состав для получения огнезащитного материала

Формула изобретения

1. Состав для огнезащитного материала, содержащий окисленный графит, способный расширяться более чем в 10 раз, и хлоропреновый каучук, отличающийся тем, что он содержит модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный графит со степенью расширения 40 - 50 при 140 - 150 ^oC при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Хлоропреновый каучук - 100

Модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный графит со степенью расширения 40 - 50 при 140-150^oC - 50 - 100

2. Состав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит растворитель содержит растворитель хлоропренового каучука.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии получения огнезащитных материалов, обладающих высокими теплоизоляционными свойствами в случае повышения температуры при возникновении пожара. Указанные материалы могут быть использованы для защиты от огня различных объектов гражданского или военного назначения.

Известен огнезащитный материал на основе 25 - 60 мас.% окисленного графита (ОГ) и полимерного связующего, в качестве которого используют латекс хлоропрена (5 - 25 мас.% по твердому) с добавками веществ, образующих при повышении температуры жесткий углеродный каркас (фенол-формальдегидная смола, полиимиды и др. ). Огнезащитный композит получают смешением компонентов с дальнейшей прокаткой смеси на вальцах. Плотность материала 2 - 2,5 г/см³, толщина 2,5 мм, расширение 13 - 20 раз. [US, патент N 5232976, кл. С 08 J 5/10, 1993].

Недостатком этого материала является сложность технологического процесса, связанная с необходимостью тщательного перемешивания исходных компонентов и удаления воды, содержащейся в латексе, приведение вулканизации и невозможность достижения однородного состава.

Кроме этого, недостатком материала является использование добавок, выделяющих в условиях вредных веществ, а также использование в качестве основного огнезащитного компонента нитратного окисленного графита, не обладающего достаточной стабильностью и высокой степенью вспенивания в диапазоне температур 200 - 300^oC, что отрицательно влияет на его огнезащитную способность.

Известно использование окислительного графита с высокой степенью вспенивания при температурах 140 - 200^oC в качестве компонента огнетушащих составов для тушения горящих металлов, а также для получения огнезащитных полимерных композиций. Указанный окислительный графит получают последовательной обработкой парами HNO₃ или их смесью с газом-носителем, двухкратной промывкой ледяной CH₃CCOOH и затем промывкой водой. Расход NHO₃ составляет 0,4 - 4,0 г на 1 г графита CH₃COOH - 23 г [SU, а.с. N 1805632, кл. C 01 B 31/04, 1995].

Недостатком указанного окисленного графита является его высокая стоимость, вследствие использования крупнокристаллического исходного графита (0,5 - 1,0 мм) и большого расхода реагентов на его получение. Кроме того, не обработан рецептурный состав огнезащитного материала с использованием этого окисленного графита и полимерного связующего.

Наиболее близким является известный огнезащитный материал для покрытий, в состав которого входит окисленный графит со степенью расширения 10 - 40 при 500^oC и полимерное связующее, представляющее собой галогенсодержащий эластомер (например, хлоропрен) в смеси с фенольной смолой. На 100 мас.ч. окисленного графита используют 100 мас.ч. связующего на основе 10 мас.ч. хлоропрена и 50 мас. ч. фенольной смолы [GB, патент N 1497118, кл. C 09 D 5/18, 1978].

Недостатком указанного материала является использование связующего, готовящегося в 4 стадии, его многокомпонентный состав, необходимость использования нескольких типов растворителя и его неэкономичность. Недостатком материала является также использование окисленного графита, обладающего невысокой степенью расширения (10 - 40) при 500^oC и очень низким расширением при температурах 150 - 200^oC, что не позволяет эффективно защищать деревянные конструкции.

Кроме того, в составе материала используют дефицитный окисленный графит с размером частиц 1,5 - 3,0 м, что существенно удорожает огнезащитный материал.

Задачей изобретения является состав для получения огнезащитного материала, обладающего высокой огнезащитной способностью в диапазоне температур 140 - 150^oC и выше с высокой механической прочностью, отвечающего требованиям экономики и экологии.

Поставленная задача решается тем, что состав для огнезащитного материала содержит, в мас. ч.: модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный графит со степенью расширения 40 - 50 при 140 - 150^oC 50-100 и хлоропреновый каучук 100.

В случае необходимости состав может содержать дополнительно растворитель хлоропренового каучука, в качестве которого используют этилацетат, бутилацетат или их смеси.

