Вспучивающийся состав

Вспучивающийся состав

Реферат

Настоящее изобретение относится к новому составу вспучивающегося покрытия, обладающему превосходными свойствами вспучивания, подложкам, покрытым вспучивающимся покрытием, способу подготовки состава вспучивающегося покрытия и способу защиты конструкций от тепла/огня.

Многие материалы, такие как сталь, быстро теряют свою прочность и разрушаются в огне. Разрушение конструкций "высотных" офисных зданий, объектов нефтегазовой отрасли или другой инфраструктуры и разрыв технологической емкости или трубопровода в результате пожара могут иметь катастрофические последствия из-за развития аварийной ситуации, повреждения имущества и даже гибели людей.

Вспучивающиеся покрытия применяются на многих конструкциях, чтобы замедлить воздействие огня. Покрытие замедляет скорость роста температуры подложки. Таким образом, покрытие увеличивает продолжительность времени до разрушения конструкции из-за воздействия огня. Дополнительное время увеличивает вероятность того, что пожарные смогут погасить огонь или, по крайней мере, применить охлаждающую воду до того как конструкция разрушится.

Вспучивающиеся покрытия обычно содержат некоторый вид смолянистого связующего, например, органический связующий полимер, например, сшитый полимер, такой как эпоксидная смола или винилтолуол/стиролакриловый полимер. Смолянистое связующее образует твердое покрытие. Связующее может также быть источником углерода, который в огне может превращаться в кокс.

Кроме того, вспучивающиеся покрытия обычно содержат присадки, называемые "вспениватели" или “пенообразователи”, которые в огне выделяют газы, заставляющие кокс набухать в виде пены. Меламин, пирофосфат меламина, и полифосфат аммония могут быть использованы в качестве вспенивателя.

Огнезащитные характеристики этих покрытий связаны с образованием под воздействием тепла пористой коксовой пены, которая действует как обычный изолятор подложки, которую он покрывает, увеличивая продолжительность времени, которое выдерживает покрытая конструкция до разрушения из-за воздействия огня. Улучшение огнезащитных характеристик вспучивающегося покрытия приводит, таким образом, к увеличению продолжительности времени, которое выдерживает покрытая конструкция до разрушения из-за воздействия огня.

Однако во многих случаях коксовая пена из вспучивающегося покрытия не имеет достаточной конструкционной прочности и легко разрушается истиранием или эрозией.

Для того чтобы улучшить прочность коксовой пены с недостаточной прочностью к составу вспучивающегося покрытия могут быть добавлены различные присадки, такие как волокна, силикаты, стеклянные армирующие материалы. См., например, EP 0 568 354. В данной области техники считается, что использование таких добавок отрицательно влияет на другие свойства, например, в частности, на изолирующие свойства кокса из-за подавления расширения кокса. WO 2006/067478 раскрывает состав покрытия, содержащий, по крайней мере, один натрий калий алюмосиликат и калий алюмосиликат.

Как правило, в обычном случае вспучивающиеся покрытия, которые производят прочный и компактный кокс, часто имеют низкую огнестойкость. С другой стороны, вспучивающиеся покрытия, которые производят сильно расширяющийся кокс с хорошей огнестойкостью часто дают непрочный кокс. Таким образом, существует потребность предоставить вспучивающееся покрытие, которое обеспечивает как прочную коксовую пену, так и хорошую огнезащиту.

WO96/03854 описывает систему вспучивающихся покрытий, содержащую два слоя покрытия. Первый слой покрытия образует прочную карбонизующуюся коксовую пену, имеющую твердость и плотность, а второй слой покрытия образует изолирующую карбонизующуюся коксовую пену с плотностью около половины плотности коксовой пены первого слоя покрытия. Первый слой служит для защиты подложки от пробоя и прямого воздействия в условиях пожара (т.е. служит для прочности), а второй слой служит для обеспечения изоляции. Однако WO96/03854 не может предложить решения, как обеспечить и прочность, и изоляцию при помощи однослойного состава покрытия.

Таким образом, целью настоящего изобретения является обеспечение состава вспучивающегося покрытия, которое после нанесения и сушки/отверждения на подложке, а затем при воздействии тепла (огня), обеспечивает (i) прочный слой пены (до той степени, что не потребуется применения волокон в покрытии или армирующей сетки), а (ii) также отличную огнестойкость.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что использование определенного количества атомов металлов/металлоидов, из комбинации по меньшей мере двух различных и определенных источников металлов/металлоидов в составах органического вспучивающегося покрытия усиливает огнестойкость вспучивающегося покрытия, а также обеспечивает высокую прочность кокса. Однако было также обнаружено, что если в состав входило слишком большое количество атомов металлов/металлоидов, то это оказывало отрицательное воздействие на огнестойкость покрытия.

