HUT66958A

HUT66958A - Intumescent coating and method of its manufacture

Info

Publication number: HUT66958A
Application number: HU9303418A
Authority: HU
Inventors: John Ejr Hill
Original assignee: Material Tech & Science
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1995-01-30
Also published as: AU3970693A; ZA932360B; OA10062A; US5225464A; AU658550B2; CA2110504A1; FI935377A0; EP0587876A1; FI935377L; HU9303418D0; MY108718A; JPH06508399A; FI935377A7; AR248035A1; NZ251823A; BR9305464A; WO1993020156A1

Description

A találmány duzzadóképes bevonatra és annak előállítására vonatkozik. A találmány szerinti gyúlásgátló bevonat kemény, üvegszerű, szigetelőképesjelszenesedett réteget képez, ha hőhatás és láng éri.

Eddig a duzzadóképes bevonatokat vegyes eredményekkel alkalmazták. Különösen az ismert gyúlásgátló, duzzadóképes bevonatok hajlamosak a könnyű, pelyhes állagú, a bevonati felületről könnyen eltávolítható elszenesedett réteget képezni, ha tűz esetén turbulens légáramlat éri a bevont felületet. Ez korlátozza a bevonat védettségét és alkalmatlanná teszi bizonyos, tüzek kiváltotta körülmények közötti alkalmazásra. Hasonlóképpen, az ilyen megbízhatatlan megoldás nem teszi lehetővé a vizsgálati követelmények kielégítését.

A kemény, elszenesedett, a turbulens légáramlatnak ellenálló bevonatokat létrehozó megoldások általában szerves oldószereket, térhálós polimereket és költséges polifoszfátokat vagy pirofoszfátokat tartalmaznak foszforsav forrásként. Az ilyen bevonatok, bár kemény, elszenesedett bevonatot eredményeznek, költségesek és gyakran nehézkes a kezelésük és a felvitelük.

Ennek megfelelően régóta fennáll az igény a nem drága, duzzadóképes bevonatok iránt, amelyek ellenállnak a tűz okozta turbulens áramlással való eltávolításnak.

A lángálló, duzadóképes festékek ismertek (pl. 4 198 328, 4 879 320 és 4 247 435 számú amerikai egyesült állmok-beli szabadalmi leírások).Ezeknél azonban nem használtak monoammónium.-foszfátot, annak ismert, kedvezőtlennek Ítélt tulajdonságai miatt. A monoammónium-foszfát igen jól oldódik • · w · ·

-3vizben ugyanis, igy kilugozódik a bevonatból, ha azt víz éri^ ha viszont ez bekövetkezik, nem marad vissza foszforsav a pentaeritrol dehidratálásra és szenes réteg kialakítására. A szakembereket ez motiválta, hogy ne használjanak monoammónium-foszfátot, különösen, mivel igen jó hatást értek el pirofoszfátokkal és polifoszfátokkal, igy például a kereskedelmi forgalomban beszerezhető Monsato gyártmányú PHOSCHEK 30 készítménnyel. ;ajnos azonban, bár a pirofoszfátok és polifoszfátok révén víznek ellenálló bevonat nyerhető, a bomlási hőmérsékletük olyan, hogy csak csökkent mennyiségű elszenesedett réteg képződik. Ez viszont vagy kisebb tűzállóságot eredményez vagy költséges további anyagokat kell alkalmazni a megfelelő védelem érdekében.

η· találmány szerinti megoldással olyan duzzadóképes bevonat nyerhető, amelynek felületét kemény, turbulenciának és víznek ellenálló, gazdaságos bevonat alkotja.Ezt úgy érjük el, hogy ortofoszforsavat melaminnal és monomammónium-foszfáttal reagáltájjnk és igy hatásosan beborítjuk a monoammónium-foszfát egy víznek ellenálló réteggel. Ezen reakció révén kihasználható a monoammónium-főszfát előnye együttesen a költséges polifoszfátok előnyeivel.