На основе состава огнезащитный материал может быть получен на клеепромазочной машине нанесением пастообразной смеси (суспензии окисленного графита в растворе хлоропрена) на движущуюся тканевую основу с последующей сушкой для удаления растворителя при температуре не более 80^oC.

В качестве тканевой основы можно использовать различные технические ткани (хлопчатобумажные, синтетические, стеклоткани и др.) или в особых случаях гибкую графитовую фольгу.

Огнезащитный материал может быть получен в отсутствии растворителя, например, вальцеванием.

Согласно изобретению, используют хлоропреновый каучук с высокой скоростью кристаллизации марок РНП, ДКТ и др. (ТУ 6-01-925-74), который производится в промышленном масштабе, легко доступен и недорог. Выбранный каучук в сочетании с модифицированным окисленным графитом обеспечивает защиту от огня широкого круга горючих материалов путем увеличения объема покрытия и образования теплозащитного слоя расширенного графита под воздействием огня. Причем при этом не наблюдается выгорания органической составляющей покрытия, в связи с негорючестью хлоропрена, что увеличивает работоспособность покрытия за счет снижения эррозионного уноса вспененного огнезащитного покрытия.

Активным огнезащитным компонентом является модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный графит. Содержание ОГ более 100 мас.ч. в огнезащитном материале приводит к тому, что в условиях пожара связующее не удерживает достаточно прочно частицы расширенного графита, материал осыпается, что ухудшает его огнезащитные свойства. Содержание ОГ менее 50 мас.ч. также нежелательно, так как тоже приводит к снижению огнезащитной способности материала.

Благодаря модифицированию ледяной уксусной кислотой ОГ имеет более низкую температуру начала вспенивания (135 - 140^oC) и высокую степень, расширения, что приводит к тому, что материал проявляет свою огнезащитную способность в самом начале возникновения пожара.

Предлагается использовать окисленный графит, модифицированный ледяной CH₃COOH по простой и экономичной методике. В качестве исходного графита берут графит марки ГТ (ГОСТ 4596-76) со средней крупностью частиц 0,2 мм, который обрабатывают в реакторе непрерывного действия в течение 1 ч дымящейся HNO₃ (d=1,51 г/см³) при непрерывном перемешивании реагентов и комнатной температуре. Расход HNO₃ составляет 0,38 - 0,75 мас.ч. на 1 мас.ч. графита. Далее полученный продукт (нитрат графита) однократно обрабатывают в таком же реакторе при непрерывном перемешивании ледяной уксусной кислотой (d=1,05 г/см³) в течение 1 - 2 ч с расходом кислоты 1 - 2 мас.ч. на 1 мас.ч. графита, после чего реакционную массу фильтруют, отработанную CH₃COOH собирают и используют повторно. Осадок промывают водой и сушат при температуре не более 80^oC. Полученный модифицированный окисленный графит стабилен при хранении, инертен по отношению к полимерным связующим, имеет низкую температуру начала вспенивания (140 - 150^oC) и высокую степень расширения. Сравнение модифицированного уксусной кислотой окисленного графита с окисленными графитами, полученными по традиционным методикам (нитратного или бисульфатного графитов) показывает, что при температуре 140^oC последние не вспениваются и не образуют огне- и теплозащитный слой. Снижение температуры вспенивания окисленного графита имеет очень большое значение при использовании его в качестве компонента огнезащитных составов, особенно для защиты от огня деревянных конструкций, так как эффективная защита наступает значительно раньше в самом начале возникновения пожара.

Следовательно, благодаря использованию модифицированного окисленного графита с высокой степенью расширения при низких (140^oC) температурах и хлоропренового каучука можно повысить огнезащитную способность материала, а варьированием количественных соотношений регулировать физико-механические свойства материала.

В работе использован природный графит ГТ с размером частиц 0,2 мм (ГОСТ 4596-76). Идентификация продуктов химической обработки графита проводилась методами РФА и химического анализа. Степень расширения окисленного графита оценивалась как отношение объема (см³) 1 г расширенного графита к объему (см³) 1 г окисленного графита. Испытания на огнестойкость проводили в соответствии с требованиями СТ СЭВ 1000-78 и СТ СЭВ 3974-83 "Двери и ворота. Методы испытания на огнестойкость". Материал по изобретению имеет предел огнестойкости 65 - 76.