Неожиданно, авторы обнаружили, что обеспечение по меньшей мере двух различных и определенных источников атомов металлов/металлоидов, в определенных количествах, синергетически улучшает прочность кокса вспучивающегося покрытия без всякого снижения огнестойкости, что приводит к удивительно превосходной коксовой пене, как с точки зрения прочности, так и огнезащиты, по сравнению с тем, как если бы использовался только один из источников отдельно.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения, состав вспучивающегося покрытия содержит органический полимер, вспениватель и присадку, присадку, содержащую атомы металла/металлоида, произведенные из (a) и/или (b), и (c) и/или (d), в которой

(a) является одним или более алкоголятом(ами) металла/металлоида, содержащим, по меньшей мере, одну функциональную группу, выбранную из C₁-C_6-алкилокси и арилокси групп;

(b) является одним или более гидрокси-функциональным полисилоксаном(ами);

(c) является одним или более оксидом(ами) металла/металлоида; и

(d) является одним или более гидроксидом(ами) металла;

атомы металла из (a), (c) и (d) являются независимо выбранными, выбранными из Ti, Zr, Al, Zn, Mg, Na, Ca, а атомы металлоида из (a) и (c) являются независимо выбранными из Si или B,

общее количество (c)+(d), присутствующее в составе покрытия, не превышает 10,0 весовых %,

общее количество (a)+(b), присутствующее в составе покрытия, не превышает 50,0 весовых %, и

причем весовой % рассчитывается, исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

Содержание нелетучей части (NVC), и, таким образом, общий вес нелетучих компонентов в составе покрытия, может быть определен путем помещения известного количества (например, 0,3 г) состава покрытия в заранее взвешенную алюминиевую тарелочку, и нагреванием образца в печи до 105°C в течение 30 минут, и повторным взвешиванием тарелочки. Содержание нелетучих веществ может быть рассчитано по разности веса образца до нагрева после нагрева (стандарт ASTM D2697).

Если не указано иное, все значения весовых % (вес. %), указанные в данном документе, рассчитываются по общей массе нелетучих компонентов в составе покрытия.

Когда покрытие подвергается воздействию тепла (например, в огне, например, при температуре около 90°C и выше), покрытие пиролизуется, в результате чего образуется прочный и твердый слой кокса с отличной тепловой защитой.

Присадка может содержать (a) и/или (b) и комбинацию (c) и (d).

Присадка может содержать одну из следующих комбинаций:

- (a)+(c),

- (a)+(d),

- (a)+(c)+(d),

- (b)+(c),

- (b)+(d),

- (b)+(c)+(d),

- (a)+(b)+(c),

- (a)+(b)+(d) или

- (a)+(b)+(c)+(d).

Предпочтительно, чтобы весовое отношение количества (a)+(b) к количеству (c)+(d) в присадке составляло от 0,4 до 10,0:1,0, например, от 1,0 до 10,0:1,0, от 1,5 до 10,0:1,0, например, от 0,4 до 7:1.

Предпочтительно, чтобы общее количество (c)+(d), присутствующих в составе покрытия, не превышало 5,0 весовых %, и общее количество (a)+(b), присутствующих в составе покрытия, не превышало 20,0 весовых %, причем весовые % рассчитываются исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

Примеры предпочтительных атомов металла/металлоида (a) выбираются из одного или более атомов Si, Ti, Al и/или Zr (Si является металлоидом, а Ti, Al и Zr являются металлами). Таким образом, предпочтительно, атомы металлов из (a) выбираются независимо друг от друга из Al, Ti или Zr, а атомы металлоида из (a) являются Si.

Примерами (a), которые могут быть использованы отдельно или в комбинации, являются: C₁-C_6-алкокси или арилокси ортосиликаты, C₁-C₆-алкокси или арилокси ортотитанаты, C₁-C₆-алкокси или арилокси алюминаты, C₁-C₆-алкокси или арилокси цирконаты, или их предварительно гидролизованные производные.

Примеры предпочтительных атомов металла/металлоида (c) и (d) выбираются из одного или более атомов Al, Ti, Si, Mg, Zn, Zr, Na и/или K (Si представляет собой металлоид, а Al, Ti, Mg, Zn, Zr, Na и K являются металлами). Таким образом, желательно, чтобы атомы металла (c) и (d) были независимо друг от друга выбраны из одного или более атомов из Al, Ti, Mg, Zn, Zr, Na и/или K, а атомы металлоидов (c) и (d) были Si.

