении композиции используют следующие материалы:

В качестве донора кислоты могут быть использованы полифосфат аммония, ортофосфат аммония, диаммоний фосфат, бура.

В качестве карбонизирующего компонента могут быть использованы меламин микронизированный, крахмал, сорбит, декстрин.

В качестве газообразующего агента могут быть использованы меламин, мочевина, мелем, фосфат меламина.

В качестве армирующего компонента могут быть использованы двуокись титана, волластонит, кизельгур.

Для улучшения потребительских качеств - лучшего смешения, повышения однородности смеси, стабильности при хранении - огнезащитную композицию предварительно соединяют вместе в диссольвере, перемешивают до однородной композиции с последующей пропиткой полученной композиции 60%-90%-ным водным раствором полифосфата аммония. После этого последовательно добавляют остальные компоненты. Полученную смесь окончательно перемешивают до получения однородной композиции.

Для улучшения технологичности, облегчения нанесения на защитные поверхности и в качестве загустителя в композицию вводят эфир целлюлозы TYLOSA марок ЕС7, VHR - карбоксиметилцеллюлоза, ЕНМ - оксиэтилцеллюлоза, FL - метилгидроксиэтилцеллюлоза в виде мелкозернистого порошка от белого до кремового цвета.

Огнезащитную композицию приготавливают в диссольвере следующим образом. Антисептик и загуститель, предварительно соединены вместе, перемешаны до однородной композиции. Далее последовательно добавляют остальные компоненты. Полученная смесь далее перемешана до получения однородной композиции.

Возможно приготовление огнезащитной композиции в диссольвере последовательным добавлением компонентов к акриловой дисперсии. Однако это несколько понизит ее огнезащитные характеристики.

Армирующий компонент - по ГОСТ 9808084.

Донор кислоты - по ТУ 6-47-15-90.

Карбонизирующий компонент - FR CROS С 40.

Возможно использование пластификатора - этиленгликоля по ГОСТ 19710-83.

Пентаэритрит ГОСТ 9286-89. <

Для повышения эластичности покрытия и улучшения его адгезионных свойств допускается дополнительное введение в композицию в качестве связующего акриловой дисперсии марки "Диакам" - ТУ 2241-039-07507802-2001, представляющую собой продукт сополимеризации бутилакрилата, метакриловой (акриловой) кислоты и стирола.

На подготовленную поверхность механическим или. ручным способом наносят композицию слоем толщиной до 1,0 мм со средним расходом 1,72 кг/м² , что обеспечивает нераспространение пламени по поверхности и процесса пиролиза защищаемого образца в течение не менее 60 минут.

ПРИМЕРЫ.

Пример 1. Согласно протокола огневых испытаний "Определение

предела огнестойкости тары (ящика), обработанного с двух сторон огнезащитной краской "Аккорд" при сгорании фактической пожарной нагрузки (25 кг древесины с огнезащитной обработкой поверхности, за исключением торцов - имитация горения разрушенного изделия), УСТАНОВЛЕНО:

1. Настоящие испытания подтвердили обеспечение огнестойкости испытуемого образца в условиях натурных испытаний в течение 65 минут;

2. В результате анализа поврежденных элементов испытуемого образца, подтверждена актуальность обработки изделия огнезащитной краской изнутри, ввиду наличия в местах сопряжения деревянных элементов вспучивающихся участков, что снижает развитие пожара внутри изделия.

3. Установлено, что динамика развития пожара при разрушении изделия обработанного огнезащитной краской "Аккорд" значительно отличается, а именно:

- при настоящих испытаниях максимальная температура была получена на 63 минуте;

- при проведении испытаний (протокол 001 максимальная температура на 15 минуте; протокол 003 этап 1 максимальная температура на 9 минуте и этап 2 максимальная температура на 18 минуте; протокол 004 максимальная температура на 9 минуте и т.п.) ;

Результаты испытаний.

10.05 - начало испытаний

11.08 - зафиксирована максимальная температура пламени снаружи изделия 807°.