Пример 1. 100 г хлоропренового каучука марки РНП в виде тонкого полотна (шкурки) толщиной менее 1 мм помещают в смеситель, наливают 300 мл этилацетата и перемешивают при комнатной температуре до полного растворения каучука. Затем в раствор добавляют 50 г окисленного графита, модифицированного уксусной кислотой и полученного (как описано выше) при следующих удельных расходах реагентов: дымящейся HNO₃ - 0,57 мас.ч. на 1 мас.ч. графита, ледяной CH₃COOH - 2 мас.ч. на 1 мас.ч. графита. Модифицированный ОГ имеет степень расширения 50 при 140^oC.

Осуществляют перемешивание компонентов в течение 5 мин, после чего полученную пастообразную массу переносят в бункер клеепромазочной машины и наносят на движущуюся тканевую основу (миткаль отбеленный) слоем толщиной 0,7 мм. Затем материал поступает на сушку, где высушивается при 80^oC до полного удаления растворителя. Получают покрытие толщиной 0,23 мм. Огнезащитный материал, содержащий 50 мас.ч. ОГ на 100 мас.ч. хлоропренового каучука, имеет плотность 1,1 г/см³, степень расширения при 140^oC 6 раз и предел огнестойкости 65.

Пример 2. Осуществляют процесс, как в примере 1, но берут на 100 мас.ч. хлоропренового каучука 100 мас. ч. ОГ, модифицированного уксусной кислотой при следующих расходах реагентов: дымящейся NHO₃ - 0,37 мас.ч. на 1 мас.ч. графита, ледяной CH₃COOH - 1 мас.ч. на 1 мас.ч. графита. Степень расширения ОГ при 140^oC 42.

В результате получают покрытие толщиной 1 мм, плотностью 1,3 г/см³, степень расширения покрытия при 150^oC 5,7 раза, предел огнестойкости 67.

Пример 3. 100 г хлоропренового каучука марки ДКТ помещают на вальцы и подвергают вальцеванию в течение 2 - 3 мин при комнатной температуре. Навеска каучука после вальцевания превращается в тонкое полотно (шкурку) толщиной 1 мм. Затем постепенно небольшими порциями (по 10 - 15 г) добавляют 75 г ОГ, модифицированного CH₃COOH при следующих расходах реагентов: дымящейся NHO₃ 0,75 мас.ч., ледяной CH₃COOH 1,5 мас.ч. на 1 мас.ч. графита и степенью расширения при 140^oC 49 раз. Смешение ОГ и каучука осуществляют методом вальцевания, присыпая порошок ОГ между движущимися вальцами на полотно каучука, до получения однородного продукта в течение 30 мин. Температуру смешения поддерживают в пределах 505^oC путем внутреннего охлаждения валков водой (так как при вальцевании за счет внутреннего трения существенно повышается температура материала). Получают материал в виде листа толщиной 2 мм, содержащий 75 мас. ч. модифицированного ОГ на 100 мас.ч. хлоропренового каучука, плотностью 1,26 г/см³ степень расширения при 140^oC 6,3 раза и пределом огнестойкости 70.

Материал, полученный согласно изобретению, имеет высокие огнезащитные характеристики, что связано с высокой степенью расширения модифицированного окисленного графита при температурах 140 - 150^oC и полной негорючестью хлоропренового каучука. Кроме того, данный материал обладает высокими физико-механическими свойствами за счет процесса кристаллизации каучука с образованием более жесткого субстрата. Материал имеет невысокую себестоимость в связи с использованием стандартного графита с размером зерен 0,2 мм и малого расхода реагентов.

Процесс получения как модифицированного окисленного графита, так и огнезащитного композита характеризуется простотой технологии, высокой эффективностью и производительностью, небольшими затратами, так как основан на использовании стандартного исходного графита, невысокими удельными расходами реагентов, серийно выпускаемого полимера и промышленного оборудования.

Полученный материал обладает высокой огнезащитной способностью и может быть сформирован в виде листов, рулонов различной толщины и протяженности в зависимости от назначения.

Для специальных целей в особых случаях можно повысить огнезащитные свойства материала использованием вместо тканевой основы гибкой графитовой фольги толщиной 0,2 мм, что придает материалу новые свойства: графитовая основа, обладает высокой теплопроводностью и химической инертностью, равномерно перераспределяет тепло от источника возгорания, тем самым увеличивая огнестойкость покрытия.