Примеры (c) включают одно или более вещество из следующих: Al₂O₃, Al(OH)₃, TiO₂, ZnO, SiO₂, силикат алюминия, каолин и фарфоровая глина. Например, (d) включает Al(OH)₃.

Органический полимер может быть термопластичным органическим полимером и/или термореактивным органическим полимером. Если полимер является термореактивным полимером, то предпочтительно, чтобы он имел среднюю величину молекулярного веса (M_n) в диапазоне от 300 до приблизительно 3000. Например, органический полимер может быть эпокси-функциональной смолой, и состав покрытия может дополнительно содержать амино-функциональный отвердитель.

Один или более алкоголят(ов) металла/металлоида (a) может, например, иметь структуру в соответствии с Фигурой 1.

Фигура 1,

в которой

X выбирается из Si, B, Na, Mg, Ti, Zr, Zn, Al,

n является 0 или целым числом между 1 и 29; и

R₁-R₆ являются одинаковыми или различными органическими одновалентными радикалами, в которых, по меньшей мере, один из одновалентных радикалов органических боковых групп является C₁-C_6-алкилокси и/или арилокси группой.

Другим вариантом осуществления настоящего изобретения является подложка, содержащая покрывающий слой, образованный путем нанесения описанного здесь состава вспучивающегося покрытия на поверхность подложки, а затем обеспечением высыхания и/или затвердевания состава. Соответственно, состав покрытия сушится/затвердевает при температуре окружающей среды (например, от -5°C до 40°C).

Другим вариантом осуществления настоящего изобретения является способ приготовления состава вспучивающегося покрытия путем добавления присадки, определенной в настоящем документе для состава покрытия, содержащей органический полимер и вспениватель, отличающийся тем, что присадка добавляется таким образом, что:

общее количество (c) и (d), присутствующих в составе покрытия не превышает 10,0 вес. %,

общее количество (a) и (b), присутствующих в составе покрытия не превышает 50,0 весовых %,

причем весовой % рассчитывается, исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

Другим вариантом осуществления настоящего изобретения является способ защиты конструкции от огня или тепла путем покрытия конструкции составом вспучивающегося покрытия, как описано в настоящем документе, и предоставлением возможности составу покрытия образовать покрытие.

Конкретным примером состава покрытия по настоящему изобретению является состав покрытия, содержащий органический полимер, вспениватель и присадку, присадку, включающую атомы металла/металлоида, из

(i) алкоголята металла/металлоида, который имеет линейную М-О основу молекулы, например, имеющего структуру согласно фигуре 1 (как определено в этом документе)

и

(ii) одного или более оксида(ов) металла, оксида(ов) металлоида и/или гидрооксида(ов) металла, как определено в настоящем документе и, предпочтительно, в которых атомы металла/металлоида выбираются из Ti, Zr, Al, Zn, Mg, Na, Ca, Si, или B,

и в которых

общее количество (i), присутствующее в составе покрытия, не превышает 50,0 весовых %, и

общее количество (ii), присутствующее в составе покрытия, не превышает 10,0 весовых %, и

причем весовой % рассчитывается, исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

(a) Алкоголят(ы) металла/металлоида, содержащий по меньшей мере одну функциональную группу, выбранную из C₁-C₆ алкилоксидных и арилоксидных групп;

Во избежание сомнений, “алкоголят металла/металлоида” означает алкоголят металла или алкоголят металлоида.

Алкоголят металла/металлоида, включающие С₁-С₆-алкилоксидные и/или арилоксидные группы, может иметь металл/металлоид-кислородную (М-О) основу молекулы с линейной, разветвленной, лестничной и/или клеточной структурой. По меньшей мере одна из C₁-C₆-алкилоксидных и/или арилоксидных групп связана с атомами металла/металлоида (M).

Во избежание сомнений, алкоголят металла/металлоида может также содержать металл/ металлоид-гидрокси (М-О) связи.

Подходящие С₁-С₆-алкилоксидные группы включают, например, метилоксидные, этилоксидные, пропилоксидные, например, н-пропилоксидные и изопропилоксидные, бутилоксидные, например, н-бутилоксидные, изобутилоксидные, втор-бутилоксидные и трет-бутилоксидные, пентилоксидные, гексилоксидные и включают подходящие арилоксидные группы, например, фенилоксидные группы.