11.10 - зафиксирована максимальная температура внутри изделия (ящика) на торцевой части 190°.

11.13 - произошло разрушение днища ящика (сквозной прогар) зафиксирована максимальная температура внутри ящика на торцевой части 576°.

11.15 испытания остановлены ввиду превышения порогового значения 400°С.

Пример 2. Согласно протокола огневых испытаний "Определение предела огнестойкости тары (ящика) без огнезащитной обработки, при сгорании фактической пожарной нагрузки (25 кг)",

УСТАНОВЛЕНО: По результатам испытаний фактического изделия без огнезащиты определено, что на 8 минуте огневых испытаний температура внутри изделия составила 400°С

Результаты испытаний.

13.19 - начало испытаний.

13.28 - зафиксирована максимальная температура пламени 700°.

13.26 - зафиксирована критическая температура внутри ящика на торцевой части 400°.

13.33 - открытое горение внутри изделия (множественные сквозные прогары) зафиксирована максимальная температура внутри ящика на всех трех термопарах более 8000С.

Вывод. Снижение пожарной опасности объектов хранения и транспортировки горючих изделий, преимущественно упаковки, тары, можно обеспечить за счет повышения огнестойкости упаковки, которая должна защищать изделия от воздействия теплоизлучения и высокотемпературных продуктов горения. Для придания материалам тары указанных свойств на объектах строительства используют специальные огнезащитные составы (краски), обладающие способностью при тепловом воздействии расширяться и коксоваться, создавая теплоизолирующий слой.

Условия теплового и механического воздействий на огнезащитные составы на объектах складирования горючих изделий значительно отличаются от условий на объектах строительства.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ОГНЕЗАЩИТНОЙ КРАСКИ.

Руководствуясь вышеуказанными положениями для огнезащиты тары (ящиков) для хранения горючих изделий авторы считают целесообразным применить огнезащитную краску «Аккорд» (ТУ 2316-011-84318919-2009), (производитель ООО «Саламандра» Краснодарский край ст. Старолеушковская).

Огнезащитная краска «Аккорд» представляет собой суспензию из термостойких газо- и пенообразующих наполнителей в органической эмульсии на основе акрилатной дисперсии смол, адаптирована к условиям климата российских регионов. В настоящее время это хорошо изученная краска как в части огнезащитных, так и санитарно-гигиенических свойств, образующая при нагреве вспучивающийся слой угольной пены, который прочно удерживается на защищаемых конструкциях.

Огнезащитная краска «Аккорд» имеет сертификаты:

- Соответствия (обязательная сертификация):

C-RU.ПB05.B.00341 от 27.10.2009г;

С-Ки.ПБ05.В.00342 от 27.10.2009г.

- соответствия (система сертификации ГОСТ Р Госстандарт России) РОСС.RU.АИ83.Н02921 от 28.10.2009г, а также - санитарно-эпидемиологическое заключение 50.РА.02.231.П.001108.10.09 от 29.10.2009 г.

Огнезащитная краска на обрабатываемые конструкции наносится механизированным (напылением) и /или ручным (кистью, валиком) способами в соответствии с требованиями технологических инструкций.

Подготовка поверхности защищаемых конструкций, нанесение на них краски, соблюдение техники безопасности и эксплуатация огнезащитных конструкций проводится в соответствии с требованиями, изложенными в технической инструкции 011-И/М-09 «Устройство и эксплуатация покрытия на основе огнезащитной краски «Аккорд».

При нанесении составов на изделия и эксплуатация их в соответствии с НТД (в закрытых помещениях с относительной влажностью не более 85%, не допуская механических повреждений и прямого попадания капельной влаги) срок службы покрытия, согласно ТУ, составляет - не менее 20 лет.

1. Огнезащитная упаковка, содержащая термовспучивающееся огнезащитное покрытие на ее наружной и внутренней поверхностях.

2. Огнезащитная упаковка, по п.1, отличающаяся тем, что покрытие выполнено из огнезащитной краски «Аккорд».