Ily módon a találmány szerinti megoldás nem várt előnyökkel jár az ismert megoldásokhoz képest és egy régi igényt elégít ki a gazdaságos duzzadóképes bevonatokkal kapcsolatban.

A fe^ntiek alapján a találmány egy készítményre vonatkozik, amely gyúlásgátló anyag kialkítására alkalmas és amely készítmény foszforsav, melamin és monomammónium-foszfát • · ♦ ·

-4reakciótermékét tartalmazza. A készítmény felhasználható a legkülönbözőbb, gyulásgátlást igénylő területeken, amikoris a foszforsav, melamin és monoammónium-főszfát reakciótermékét kiorozott paraffinnal, pentaeritrollal és valamely kötőanyaggal elkeverve alkalmazzuk.

A találmány vonatkozik továbbá a fentiek szerinti készítmények előoLlítási eljárására is, amely eljárásnál a foszforsavat melaminnal érintkeztetjük, majd hozzáadjuk a monoammónium- foszfátot . A fenti duuzadóképes bevonatot kiorozott paraffin, pentaeritrol és egy kötőanyag adagolásával nyerjük.

.A találmány szerinti duzzadóképes készítmény duzzad és üvegesedik, ha láng hatásának tesszük ki. Üvegesedéskor kemény, elszenesedett réteg alakul ki, amely ellenálló turbunciával való eltávolítással szemben és ellenáll lángnak és hőnek is. Az üveges, szenesedett réteg kialakulásának kedvez, ha olyan anyagokat alkalmazunk, amelyek bomlásukkor dehidratáló savakat képeznek, ilyenek a foszfátok, polifoszfátok vagy pirofoszfátok.

A találmány szerinti készítmények alapja a foszforsav, melamin és monoammónium-foszfát reakcióterméke, amelyet kiorozott paraffinnal, pentaeritrollal és egy kötőanyaggal kombinálhatunk a javított tulajdonságú duzzadóképes bevonat kialakítása érdekében.

A három reagens mennyisége általában a következő: 15-95 t% monoammónium-főszfát, 0,1-5 t% foszforsav és 4-40 t% melamin a reagensek össztömegére számolva.

Előnyösek például a következő összetételek ·.

-5• · · · · · • * · · · ··· ······ · · · • ·· · ···· ·· ·

No.l készítmény:

Anyag	Tömegrész	Tömeg
Ionmentesített víz	240,0	15,7
Ortofoszforsav	5,25	0,34
Alkil-aril poliéter	3,0	0,2
K-tripolifőszfát	3,0	0,2
Paraffinos ásv. olaj	2,25	0,15
N-metil-pírrólidőn	4,5	0,29
Propilénglikol	10,5	0,69
Melamin	288,00	18,84
Titán-dioxid	36,0	2.36
Monoammonium-foszfát	468,00	30,62
Pentaeritrol	135,00	8,82
Kiorozott paraffin	72,0	4,71
Poli(vinil-acetát) gyanta	l 252,00	16,49
Na-polikarbonsav	9,00	0,59
	1528,50	100,0
No.2 kés z í tmény
Anyag	Tömegrész	Tömeg '
Ionmentesített víz	240,0	19,49
Ortofoszforsav	5,25	0,43
Alkil-aril poliéter	3,0	0,24
K-tripolifoszfát	3,0	0,24
Paraffinos ásv. olaj	2,25	0,18
N-metil-pírrólidőn	4,5	0,37
Propilénglikol	10,5	0,85

-6-
Melamin	288,00	23,39
Monoammónium-foszfát	468,00	38,00
Pentaeritrol	135,00	10,62
Kiorozott paraffin	72,0	4,71

1231,50

100,0

A fenti No.2 készítményt bekeverhetjük egy pigment diszperzióba, majd szárítás után 3325 US mesh lyukbőségü szitán átszitáljuk. Az így kapott No.2 készítményt a továbbiakban FR adalékként említjük.