Подходящими металлами для алкоголятов металлов являются натрий (Na), кальций (Ca), магний (Mg), титан (Ti), цирконий (Zr), цинк (Zn) и алюминий (Al). Подходящие металлоиды включают бор (B), кремний (Si). Предпочтительным металлоидом является кремний (Si).

Предпочтительно, чтобы атомы металла/металлоида (M) для алкоголятов металла/металлоида выбирались из Si, Ti, Al или Zr, и, наиболее предпочтительно, Si. Таким образом, предпочтительно, чтобы атомы металла для алкоголята металла выбирались из Ti, Al или Zr, а атомы металлоида для алкоголята металлоида были атомами Si.

Алкоголят металла/металлоида может также содержать другие боковые органические группы, например, C₁-C₆ алкильные, арильные, ацетокси, эпокси, оксимо, и аминогруппы.

C₁-C₆ алкильные группы включают метильные, этильные, пропильные, например, н-пропильные и изопропильные, бутильные, например, н-бутильные, изобутильные, втор-бутильные и трет-бутильные, пентиловые, гексиловые. Арильные группы включают фенильные группы.

В одном варианте осуществления существует только один атом металла/металлоида в M-O-основе алкоголята металла/металлоида. В другом варианте осуществления может быть до 100 атомов металла/металлоида в M-O-основе алкоголята металла/металлоида. Количество атомов металла/металлоида в M-O-основе может варьироваться между 1 и 100, предпочтительно между 1 и 50, еще более предпочтительно между 1 и 30.

Алкоголят металла/металлоида может иметь линейную M-O-основу молекулы, например, показанную на Фигуре 1.

Фигура 1,

в которой

X выбирается из Si, B, Na, Mg, Ti, Zr, Zn, Al, предпочтительно Si, Ti, Al или Zr и наиболее предпочтительно Si,

n является 0 или целым числом между 1 и 29; предпочтительно, 0 или целым числом между 1 и 19 и, еще более предпочтительно, 0 или целым числом между 1 и 9; и

R₁-R₆ являются одинаковыми или различными органическими одновалентными радикалами, в которых по меньшей мере один из одновалентных радикалов органических боковых групп является C₁-C_6-алкилокси и/или арилокси группой. В некоторых случаях R₁-R₆ могут также быть C₁-C₆ алкил радикалами и/или гидроксильными группами.

Более чем 20% R₁-R₆ групп могут быть C₁-C₆ алкокси и/или арилокси группами. Более чем 40% R₁-R₆ групп могут быть C₁-C₆ алкокси и/или арилокси группами. более чем 50% R₁-R₆ групп могут быть C₁-C₆ алкокси и/или арилокси группами. C₁-C₆ алкокси радикалы могут, например, быть метокси и/или этокси радикалами. Во избежание сомнений, % групп обозначает их процент в единицах (не по весу).

Примерами подходящих алкоголятов металлов являются (i) C₁-C₆-алкокси или арилокси ортосиликаты или их предварительно гидролизованные производные, например, тетраметилортосиликат, тетраэтилортосиликат, тетра(изо)пропилортосиликат, тетрабутилортосиликат или их предварительно гиролизованные производные, (ii) C₁-C₆-алкокси или арилокси ортотитанаты и их предварительно гидролизованные производные, например, тетраэтилортотитанат, тетраизопропилортотитанат, (“изопропоксид титана”), тетрабутилортотитанат или их гидролизованные производные, (iii) C₁-C₆-алкокси или арилокси алюминаты или их предварительно гидролизованные производные, например, метоксид алюминия, этоксид алюминия, изопропоксид алюминия, алюминий-три-втор-бутоксид или их предварительно гидролизованные производные, (iv) C₁-C₆-алкокси или арилокси цирконаты или их предварительно гидролизованные производные например, пропоксид циркония, бутоксид циркония, трет-бутоксид циркония или их предварительно гидролизованные производные, (v) C₁-C₆-алкокси или арилокси поликсилоксаны, например, Доу Корнинг US CF 2403/Ксиаметр RSN 2403, Уакер Силрес MSE100, Уакер Силрес REN 80, Уакер Силрес REN 50.

Практически пригодными алкоголятами металла/металлоида являются предварительно гидролизованные C₁-C₆-алкоксиортосиликаты, например, предварительно гидролизованный тетраэтилортосиликат.

(b) Гидрокси-функциональные полисилоксаны

Гидрокси-функциональные полисилоксаны являются соединениями, имеющими Si-кислородную (Si-O) основу молекулы и боковые цепи гидрокси-функциональных групп. Si-O основа молекулы может иметь линейную, разветвленную, лестничную или циклическую структуры.

