Огнезащитный лак

Огнезащитный лак

Реферат

Изобретение относится к составам для нанесения покрытий на основе кремнийорганических соединений, вспучивающихся под воздействием высокой температуры, в том числе к составам для нанесения вспучивающихся покрытий для огнезащиты древесины.

Жидкое стекло, представляющее собой водный раствор силикатов щелочных металлов общей формулы: Na₂O·xSiO₂·yH₂O, где силикатный модуль x=2-3,5; а y=2-5 при высыхании на воздухе дает покрытия, эффективно защищающие древесину от возгорания. При повышении температуры в результате полимеризации силиката происходит отщепление воды и образуется вязкий раствор, который вспенивается испаряющейся водой, превращаясь в твердое пористое тело, имеющее низкую теплопроводность, и устойчивое до температуры около 700°С. Некоторое время пленка дополнительно охлаждается, теряя воду. При обработке древесины жидким стеклом с расходом 500 г/м² и последующем высушивании потеря массы древесины в результате воздействия открытого пламени (ГОСТ 16363) составляет около 4,7%. Пленка вышеуказанного силиката быстро разрушается под влиянием влаги, содержащейся в воздухе. Даже в сухих отапливаемых помещениях время до ее полного разрушения не превышает полугода. Повышение силикатного модуля жидкого стекла увеличивает долговечность покрытий, но уменьшает их способность к вспучиванию. Модификация жидкого стекла поверхностно-активными веществами также улучшает долговечность и снижает огнезащитную эффективность покрытий. Потеря массы образцов, обработанных жидким стеклом, модифицированными оксиэтилированными ПАВ (1÷5%), при расходе 500 г/м² составляет 6,3-6,5% (ГОСТ 16363 - покрытия I группы огнезащитной эффективности).

Огнестойкие силикатные композиции представляют собой многокомпонентные системы, при нанесении которых образуются непрозрачные огнезащитные покрытия, вспучивающиеся при огневом воздействии. В состав известных композиций входят три основных компонента: водорастворимый силикат щелочного металла, отвердитель и огнестойкий наполнитель.

В качестве водорастворимых силикатов используются натриевое и калиевое жидкие стекла, а также их смесь. Для отверждения жидкостекольных композиций в их состав вводится кремнефтористый натрий [1-2] или производственные отходы, содержащие соединения фтора [3]. В качестве отвердителя используют также алюминат натрия [4] или алюминиевую пудру. Например, огнезащитный состав для покрытия деревянных конструкций "ОЗК-Д-1" [5] содержит графит - 6-20%, кремнефтористый натрий - 6-8%, алюминиевую пудру - 2-4% и раствор силиката натрия или калия - 72-82%.

Соединения алюминия или гексафторсиликат натрия реагируют с водорастворимыми силикатами, образуя соединения с большей устойчивостью к воздействию влаги, чем исходный силикат, однако введение таких добавок и наполнителей делает составы непрозрачными, они характеризуются также большим водопоглощением.

Для увеличения прочности и снижения водопоглощения в состав огнезащитных покрытий предлагается вводить дополнительные компоненты: метилметакрилат [1], акриламид [2], гидроксиэтилцеллюлозу [6], а также многоатомные спирты, например глицерин [7], полиэфирную смолу [8], мочевину [9] или ее смесь с Al₂O₃ [10] и др.

В целом такие композиционные материалы подвержены быстрому разрушению в условиях эксплуатации, имеют незначительную влагостойкость и непривлекательный внешний вид.

Известны составы, образующие при высыхании термостойкие лаки, содержащие твердые силикаты и алюмосиликаты, диспергированные в толуольном растворе полиметилфенилсилоксана [11]. Кремнийорганические покрытия, содержащие фенильные заместители, имеют термостойкость до 700°С.

В отличие от жидкого стекла покрытия на основе кремнийорганических каучуков отличаются долговечностью и эластичностью. На их основе можно создать прозрачные лаковые покрытия, например, путем гидролиза алкилалкосисиланов RSi(OR¹)₃ [12-13], не обладающие, однако, огнезащитными свойствами.