Ha a No.l készítmény első tizenkét komponensét és a No.2 készítmény első tizenegy komponensét a megadott sorrendben elkeverjük, in situ reakció megy végbe. Bár a felsorolt komponensek mindegyike nem szükséges a működőképes duzzadóképes bevonat létrehozásához, a megadott összetételt előnyös összetételnek tekintjük. A kritikus reakció a foszforsav, melamin és monoammónium-főszfát közötti, igy bevont monoammónium-foszfát keletkezik, ami a vizzel szemben ι ellenálló, de mégis megtartja az alacsony kioldodási hőmérsékletet ( 155°C) ( a képződött melamin-pirofoszfát nagymértékben gátolja a víz oldóhatását). Ez az exoterm reakció előnyösen in situ megy végbe. Mivel a monoammónium-foszfát túlnyomó többsége reagálatlan marad, a kívánt tulajdonságok ( pl. alacsony bomlási hőmérséklet) megmaradnak.

No.3 készítmény ·

-7Anyag

Tömegrész

Tömeg %

FR adalék(No.2 kész.)

400,00

40,00

Magas olv.pontú szálasanyag

100,00

10,00

Gyanta (kötőanyag)

500,00

50,00

1000,00

100,00

A fenti készítményben a magas olvadáspontú szálasanyag lehet üveg vagy kerámiaszál, a kötőanyag lehet epoxi vagy poliészter vagy.bármely más, a szakember számára ismert kötőanyag .

Az FR adalékot adagolhatjuk bármely más meglévő kézsítményhez, igy például gélbevonatokhoz, darabos öntőkeC verékekhez ( sheet molding compound,SMC),ömlesztett öntőkeveré-kekhez ( búik molding compound, BMC) , különböző habokhoz, beleértve a szintetikus habokat is, igy csökkentve azok lánggal szembeni érzékenységét.

A monomammónium-foszfát, amely egy oldat^kb. 10-60% foszforsavat tartalmaz, ami előnyös szenesítő forrás. A monoammónium-foszfát (műtrágya minőség) előnyös mennyisége 960% a készítmény tömegére. A monoammónium-foszfátnak meg van az az előnye, hogy olcsó műtrágya minőségű ammónium-foszfát formájában ( NH4H2PO4) alkalmazható. Más elszenesítő anyagok, ámenek szintén alkalmazhtók, például a bórsav és sói, valamint a kénsav sói.

A melamin, amelyet előnyösen porformában alkalmazzuk és • · ··♦· • · · · · · «4 · · · • « · · • ♦· · ·· ·

-8mennyisége általában 2,5-18,0 t%, az előnyös habosítószer ( meleg hatására gázzá szublimál). Kereskedelmi forgalomban például az American Cyanamid vagy BASF cégektől szerezhető be, kémiai képlete C₃HgNg.

A kiorozott paraffin, amely legalább 70% klórt tartalmaz, az előnyös halogéntartalmú lángcsökkentő anyag, és kereske.delmi forgalomban beszerezhető például a CHLOREZ 70 márkanevű termék, amely Dover Chemical gyártmány. A kiorozott paraffin mennyisége általában 1,4-9,0 t% és a készítményben lánggátló és füstelnyomó anyagként hat.

A pentaeritrol az előnyös szénforrás, mennyisége általában3-12 t%. A pentaeritrol lehet monomer, dimer, trimer vagy polimer, az említett koncentráció monomerre vonatkozik, de a különböző polimerekre v onatkozó mennyiséget szakember minden nehézség nélkül meghatározhatja. A pentaeritrol kereskedelmi forgalomban például a PE-00 néven szerezhető be ( Hercules Corporation gyártmány).

A kötőanyag vagy gyanta a részecskék egymáshoz kötésére valamint egy filmréteg kialakítására szolgál, amely szénhabot képez hő hatására. A kötőanyag lehet például poli(vinilacetát) , poli(vinil-észter), poliészter vagy epoxigyanta.