Гидрокси-функциональные полисилоксаны, в соответствии с настоящим изобретением, не содержат алкокси-функциональных групп (в противном случае они попадают в категорию алкоголятов металлоидов (а), где M=Si).

Другими органическими функциональными группами, которые могут существовать на гидрокси-функциональных полисилоксанах являются, например, C₁-C₆-алкильная, арильная, ацетокси, эпокси, оксимо и аминогруппы.

C₁-C₆ алкильные группы включают метильные, этильные, пропильные, например, н-пропильные и изопропильные, бутильные, например, н-бутильные, изобутильные, втор-бутильные и трет-бутильные, пентиловые, гексиловые. Арильные группы включают фенильные группы.

В одном варианте осуществления гидроксил-функциональный полисилоксан является силанол-функциональным силиконовым маслом.

В одном варианте осуществления гидрокси-функциональный полисилоксан имеет линейную Si-O основу молекулы, включающую от 2 до 60 атомов кремния, например, от 2 до 30 атомов кремния или от 2 до 15 атомов кремния.

Примеры подходящих гидроксил-функциональных полисилоксанов, в частности, включают Ксиаметр OHX-4010 Полимер 400CS и Блюстар Силикон Блюсил Ойл 48V3 500.

(c) Оксид(ы) металла/металлоида

Во избежание сомнений, “оксид метала/металлоида” означает оксид металла или оксид металлоида.

Оксиды металла/металлоида представляют собой соединения, в которых атомы металла/металлоида связаны с кислородом.

Простые оксиды металла/металлоида имеют только один вид иона металла/металлоида, который связывается с ионом оксида (О^2-) в такой пропорции, чтобы уровнять заряды ионов металла/металлоида. Например, ион магния Mg²⁺, ион алюминия Al³⁺ и ион кремния Si⁴⁺ сочетаются с ионом оксида O^2-, образуя MgO (периклаз), Al₂O₃ (корунд) и SiO₂ (кремнезем).

Другие оксиды металлов содержат более одного вида ионов металла, например, MgAl₂O₄ (шпинель) и FeTiO₃ (ильменит).

Оксиды металла/металлоида в соответствии с настоящим изобретением не содержат гидроксигрупп, алкоксигрупп, или (в противном случае они попадают в категории (а), (b) или (d)).

Примерами предпочтительных металлов в оксиде металла (с) являются Al, Ti, Mg, Zn, Zr, Na или K, и, более предпочтительно, Al, Zn, Ti. Предпочтительным металлоидом в оксиде металлоида (с) является Si.

Примерами подходящих оксидов металла/металлоида, которые могут быть использованы отдельно или в любой комбинации, являются Al₂O₃, TiO₂, ZnO, SiO₂, силикат алюминия, каолин и фарфоровая глина.

Примеры групп оксидов металла:

Группа периклаза включает все оксиды металлов, которые имеют двухвалентные (два положительных заряда) ионы металла и структуру галита. В этой группировке каждый ион металла защищен шестью ионами кислорода, находящимися вокруг него. Только ионы металла среднего размера принимают такую структуру. Меньшие ионы окружены четырьмя ионами кислорода, а большие шестью.

Группа цинкита включает цинкит. Zn²⁺ достаточно малы, чтобы быть полностью защищенными четырьмя ионами кислорода. В свою очередь, каждый кислород окружен четырьмя ионами цинка. Полученный гексагональный кристалл принимает гемиморфную форму кристаллизации.

Группа корунда – (также часто называемая гематит группой). Включает все оксиды металла типа корунда (Al₂O₃), гематита (Fe₂O₃) и другие оксиды металла с общей формулой ABO₃. Все они имеют гексагональную структуру с металлом, окруженным шестью ионами кислорода. Эти металлы могут быть трехвалентными (например, Al³⁺⁾ или могут быть смесью двухвалентных и четырехвалентных металлов, таких как Fe²⁺ и Ti^4+, как в ильмените.

Группа шпинели – они являются смешанными оксидами металлов, содержащими соединения металлов с общей формулой AB₂O₄. Некоторые металлы стабилизируются четырьмя атомами кислорода в тетраэдральной структуре, в то время как другие стабилизированы шестью в октаэдрической группировке. Другие металлы могут образовывать обе эти структуры.

Группа рутила включает в себя все металлические оксиды с общей формулой MO₂, в котором металл четырехвалентен (несет четыре положительных заряда). Металл окружен шестью ионами кислорода, что приводит к образованию структуры рутила. Обычно сюда включаются металлы титан, марганец, олово и свинец. Брукит, анатаз и рутил являются полиморфными модификациями диоксида титана (TiO₂), имеющими тот же состав, но отличающимися расположением ионов в структуре рутила.