Наиболее близкими к предлагаемым являются силикатные составы, содержащие реакционно-способные полисилоксаны или алкилсиликонаты щелочных металлов. В заявке [14] предложен огнестойкий состав для пропитки минеральной ваты, который представляет собой водный раствор, содержащий 15-30% силиката натрия, 0,7-1,5% смеси сернокислого алюминия и кремнефторида натрия, 0,1-0,2% оксиэтилированного алкилфенола ОП-10, 0,3% водной эмульсии реакционно-способного полисилоксана, наносящийся на минеральную вату, которую берут в количестве 55-70% от массы всей композиции. В патенте [15] предложен силикатный состав, отличающийся высокой адгезией к различным поверхностям, что позволяет использовать его в качестве клея. Состав содержит 45-55% растворимого стекла, 20-44,9% кварцсодержащего компонента, 10-20% талька и 0,1-5% алкилсиликоната щелочного металла.

Недостатком этих составов является отсутствие у них декоративных свойств, что препятствует их использованию в качестве отделочных лаков для древесины.

Целью настоящего изобретения является создание стойкого к воздействию факторов окружающей среды прозрачного декоративного покрытия, обеспечивающего эффективную огнезащиту древесины.

Поставленная цель достигается использованием в качестве пленкообразователя для покрытия полимера, в котором гидрофобные кремнийорганические звенья сочетаются с гидрофильными фрагментами, способными при нагревании отщеплять воду, образуя вязкий раствор, превращающийся по мере испарения воды в твердый вспененный слой с низкой теплопроводностью. Впервые получены новые полимеры на основе продуктов гидролитической соконденсации алкоксиалкилсиланов и водорастворимых силикатов. При твердении этого состава для покрытия гидрофобные кремнийорганические звенья оказываются на наружной поверхности высохшей пленки. Поэтому после высыхания покрытие, получаемое из водорастворимого полимера, оказывается гидрофобным и стойким к повторному растворению в воде.

Ниже приведены конкретные примеры осуществления настоящего изобретения. В качестве силикатного компонента использовано коммерчески доступное жидкое натриевое стекло по ГОСТ 13078-81 производства РФ, а также жидкое натриевое стекло, произведенное в КНР. Использованное жидкое стекло характеризовалось следующими показателями:

внешний вид: бесцветная или желтоватая жидкость,

плотность: 1,40÷1,52 г/см³,

силикатный модуль: 2,5÷3,6,

содержание нелетучих веществ: 40÷69%.

В большинстве нижеприводимых примеров, если это не оговорено особо, использовался коммерчески доступный 49-50%-ный раствор силиката натрия, дававший при высыхании по данным определения содержания кремния и натрия пленку состава Na₂O·3,1SiO₂·3,5H₂O. Для обозначения этого компонента в таблицах использована аббревиатура ЖС 50%. Для уменьшения силикатного модуля (такие пленки имеют больший коэффициент вспучивания при нагреве) исходный состав подвергался обработке 30%-ным водным раствором NaOH или КОН, а повышение силикатного модуля обеспечивали за счет гидролиза в этом растворе заданного количества тетраэтоксисилана с отгонкой выделяющегося этанола и доведением продукта до нужной вязкости добавлением воды.

Другим важным коммерчески доступным продуктом для синтеза лаков по настоящему изобретению являются алкилсиликонаты общей формулы: M_zH_(3-z)O₃SiR¹, где М - Na, K, Li или аммоний, в том числе аммоний, замещенный алкильными группами; R¹=СН_3-, С₂Н_5-; z=1-3. Их получают гидролизом триалкоксиалкилсиланов водным раствором щелочи [13]. Промышленностью РФ под марками ГКЖ 10 и ГКЖ 11 выпускаются водные и водно-спиртовые растворы натриевых солей алкилсиликонатов. При высыхании растворов ГКЖ выделяется кристаллогидрат формулы R¹SiO₃Na₃·6,8H₂O [16]. В составах ГКЖ 10 и ГКЖ 11 содержится около 50% нелетучих веществ, соответствующих этой формуле, или 30% безводной соли R¹SiO₃Na₃. Могут быть использованы также калиевые или литиевые соли указанных соединений, получаемые способами, аналогичными производству натриевых солей [13], а также моно- и дизамещенные соли алкилсиликоновых кислот.

Диалкоксидиметилсиланы и триалкоксиметилсиланы были синтезированы по известным методикам [17] реакцией соответствующих спиртов и метилхлорсиланов или получены от производителей: General Electric, ОАО "Алтайхимпром", НПК "Пента".