A poli(vinil-acetátot) például emulzió formájában visszük be a készítménybe, mennyisége 12-29 t% , a szilárdanyagtartalomtól függően^ a poli(vinil-acetát) előnyös mennyisége 10-40 t%, még előnyösebben 20 t%. A poli(vinil-acetát) alkalmas filmképző és hordozóanyag. Egy előnyös képviselője például a RESYN márkanevű, National Starch and Chemical Corporation gyártmánya.

•·* · « · »· · • · · · φ · ·· ······ · · · • · · · ···· ·· ·

-9Αζ epoxigyantát előnyösen szingyanta formájában visszük be, mennyisége általában 10-45 t%. Egy előnyös epoxigyanta az EPON márkanév alatt beszerezhető gyanta, bár más egyéb alkalmas epoxigyanták is alkalmazhatók, ezekre jellemző a -CH-CH2 epoxidcsoport jelenléte. A gyanta kiválasztása szakember által könnyen elvégezhető.

Epoxigyanta esetén gyorsítót lehet alkalamazni, ennek mennyisége előnyösen 0,35-5 t%. Bármely kereskedelmi forgalomban kapható gyorsító felhasználható, különösen előnyös a tri(dimetil-amino-metil)-fenol, egy ilyen előnyös termék az ARALDITE DY 064 márkanév alatt beszerezhető készítmény.

Egy előnyös epoxid-alkalmazásnál, a hígítót 1,5-60 t% mennyiségben alkalmazzuk, egy előnyös hígító például az EPODIL L márkanév alatt kapható.

Az epoxi-készítmény tartalmazhat továbbá még epoxiaktivátort is, ennek mennyisége általában 10-35 t%. Aktivátorként alkalmazható például az ANCAMINE 1681 márkanév alatt kapható termék. A készítményt közvetlenül a felhasználás előtt kell elkeverni az aktivátorral vagy gyorsítóval. Az aktivátor vagy gyorsító alkalmas megválasztását a szakember könnyen elvégezheti és függ a géltől, a kikeményítési időtől és a kivánt végső tulajdonságoktól.

A poliészter gyantát a készítménybe például aktivált formában adagoljuk. A poliészter gyanta mennyisége általában 10-50 t%, előnyösen például az AROPOL márkanév alatt beszerezhető terméket alkalmazzuk. Mindazonáltal más egyéb alkalmas gyanták is alkalmazhatók, igy például ftálsavanhidrid és maleinsavanhidrid keveréke propilénglikollal észterezve, az alkalmas • · · ·

-10gyantát szakember könnyyen ki tudja választani.

Poliészter gyanták esetén is alkalmazható gyorsító, ennek mennyisége előnyösen 0,1-1,0 t% és bármely ismert gyorsító felhasználható. előnyös például a kobalt-ftálát.

A poliészter készítmények tartalmazhatnak továbbá katalizátort is, ezek mennyisége általában 0,5-2,0 t%. Előnyös katalizátor például a metil-etil-keton. Az alkalmazható katalizátort szakember könnyen ki tudja választani.

A magas olvadáspontú szá{-asanyag lehet például ásványi vagy szintetikus kerámiai, üveg, szén vagy szerves szál, amelyet mátrix erősítőként, hőelnyelőként és tűzterhelés hígítóként alkalmazunk. Ezen szálasanyagok olvadáspontja általában 400° és 3000°C közötti érték. Egy előnyös ásványi szálasanyag például NYAD-G márkanév alatt (GAF gyártm.) beszerezhető kalcium-szilikát (CaSiO3). Előnyös üvegszál az Owens-Corning gyártmányú ΤΥΡΕ 30. Előnyös szénszál a CARBOFLEX P-100 ( Ashland Fibers Div. gyártm.) és előnyös szerves szálasanyag a Kevlar 29, ez E.I. duPont Nemours, Co.,Inc. gyártmány.

Az No.3 készítmény előállításához az alkotókat gyúró típusú keverőbe adagoljuk a következő sorrendben : 1) gyanta, 2) szálasanyag, 3) FR adalék^, az aktivátort, a gyorsítót és a katalizátort külön tartályban tartjuk és közvetlen a felhasználás előtt adgoljuk.