Оксиды металла/металлоида могут быть твердыми веществами. Под твердыми веществами мы подразумеваем твердые вещества по стандарту ASTM D 4359-90.

(d) Гидроксид(ы) металла

Гидроксиды металла содержат металл-гидрокси связи (M-OH связи). Гидроксиды металла в некоторых случаях могут также содержать связи металл-кислород (M-O связи).

Простые гидроксиды металлов содержат один вид иона металла, который связан с гидроксил ионом (OH^-) и в некоторых случаях с ионом кислорода (О^2-), в той пропорции, чтобы сбалансировать изменения иона металла.

Некоторые гидроксиды металлов содержат более чем один вид иона металла, причем ионы металла имеют связь с гидроксил-ионами (OH^-) и в некоторых случаях с ионами кислорода (О^2-), в той пропорции, чтобы сбалансировать изменения иона металлов.

Гидроксиды металлов в соответствии с настоящим изобретением, не содержат алкокси функциональных групп (в противном случае они попадают в категорию алкоголятов металлов(а)).

Примерами предпочтительных металлов в гидроксидах металлов являются Al, Ti, Mg, Zn, Zr, Na и/или K. Наиболее подходящими являются металлы Al, Zn, и/или Ti.

Частично подходящим гидроксидом металла для использования по настоящему изобретению является Al(OH)_3.

Примеры металлов для гидроксидных групп:

Группа диаспора включает оксигидрокиды трехвалентных металлов, включая Al³⁺, Fe³⁺ и Mn^3+. Общая химическая формула - MO(OH). Каждый ион металла окружен четырьмя отрицательно заряженными ионами, тремя O^2- и тремя (OH)^-. Группа брусита включает в себя гидроксиды двухвалентных металлов, включая магний Mg²⁺_.^. Они сгруппированы в октаэдр с металлом в центре. Структура обычно слоистая, состоящая из шести гидроксильных (OH^-) ионов, окружающих ион металла. Слои укладываются друг на друга и удерживаются вместе слабыми водородными связями.

Эти гидроксиды металлов могут быть твердыми веществами. Под твердыми веществами мы подразумеваем твердые вещества по стандарту ASTM D 4359-90.

Присадка должна содержать (i) (a) и/или (b), и (ii) (c) и/или (d).

Неожиданно изобретатели обнаружили, что, если (a) и/или (b) сочетаются с (c) и/или (d) в количествах, определенных в настоящем документе, появляется синергетическое улучшение огнестойкости вспучивающегося покрытия без, на удивление, снижения прочности кокса, в результате чего, в частности, что, в частности, приводит к улучшению качества кокса, как с точки зрения прочности, так и огнезащиты.

Например, присадка может содержать следующие комбинации:

- (a)+(c)

- (a)+(d)

- (a)+(c)+(d)

- (b)+(c)

- (b)+(d)

- (b)+(c)+(d)

- (a)+(b)+(c)

- (a)+(b)+(d)

- (a)+(b)+(c)+(d)

Особенно хорошие характеристики достигаются, когда (а) и/или (b) сочетаются с (c) и/или (d) и весовое отношение количество (a)+(b) к количеству (c)+(d) в присадке составляет от 0,4 до 10,0:1,0, например, от 1,0 до 10,0:1,0, от 1,5 до 10,0:1,0, например, 0,4 до 7:1, то есть, (a)+(b):(c)+(d) составляет 0,4 до 7:1.

Общее количество (c)+(d), присутствующее в составе покрытия, не превышает 10 весовых %.

Состав покрытия может содержать (c), (d) или (c)+(d). В любом случае, общее количество (c) и (d), присутствующих в составе покрытия, не должно превышать 10,0 весовых %, то есть максимальное количество (c) или (d), или (c)+(d), которое может присутствовать в составе покрытия, составляет 10,0 весовых %, причем весовые % рассчитывается исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

В предпочтительном варианте осуществления общее количество (c)+(d), присутствующее в составе покрытия, не превышает 8,0 весовых %, не превышает 6,0 весовых % и, наиболее предпочтительно, н не превышает 5,0 весовых %.

Использование (c) и (d) в этих небольших количествах значительно усиливает прочность кокса без уменьшения огнестойкости вспучивающегося покрытия.

Например, общий вес (c) и/или (d) в составе покрытия может варьироваться от 0,1 до 10,0 весовых %, от 0,1 до 8,0 весовых % или от 1,0 до 6,0 весовых %.