Получение бутоксипроизводных алкоголизом смеси метилтрихлорсилана и диметилдихлорсилана описано в работе [18]. Смесь 29,6 М диметилдихлорсилана, 2,2 М метилтрихлорсилана и 78,4 М н-бутанола после нагревания до 90°С дала бутоксипроизводные, идентифицированные после ее разгонки как диметилдибутоксисилан 29,6 М (67% от теоретически возможного выхода), а также линейные диметилбутоксисилоксаны и метилтрибутоксисилан. После завершения реакции образуется смесь продуктов реакции следующего состава:

Бутанол	26,0%
Диметилдибутоксисилан	53,7%
С4Н9O(СН3)2SiOSi(СН3)2OC4Н9 и СН3Si(ОС4Н9)3	9,3%
C4H9O(CH3)2SiOSi(CH3)2OSi(CH3)2OC4H9 и др. полисилоксаны	11,0%

Перегонкой из этой смеси могут быть выделены индивидуальные вещества.

Бутоксипроизводные готовили, руководствуясь методикой [18], а также модифицировав ее, взяв для реакции больший избыток бутанола или иное соотношение диметилдихлорсилана и метилтрихлорсилана. О завершении реакции судили по прекращению выделения хлористого водорода и его отсутствию в реакционной смеси.

Ниже приведены примеры возможного получения и использования состава для покрытий, не исчерпывающие, однако, всех возможных путей получения и областей его применения.

Пример 1. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия, дополнительно содержащий диметилдибутоксисилан в количестве 2% от массы водного раствора силиката, получен следующим образом.

К 100 г 50%-ного водного раствора трисиликата натрия Na₂O·3SiO₂·3H₂O прибавляют при комнатной температуре 2 г диметилдибутоксисилана; перемешивают без нагревания 6 часов, получая умеренно устойчивую эмульсию типа "масло в воде". После выдерживания смеси в закрытой таре в течение 14 суток происходит гомогенизация смеси.

Пример 2. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия с добавкой алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий 5% бутанольного раствора диметилдибутоксисилана.

К 100 г смеси, содержащей 87% силиката по примеру 1 и 13% алкилсиликоната натрия ГКЖ-11, прибавляют при комнатной температуре 5 г бутанольного раствора, содержащего 56,7% диметилдибутоксисилана; перемешивают без нагревания 6 часов, получая умеренно устойчивую эмульсию типа "масло в воде". После выдерживания смеси в закрытой таре в течение 14 суток происходит частичное растворение органического слоя в водном силикате.

Пример 3. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия с добавкой алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана и многоатомный спирт (сахарозу).

К 29,8 г раствора по примеру 2 добавляют 7,5 г водной 50%-ной сахарозы. Смесь перемешивают при комнатной температуре 2 часа.

Пример 4. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия с добавкой алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий 3% бутанольного раствора диметилдибутоксисилана.

Готовят при температуре 20°С смесь из 7,25 г бутанольного раствора по примеру 2 и 15 г ГКЖ 11. В эту смесь медленно за 1 час добавляют 220 г 50%-ного водного раствор силиката натрия формулы Na₂O·2,8SiO₂·3H₂O, а затем нагревают и перемешивают полученный раствор 120 мин при 100°С.

Пример 5. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия с добавкой алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана и многоатомный спирт (сахарозу).

К 203,5 г лака по примеру 4 добавляют 21,4 г сухой сахарозы, растворяющейся при перемешивании при комнатной температуре.

Пример 6. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия с добавкой алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана и многоатомный спирт (сахарозу и глицерин).

К 149,9 г лака по примеру 5 добавляют 3,7 г глицерина и после перемешивания и гомогенизации полученный раствор используют в качестве огнезащитного лака.

Пример 7. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката и алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана, многоатомный спирт (сахарозу и глицерин), а также замещенный триалкоксисилан.

К 51,4 г лака по примеру 6 добавляют при комнатной температуре 0,7 г γ-изоцианатопропилтриметоксисилана (продукт А-35 OSi по классификации GE) и после перемешивания и гомогенизации полученный раствор используют в качестве огнезащитного лака.

Пример 8. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката и алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана, многоатомный спирт (сахарозу и глицерин), а также замещенный триалкоксисилан.

К 28,6 г лака по примеру 6 добавляют при комнатной температуре 1,5 г винилтриметоксисилана (продукт А-171 OSi по классификации GE) и после перемешивания и гомогенизации полученный раствор используют в качестве огнезащитного лака.

Пример 9. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката и алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана, многоатомный спирт (сахарозу и глицерин), а также замещенный триалкоксисилан.