A poliészterből, gyorsítóból és katalizátorból (tercbutilperbenzoát) álló keveréket elkeverhetjük az üvegszállal és SMC vagy BMC keverék formájában használhatjuk, amelynek eltarthatósági hőmérséklete kb. 140-160°C egy alkalmas aktiválóban, majd kikeményítjük.

♦ · ·« ft ·« ·♦·**···· » · · * · « *· «•••«η « « « • · · · ···· ·« ·

-11Az No.l készítmény kiértékelése

Az No.l készítményt a következő előírások szerint értékeltük :Uniform Building Code, Standard No. 17.5, Room Fire Test Standard fór Interior of Foam Plastic Systems. E szabványtól való eltérések a következő irodalmi hely V.B.I. szakaszában vannak ismertetve: Research Committee Acceptance Criteria fór Foam Plastics under Section 1712 of the Uniform Building Code, ezt 1982 októberében fogadta el az International Conference of Building Officials. Ez a módszer gyakorlatilag azonos a következővel: PICC 401/March 1980, An Enclosed Room Fire Test The Society of the Plastics Industry Inc., and UL subject 1715, Test method fór the Classification of Interior Finish Materials Using a ROOm Fire Test, Underwrites Laboratories). A vizsgálati minta kb. 1,28 cm vastag , 1,22 m széles és 2,44 m hosszú habosított izocianurát lemez, a DOW 9501 előírásának megfelelően. A duzzadóképes bevonatot mindegyik felületre felvittük, kivéve a hátoldalt, kb.2,4 mm vastagságban (szárazon).

A kísérlet után látható volt hogy a falakon és a plafonon a felületi bevonat elszenesedése 3,5 - 4 ft volt. Az alsó habszigetelésnél égési nyomok nem voltak láthatók a zsaluzat sarkától számítva 2-3 ft távolságon túl.

Az ismertetett és vizsgált panelek kielégítik a szabányok által előirt lángállósági követelményeket.

Az No.l készítményt vizsgáltuk továbbá lángterjedésre és füstsürúségre egy 30 perces tesztben az NFPA 703-5 Sections 2.2 és 2.4, Fire Reterdant Treated Wood klasszifikációja szerint

-12az ASTM-E84, Standard Method of test fór Surface Burning Characteristics of Building Materials előírásai szerint, ahol mind a berendezés, mind a vizsgálat kivitelezése ismertetve van, ezeket (Láb No. 106) National Bureau of Standards/NVLAP Program elfogadta. A vizsgálati módszer összemérhető az UL 723 NFPA No. 255 és UBC No. 42.1 előrásaival. A vizsgálati testek három ACX plywood panelből álltak, ezek mérete kb.580x23o5mm. A duzzadóképes bevonatot 0,43 mm vastagságban vittük fel.

Összefoglalva, a lángátló bevonat duzzadását követően elszíneződést az első 45 másodpercen belül észleltünk. Holyagosodást, buborékosodást és elszíneződést a minta felületének enyhe duzzadásával az i perc kezdetével észleltünk. A minta gyulladása a 11. percben következett be, 10 másodperces lánggal, amely 6 ft távolságra haladt 24 perc és 50 mp alatt. A minta égése után megfigyelhető volt mérséklődés a vizsgálat befej eződésekor.

A fenti vizsgálat alapján megállapítható, hogy a találmány szerinti bevonat védi a felületet a lángtól és megóvja az égéstől még extrém szélviszonyok mellett is.

A lánggal szembeni viselkedést és a vizállóságot a találmány szerinti No.l készítmény és egy kereskedelmi készítmény esetén, amely ammónium-polifoszfátot tartalmaz, az alábbiak szerint hasonlítottuk össze.