Например, состав покрытия может состоять из одного или комбинации

- Al₂O₃ в количестве 0,1–8,0 весовых %, например, 0,5–3,0 весовых %,

- Al(OH)₃ в количестве 0,1–8,0 весовых %, например, 0,5–4,0 весовых %, и

- TiO₂ в количестве 0,1–8,0 весовых %, например, 1,0–5,0 весовых %.

при условии, что общий вес (c) (Al₂O_3, TiO₂) и (d) (Al(OH)₃) не превышает 10,0 весовых % предпочтительно, не превышает 8,0 весовых %, более предпочтительно не превышает 6,0 весовых % и, наиболее предпочтительно, не превышает 5,0 весовых %, причем весовые % рассчитываются исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

Общее количество (a) и (b), присутствующих в составе покрытия, не должно превышать 50,0 весовых %

Принципиально важно, чтобы общее количество (a)+(b), присутствующих в составе покрытия, не превышало 50,0 весовых %, то есть, максимальное количество (a), (b) или (a)+(b), составляет 50,0 весовых %, причем весовые % рассчитываются, исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

Предпочтительно, чтобы общее количество (a)+(b), присутствующих в составе покрытия, не превышало 20,0 весовых %.

Предпочтительно, чтобы общее количество (c)+(d), присутствующих в составе покрытия, не превышала 5,0 весовых %, и общая сумма (a)+(b), присутствующих в составе покрытия, не превышала 20,0 весовых %, причем весовые % рассчитываются исходя из общего веса нелетучих компонентов в составе покрытия.

Органический полимер

Полимер из вспучивающегося состава покрытия имеет органическую природу. Под органической природой, мы имеем в виду, что полимер содержит углерод. Это означает, что дополнительная карбонизирующая добавка не является существенным компонентом в составе покрытия.

Органический полимер может быть одним или более органическим термопластичным полимером(ами), одним или более органическим термореактивным полимером(ами), или сочетанием органического термопластичного полимера(ов) и органического термореактивного полимера(ов).

Как правило, затвердевающие органические термореактивные полимеры имеют средний молекулярный вес в диапазоне от 300 до 3000, предпочтительно, 300–1000.

Как правило, органический термопластичный полимер имеет средний молекулярный вес в диапазоне от 1000 до, примерно, 1000000, предпочтительно от 10000 до 500000, наиболее предпочтительно, от 50000 до 250000.

Средняя величина молекулярной массы может быть измерена с помощью гель-проникающей хроматографии в соответствии со стандартом ASTM, метод D5296-11.

Состав покрытия согласно всем способам осуществления настоящего изобретения предпочтительно содержит от 10 до 80 весовых %, более предпочтительно от 15 до 65 весовых %, от 20 до 55 весовых % и, наиболее предпочтительно, от 25 до 50 весовых % органического полимера.

Органический полимер может содержать одну или более из следующих функциональных групп: эпокси, амино, сложных эфиров, виниловых, амидных, уретановых, мочевины, меркаптанов, карбоновых кислот, акрилоил, метакрилоил, изоцианатов, алкоксисилильных, ангидридных, гидроксильных и алкоксил групп.

Органические термореактивные полимеры, пригодные для использования в данной композиции, могут быть: эпокси-функциональными смолами, например смолами на основе диглицидилового эфира бисфенола А или эпокси-функциональными полисилоксанами, винилэфирными смолами, например, (мет)акрилатными смолами, винил-функциональными смолами, например винил-функциональными полисилоксанами и ненасыщенными полиэфирами, полиолами, алкидами, и алкоксисилильными-функциональными органическими смолами, или их комбинациями. Подходящие эпокси-функциональные смолы включают (i) полиглицидиловые эфиры, производные от таких многоатомных спиртов, как этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль, 1,2-пропиленгликоль, 1,4-бутиленгликоль, 1,5-пентандиол, 1, 2, 6-гексантриол, глицерин, триметилолпропан, бисфенол А (продукт конденсации ацетона и фенола), бисфенол-F (продукт конденсации фенола и формальдегида), гидрированный бисфенол А, или гидрированный бисфенол-F, (ii) полиглицидиловые эфиры поликарбоновых кислот, образующиеся в результате реакции эпоксидного компонента, такого как эпихлоргидрин, с алифатическими или ароматическими поликарбоновыми кислотами, такими как щавелевая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, терефталевая кислота, 2,6-дикарбоновая кислота, нафталин или димеризованная линолевая кислота, (iii) олефиноэпоксидированные ненасыщенные алициклические соединения, такие как эпоксидная смола алициклических эфиров и сложных эфиров, (iv) эпоксидные смолы, содержащие оксиалкиленовые группы, (v) эпоксиноволачные смолы, полученные реакцией эпилогидрина (например, эпихлоргидрина) с продуктами конденсации альдегида с одноатомными или многоатомными фенолами (например, фенолформальдегидным конденсатом), (vi) любые из вышеупомянутых эпокси-функциональных смол, модифицированные полисилоксановыми боковыми группами, (vii) силикатомодифицированные эпоксидные смолы, например, продукты реакции тетраалкоксиортосиликата или его частично конденсированного олигомера и эпоксидной смолы, содержащей гидроксильные группы, как описано в WO 2009/019296, и (viii) их смесей.