К 36,5 г лака по примеру 6 добавляют 1,4 г γ-уреидопропилтриметоксисилана (Продукт А-1524 OSi по классификации GE) и после перемешивания и гомогенизации полученный раствор используют в качестве огнезащитного лака.

Пример 10. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия с добавкой алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий 3% бутанольного раствора диметилдибутоксисилана.

К 220 г 50%-ного водного раствора трисиликата натрия Na₂O·3,2SiO₂·3H₂O прибавляют при комнатной температуре 15 г 50%-ного водного раствора этилсиликоната натрия ГКЖ-11, перемешивают и из капельной воронки за 15 минут подают 7 г бутанольного раствора по примеру 2. Нагревают 60 мин при температуре кипения смеси.

Пример 11. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката натрия с добавкой алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана и многоатомный спирт (глицерин).

К 50 г смеси по примеру 10 прибавляют 7,5 г глицерина и перемешивают при 20°С.

Пример 12. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката и алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана, многоатомный спирт (сахарозу и глицерин), а также замещенный триалкоксисилан и тетраборат натрия.

К 2272 г 57%-ного водного раствора силиката натрия Na₂O·3,3SiO₂·3H₂O прибавляют за 1 час, перемешивая при комнатной температуре, приготовленную в отдельной емкости композиции из 63 г смеси, содержащей 18,8% метилтрибутоксисилана, 44% диметилдибутоксисилана и 37,2% бутанола и 112,2 г водного раствора метилсиликоната натрия, содержащего 26% NaO(OH)₂SiCH₃. К полученной негомогенной смеси добавляют последовательно 112,2 г порошкообразной сахарозы и 420 г 20%-ного раствора буры в глицерине, полученного при перемешивании соответствующих количеств тетрабората натрия Na₂B₄O₇·10H₂O и глицерина, содержащего менее 1% примеси воды. Перемешивают при 60°С в течение 40 минут. Затем прикапывают 21 г 3-изоцианатопропилтриэтоксисилана OCN-(CH₂)₃-Si(OC₂H₅)₃ (Продукт A-Link 25 OSi по классификации GE). Нагревают при перемешивании 2,5 часа на водяной бане, добавляют 1 г КОН и 250 мл воды, нагревают еще 10 часов и отгоняют выделившийся этиловый спирт, получая после отгонки гомогенный состав с небольшой долей механических примесей, отфильтровываемых на металлической сетке с размером ячейки менее 1 мм.

Найдено: содержание нелетучих веществ 77,9%. Плотность 1,40 г/см³.

Пример 13. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката и алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана, многоатомный спирт (сахарозу и глицерин), а также замещенный триалкоксисилан и тетраборат натрия.

К 112 г метилсиликоната натрия по примеру 12 при нагревании на кипящей водяной бане добавляют 11,2 г твердой NaOH. Полученный раствор вводят в 2272 г силиката натрия по примеру 12. Перемешивают при комнатной температуре до гомогенизации и добавляют 112,2 г сахарозы при нагревании 60°С, добиваясь перемешиванием полного ее растворения. Добавляют 312,5 г 20%-ного раствора буры в глицерине. Затем поочередно прикапывают 63 г смеси, содержащей 18,8% метилтрибутоксисилана, 44% диметилдибутоксисилана и 37,2% бутанола, и 21 г 3-изоцианатопропилтриэтоксисилана (A-Link 25). Полученную смесь перемешивают при 90°С в течение 3 часов, добавляют 200 мл воды и нагревают на водяной бане при перемешивании еще 5 часов. Отгоняют этанол в токе азота. Полученный раствор фильтруют, как в примере 12.

Содержание нелетучих веществ 73,6%. Плотность 1,34 г/см³.

Пример 14. Состав для покрытия на основе водного раствора силиката и алкилсиликоната натрия, дополнительно содержащий бутанольный раствор диметилдибутоксисилана, многоатомный спирт (сахарозу и глицерин), а также замещенный триалкоксисилан и тетраборат натрия.

К 90 г метилсиликоната натрия по примеру 12 при нагревании добавляют 18 г 50%-ного водного раствора NaOH. Полученный раствор последовательно смешивают при комнатной температуре с 1500 г водного раствора силиката натрия по примеру 12 и 75 г кристаллической сахарозы, которую перемешивают при 60°С до полного растворения, затем добавляют 112,5 г 20%-ного раствора буры в глицерине и 10 мл воды, 30 г смеси, содержащей 18,8% метилтрибутоксисилана, 44% диметилдибутоксисилана и 37,2% бутанола, и раствор 7,55 г 3-изоцианатопропилтриметоксисилана (A-Link 35) в 22,6 г бутанола-1.