Lángállóság

Körülmények : kb.l cm vastag belső plywood, egyik oldalán kb. o,2 mm vastag választott bevonattal ellátva

-13Teszt : ASTM E-84 Tűnnél test, 30 perc

Eredmények :

Jellemzők :	FSI*	SDI**	Lángterj edés
Standard előírás	25	100	10,5 ft
No.l készítmény	5	25	9,5 ft
Ismert készítmény	25	75	12,5 ft

* lángterjedési index, ** füstfeji, index

Vízállőság

Körülmények :kb.l cm vastag belső plywood, egyik oldalán kb. o,2 mm vastag választott bevonattal ellátva

Teszt : 65% rel.nedv. 170°G 28 napig. A vizsgálat görbületben, az ASTM D-1037 előírásai szerint.

Eredmények :	MOE*
Jellemzők	MÓR*
Polywood kontroll	6,91	1,41
No. 1 készítmény	5,87	1,38
kereskedekmi készítm.	6,31	1,35
* törési modulus ( PSI	x 10⁶)

** rugalmassági modulus ( PSI x 106)

Bár a találmány s érinti megoldást az előnyös kiviteli módozatok szerint ismertettük, szakember számára számos egyéb

-14módosítás is nyilvánvaló a leírás alapján, igy ezek is mány oltalmi körébe tartoznak. így a találmány oltalmi csupán a következő igénypontok határolják be.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Lánggátló anyag kialakításához alkalmas készítmény azzal jellemzve, hogy foszforsav, melamin és monoammónium-foszfát reakciótermékét tartalmazza.
2. Az 1. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a monoammónium-foszfát kb. 10-60 % ammóniamentes foszfátot tartalmaz oldatban.
3. A 2. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemzve, hogy a monoammónium-főszfát mennyisége a reagensek 15-95 tömeg %-a.
4. Az 1. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a foszforsav mennyisége a reagensek 0,1- 5 tömeg %-a.
5. Az 1. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a melamin mennyisége a reagensek 4,0-40,0 tömeg %-a.
6. Duzzadóképes készítmény,azzal jellemzve, hogy foszforsav, melamin és monoammónium-foszfát reakciótermékét tartalmazza kiorozott paraffinnal, pentaeritrollal és egy kötőanyaggal együtt.
7. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a foszforsav mennyisége a reagensek 0,2-2,5 tömeg %-a.
8. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a monoammónium-foszfát kb. 10-60 % ammóniamentes foszfátot tartalmaz oldatban.
9. A 8. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemzve, hogy a monoammónium-foszfát mennyisége a reagensek 9-60 tömeg %-a.
10. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a melamin mennyisége a reagensek’ 2,5-18,0 tömeg %-a.
11. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a pentaeritrol mennyisége a reagensek 3-12,0 tömeg %-a.
12. A 6. igénypont szerinti készítmény, azzal jellemzve, hogy a kiorozott paraffin 70 % klórt tartalmaz.
13. A 12. igénypont szerinti készítmény, azzal jellmezve, hogy a kiorozott paraffin mennyisége a reagensek 1,4- 9,0 tömeg %-a.
14. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellmezve, hogy az előre reagáltatott kötőanyag poli(vinil-acetát), poli(vinil-észter), poliészter vagy epoxigyanta.
15. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellmezve, hogy még felületaktív anyagot is tartalmaz.
16. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellmezve, hogy még habzásgátló anyagot is tartalmaz.
17. A 6. igénypont szerinti készítmény azzal jellmezve, hogy még habzásgátló anyagot is tartalmaz.
18. a 17. igénypont szerinti készítmény azzal jellemzve, hogy a magas olvadáspontú szálasanyag kalcium-szilikát, kalcium-alumínium-szilikát, üveg, szén vagy poliaramid.
19. Eljárás az 1. igénypont szerinti készítmény előállítására azzal jellemzve, hogy a foszforsavat a melaminnal érintkeztetjük, majd hozzáadjuk a monoammónium-főszfátot.
20. A 19. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy még kiorozott paraffint, pentaeritrolt és egy kötőanyagot is adagolunk.