Смесь нагревают на водяной бане при перемешивании в течение 6 часов, отгоняя выделяющийся метанол в токе азота. После испарения спирта состав практически гомогенизировался. Для увеличения прозрачности раствор фильтруют через плотную ткань.

Содержание нелетучих веществ 74,9%. Плотность 1,36 г/см³.

В таблице 1 приведена рецептура составов для покрытий по примерам 1-14.

Таблица 1Состав композиций (мас.%), пригодных для целей настоящего изобретения.
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Na2O*xSiO2*yH2O	49	41,4	34,3	45,45	41,1	40,1	39,6	38,1	38,6	45,4	39,6	39,8	41,7	45,8
NazH(3-Z)O3SiR1		3,7	2,3	1,85	1,7	1,65	1,6	1,6	1,6	1,9	1,6	0,90	0,95	1,25
(СН3)2Si(OR)2	2	2,7	2,15	1,65	1,55	1,5	1,5	1,4	1,5	1,6	1,4	0,85	0,90	0,70
CH3Si(OR)3												0,35	0,40	0,30
A-Si(OR2)3							1,3	5	3,7			0,65	0,70	0,40
Глицерин						2,4	2,3	2,3	2,3		13,0	10,3	8,05	4,80
Сахароза			10		9,5	9,2	9,2	8,8	8,9			3,45	3,60	4,05
Na2B4O7*10H2O												2,60	2,00	1,20
Щелочь												0,03	0,35	0,50
Бутанол		2,1	1,65	1,25	1,15	1,2	1,2	1,1	1,1	1,3	1,1	0,77	0,75	1,80
Вода - до 100%	49	50,1	49,6	49,8	45	43,95	43,3	41,7	42,3	49,8	43,3	39,8	41,7	45,8

Составы для получения покрытий по приводимым в описании примерам наносят на древесину. При их высыхании при комнатной температуре образуются прозрачные твердые покрытия, относящиеся к первой группе огнезащитной эффективности по классификации НПБ-251-98 при расходе материала до 500 г/м². Обычно потеря массы испытываемых образцов древесины, покрытых лаками по приводимым в описании примерам, не превышает 6%. При попадании в огонь покрытия вспучиваются, образуя вспененный слой, препятствующий быстрому прогреву древесины и ее термодеструкции с образованием горючих газов. Огнезащитные свойства коррелируют способность покрытий к вспучиванию при нагреве. В таблице 2 приведены коэффициенты вспучивания (К_всп), равные отношению объемов исследуемого образца после и до нагрева, полученные при температурах 300 и 900°С. Приведены также данные о потере массы образцов (Δm) при этих температурах в результате дегидратации лака.

Получаемые лаковые пленки устойчивы к старению. В табл.3 приведены свойства покрытий и их изменение за время климатических испытаний в течение 72 суток на открытом воздухе под навесом, не препятствующим инсоляции. Продолжительность испытаний соответствовала среднему времени жизни пленок из силиката натрия, не содержащего добавок.

Расчет величины устойчивости к старению R проводили по формуле R=Σk_i(x_i-x_i ⁰), где x_i и х_i ⁰ - наблюдаемое и исходное свойство, оцененное в баллах, k_i - весомость i-го свойства, выбранное таким образом, что полной сохранности покрытия соответствовала величина R=3, а полному разрушению - величина R=-10. Покрытия с положительными значениями величины R считали устойчивыми к старению. В качестве свойств покрытия рассматривали: внешний вид - прозрачность, твердость, отсутствие трещин, блеск, а также адгезию и гидрофобность. В испытаниях использовали плоские образцы отшлифованной древесины размером 50·70 мм и образцы раскладки волнистой структуры длиной 70 мм. В каждом испытании использовали не менее 4 образцов: по 2 образца различной формы. Полученная для каждого образца величина R суммировалась по всем образцам и затем делилась на их количество, давая среднюю величину, приведенную в таблице.

Наибольшее разрушающее действие на покрытия оказывали колебания влажности воздуха. Образцы материалов, помещенные в атмосферу с низкой и постоянной относительной влажностью, за время наблюдений свойств не меняли - R=3.

Таблица 2Свойства огнезащитных лаковых покрытий
Пример	Внешний вид покрытия до испытаний	Долговечность	Гидрофобность	Квсп Т 300	Δm Т 300	Δm Т 900	Квсп Т 900	Потеря массы дерева
1	глянцевое, бесцветное, равномерное, однородное	-0,55	0	37,6	25,5	30,4	6,8	6±1,3%
2	глянцевое, прозрачное, бесцветное	-1	0,3	8,6	32.4	43,3	5,5	7±1,5%
3	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое	0,16	0,5	3,9	32,3	35,3	4,5	16±1,3%
4	матовое, прозрачное, слабо светло-коричневое	0	0,7	18,7	31,2	40,4	2,7	4±1%
5	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое	0,24	0,69	13,3	38,8	43	6,3	16±1,5%
6	глянцевое, прозрачное, бесцветное	0,53	0,5	5,4	31,1	37,4	3,3	8±1,1%
7	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое	1,96	0,25	6,3	28,8	39,4	2,5	8±1,1%
8	матовый, полупрозрачный, белесый, твердый	0,51	0	4,8	33,3	36,2	3	8±1,1%
9	глянцевое, бесцветное, прозрачное, твердое	2,01	0	17,9	32,3	29	4,4	6±1,3%
10	глянцевое, прозрачное, бесцветное, гидрофобное	0,61	1	8,2	34,1	36,2	2,3	6±1,3%
11	полупрозрачный, матовый, мягкий	0,40	1	5,7	26,4	36,8	2,1	8±1,1%
12	матовое, бесцветное, твердое, прозрачное	0,6	1	6	28	34	2,5	8±1,1%
13	матовое, гидрофобное, желтоватое, прозрачное	0,8	1	8	30	34,5	2,5	8±1,1%
14	глянцевое, абсолютно прозрачное, бесцветное, твердое	1,25	1	9.5	31	35	2,5	8±1,1%
Прототип	глянцевое, прозрачное, бесцветное, твердое	-0,77	0	19,5	32	36	2,0	5±2,3%

Прототип: смесь ГКЖ 11 (13%) и натриевого жидкого стекла (87%).

Наилучшими свойствами обладают составы по примерам 7, 9 и 14. Добавка тетрабората натрия уменьшает склонность покрытий к растрескиванию и увеличивает их прочность.

В графе потеря массы древесины содержатся данные по результатам изучения огнезащитных свойств покрытий в соответствии с ГОСТ 16363 или НПБ 251-98. Она оценивается по потере массы стандартными образцами древесины при огневом испытании в керамическом коробе, имеющим снизу газовую горелку. Если при испытаниях огнезащищенной древесины потеря массы образца меньше 9% исходной массы, то такие средства относятся по этому стандарту к первой (высшей) группе эффективности.

Для испытания подготавливают не менее 10 образцов из прямослойной воздушно-сухой древесины сосны плотностью от 400 до 550 кг/м³ и влажностью не более 15%. Образцы древесины изготавливают в виде прямоугольного бруска с поперечным сечением 30×60 мм и длиной 150 мм. На кондиционированные образцы древесины со всех сторон наносят испытываемое покрытие, образцы взвешивают и высушивают.

Керамический короб помещают на подставку и, регулируя расход газа, устанавливают в верхней части короба температуру 200±5°С. После выдержки установленной температуры в течение 5 мин испытываемый образец опускают в керамический короб. Через 2 мин прекращают подачу газа в горелку и оставляют образец в приборе до остывания. Остывший образец извлекают из короба, остужают и взвешивают.

Ниже приведены дополнительные примеры, уточняющие диапазоны концентраций компонентов состава для покрытия и границы изменчивости общих формул.

Используя методику [18], из диметилдихлорсилана и бутанола 1 получена смесь продуктов, содержащая по данным хроматомасс-спектрометрического анализа:

Бутанол	14,0%
Диметилдибутоксисилан	62,4%
С4Н9O(СН3)2SiOSi(СН3)2OC4Н9	10,8%
С4Н9O(СН3)2SiOSi(СН3)2OSi(СН3)2OC4Н9 и др. полисилоксаны	12,8%

Указанная смесь продуктов без дополнительной очистки была использована для получения композиций в соответствии с методикой, описанной в примере 14, для получения долговечных прозрачных огнезащитных составов, рецептура которых представлена в таблице 3.

Общая формула алкоксиполисилоксанов в случае алкоксилирования смеси метил-трихлорсилана и диметилдихлорсилана может быть представлена в виде:

(RO)_n(СН₃)_3-nSiO[Si(СН₃)₂O]_kSi(СН₃)_3-n(OR)_n, где R = алкил C₁-C₄ или арил; n=1 и 2, a k≥0. При реакции бутанола с диметилдихлорсиланом k=0 отвечает продукт формулы С₄Н₉O(СН₃)₂SiOSi(СН₃)₂OC₄Н₉, a k=1 - C₄H₉O(CH₃)₂SiOSi(CH₃)₂OSi(CH₃)₂OC₄H₉.

Таблица 3Состав композиций (мас.%), пригодных для целей настоящего изобретения.
	15	16	17	18	19	20	21	22	23
Na2O·xSiO2·yH2O	45,35	40,8	45	43,9	42,9	37,9	34,6	37,85	44,6
Na3O3SiC2H2	1,9	1,7	1,35	1,3	1,3	1,1	1	1,1	1,35
(CH3)2Si(OC4H9)2	1,9	1,7	0,6	0,9	0,8	0,7	0,7	0,75	0,55
CH3Si(OC4H9)3				1,2	1,1	0,9	1	0,9	0,9
OCN(СН2)3-Si(ОСН3)3					2,7
СН2=СН-Si(ОСН3)3,				0,9	0,8	0,7	0,6	0,7
Глицерин		1				11,2		11,2
Сахароза		9	4,5	4,4	4,2	3,7	3,4	3,79	4,5
Na2B4O7·10H2O						2,8	1,6	2,8
C4H9O(CH3)2SiOSi(CH3)2OSi(CH3)2OC4H9 и др. полисилоксаны	0,7	0,6	0,2	0,3	0,3	0,3	0,25	0,29	0,2
Бутанол	0,4	0,4	0,2	0,2	0,2	0,2	0,15	0,17	0,1
Вода - до 100%	49,75	44,8	48,15	46,9	45,7	40,5	56,7	40,45	47,8
Продолжительность нагрева 80-99°С часов	1	0	0,25	2	2	2	2	2	2,5
Таблица 4Свойства огнезащитных лаков
Пример	Внешний вид до испытаний	Долговечность	Гидрофобность	Квсп Т 300	Δm Т 300	Квсп Т 900	Δm Т 900
15	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое	1,96	0,6	5,0	25.0	2,0	37,0
16	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое, гибкое	0,33	0,75	15,9	29,5	3,1	35,6
17	глянцевое, прозрачное, жесткое, чуть с коричневатым оттенком, твердое	-0,04	0	4,5	26,7	3,0	31,4
18	глянцевый, прозрачный, чуть желтоватый, твердый	1,60	0,75	5,2	25,5	2,4	37,5
19	глянцевое, чуть желтоватое, прозрачное	1,30	0,33	2,9	23,4	2,6	40,8
20	глянцевое, прозрачное, бесцветное, жесткое;	1,09	0.5	5,8	25,8	3,0	45,3
21	глянцевый, абсолютно прозрачный, бесцветный, жесткий, прочный	0,40	0,66	4,0	24,0	2,7	40,8
22	глянцевый, абсолютно прозрачный, бесцветный, жесткий, прочный	1,43	0	4,9	24,9	2,5	40,0
23	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое	1,80	0.5	2,3	26,4	2,3	41,5

Для составов, приведенных в таблице 3, условно обозначенные радикалы и коэффициенты принимают следующие значения:

силикат натрия Na₂O·xSiO₂·yH₂O x=3,3-3,6; y=3,3-4

алкилсиликонат натрия Na_zH_(3-Z)O₃SiR¹ R¹=C₂H₅-, z=3

диметилдиалкоксисилан (СН₃)₂Si(OR)₂ R=н-С₄Н₉-;

метилтриалкоксисиланы СН₃Si(OR)₃ R=н-С₄Н₉-,

триалкоксисилан А-Si(OR²)₃, А=OCN-(СН₂)_3-, R²=С₂Н₅

многоатомный спирт: глицерин и/или сахароза

тетраборат натрия Na₂B₄O₇·10H₂O

Используя методику [18], из смесей метилтрихлорсилана и диметилдихлорсилана и бутанола-1 получена смесь производных, которую в соответствии с методикой, описанной в примере 14, использовали для получения долговечных прозрачных огнезащитных составов, рецептура которых представлена в таблице 5.

Таблица 5Состав композиций (мас.%), пригодных для целей настоящего изобретения.
	24	25	26	27	28
Na2O·xSiO2·yH2O	44.3	43,8	43,0	45,1	44,5
Na3О3SiC2Н5	1,4	1,3	1,3	1,4	1,3
(CH3)2Si(OC4H9)2	0,6	0,6	0,6		0,0
СН3Si(ОС4Н9)3	1,3	1,3	1,3		1,2
OCN(CH2)3-Si(OCH3)3		1,5	1,5
CH2=CH-Si(OCH3)3			1,7	0,9	0,9
Сахароза	4,5	4,4	4,3	4,5	4,4
С4Н9О(СН3)2SiOSi(СН3)2OSi(СН3)2OC4Н9, и др. полисилоксаны	0,2	0,2	0,2	0,0	0,0
Бутанол	0,1	0,1	0,1	0,0	0,0
Вода - до 100%	47,6	46,8	46,0	48,1	47,7
Продолжительность нагрева 80-99°С часов	0,45	0,35	0,65	3	0,65
Таблица 6Свойства огнезащитных лаков
Пример	Внешний вид до испытаний	Долговечность	Гидрофобность	Квсп Т 300	Δm Т 300	Квсп Т 900	Δm Т 900
24	глянцевое, прозрачное, жесткое, бесцветное, чуть с белесостью, твердое	0,9	0	4,4	29,0	2,4	35,8
25	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое; в толстом слое с легкой белесостью	0,45	0,5	3,7	30,3	2,5	39,5
26	глянцевое, прозрачное, бесцветное, скользкое, твердое; в толстом слое с легкой белесостью	2,82	0,66	9,4	34,3	2,8	42,4
27	глянцевое, абсолютно прозрачное, бесцветное, твердое	1,46	0	10,8	28,2	2,6	48,1
28	глянцевый, прозрачный, чуть желтоватый, твердый	1,5	0,5	6,8	25,8	2,1	42,5

Таким образом, можно сделать вывод, что смеси продуктов бутанолиза метилтрихлорсилана и диметилдихлорсилана являются эффективными добавками к водорастворимым силикатам, позволяя повысить долговечность их высохших пленок.

При производстве метилхлорсиланов реакцией хлористого метила и кремнемедного сплава при ректификации продуктов в связи с близостью температур кипения продуктов реакции образуется ряд трудноразделимых смесей. Такие смеси можно использовать для целей настоящего изобретения, подвергнув бутанолизу в соответствии с вышеприведенной методикой.

Состав исходной смеси хлорсиланов:

Бензол	3,5%
Диметилдихлорсилан	40,8%
Метилтрихлорсилан	54,5%
Триметилхлорсилан	0,1%
Метилдихлорсилан	1,1%

Взаимодействие бутанола с указанной смесью хлорсиланов проводилось в избытке спирта при температуре 20-116°С. Выделяющийся HCl отдували током сухого азота. Бензол и часть бутанола при этом были также отогнаны. В результате реакции образовалась смесь, содержащая

Бутанол	23,0%
Диметилдибутоксисилан	28,0%
СН3Si(ОС4Н9)3	39,0%
Высококипящие бутоксизамещенные полисилоксаны	10,0%

Указанную смесь используют в реакции получения состава для покрытия без ее разделения на фракции, например, путем перегонки.

Водный раствор силиката щелочного металла или его смесь с алкилсиликонатом щелочного металла нагревают с указанным бутоксипроизводным на кипящей водяной бане. Продолжительность реакции и состав силиката указаны в таблице. Многоатомные спирты и другие компоненты вводили в состав после завершения нагрева и охлаждения смеси до комнатной температуры.

Таблица 7Состав композиций на основе метилтрибутоксисилана и диметилдибутоксисилана (мас.%), пригодных для целей настоящего изобретения.
	29	30	31	32	33
Na2O·xSiO2·yH2O	45,4	49,5	39,5	45,4	40,8
Na3O3SiC2H5	1,9		1,6	1,9	1,7
(CH3)2Si(OC4H9)2	1,2	0,4	1,0	1,2	1,1
СН3Si(ОС4Н9)3	0,8	0,3	0,7	0,8	0,8
Глицерин			13,0		0,0
Сахароза					5,2
Бутоксиполисилоксаны	0,3	0,1	0,3	0,3	0,3
Бутанол	0,7	0,2	0,6	0,7	0,6
Вода - до 100%	49,7	49,5	43,3	49,7	49,7
Время нагрева 80-99°С (часов)	0,5	1	0,5	2,5	0,5

Для составов, приведенных в данной таблице, условно обозначенные радикал