Эпокси-функциональные смолы предпочтительно имеют эпоксидный эквивалентный вес в интервале от 100 до 3000, более предпочтительно 160–1000 г/экв., и, даже более предпочтительно, 160–500 г/экв.

Органические термореактивные полимеры могут быть (мет)акрилатными полимерами, в том числе полимерами, имеющими концевые акрилатные или метакрилатные группы. Примерами подходящих (мет)акрилатных функциональных полимеров являются уретан акрилаты, акрилатные или метакрилатные эфиры, полученные из эпоксидной смолы, полиолакрилаты, полиэфирные акрилаты, полиэфирные акрилаты, меламиновые акрилатные смолы, полиамидакрилаты, акриловые полимеры, имеющие боковые акриловые группы, силиконакрилаты.

Органические термореактивные полимеры могут быть полисилоксанами, включая (мет)акрилатных смолы, содержащими полисилоксановые боковые группы, и те полисилоксаны, которые раскрыты в WO 2010/054984, включающем эпоксидные функциональные смолы.

Если один или более органический полимер(ы) являются одним или более термореактивным полимером(ами), то состав покрытия дополнительно содержит один или более отвердитель(ей) для термореактивных полимеров. Термореактивный полимер(ы) образует слой покрытия на подложке путем взаимодействия (реакции вулканизации) с отвердителем(ями). Выбор отвердителя практически не ограничен, за исключением того, что он должно включать функциональные группы, пригодные для реакции с функциональными группами термореактивных смол, для того, чтобы вызвать вулканизацию. Определение подходящего отвердителя находится в пределах общих навыков и знаний специалиста, который разрабатывает рецептуру состава покрытия. Например, для эпоксидных функциональных органических смол, пригодные отвердители включают аминные, или тиоловые функциональные группы, предпочтительно амино-функциональные группы. Подходящими примерами являются отвердители фенольных смол, отвердители полиаминов, отвердители политиолов, отвердители полиангидридов и отвердители поликарбоновых кислот. “Поли” означает, что отвердитель содержит 2 или более отверждаемые функциональные группы.

Примерами отвердителей фенольных смол являются фенол новолачные смолы, бисфенол новолачные смолы и поли-п-винилфенол.

Примерами подходящих аминных отвердителей являются полиамиды, полимерные основания Манниха, амино-функциональные оксиды полипропилена или полиэтилена и полисилоксаны, содержащие аминные группы. Термин "аминные отвердители" означает, что отвердитель содержит одну или более –NH или –NH₂ групп. Других аминные отвердители включают аминосиланы, таких как алкокси аминоалкил силаны 3-аминопропилтриэтоксисилан, 3-аминопропилтриметоксисилан, 3-аминопропил-метилдиметоксисинан и 3-аминопропилметилдиэтоксисилан, первичные вторичные амины, такие как N-(2-аминоэтил)-3-аминопропилдиметоксисилан, вторичные амины, такие как N-метил- или N-фенил-3-аминопропилтриметоксисилан, полигликольэфир-модифицированные аминосиланы и триамино-функциональные пропил - триметоксисиланы. Могут также использоваться схожие аминосиланы, имеющие два или три атома кремния. В качестве аминного отвердителя может также использоваться и аддукт эпоксидного функционального соединения и амина функционального соединения. Примеры таких аддуктов приведены в WO 2007/082853. Примеры тиол-функциональных отвердителей включают тетракис-пентэритоиол (3-меркаптопропионат), полисульфидные смолы, отвердители на основе тиола, связанного с органической основой молекулы при помощи эфирных связей, тиол-функциональные силаны, такие как меркаптопропилтриметоксисилан, меркаптопропилтримэтоксисилан, и тиол - функциональные полисилоксаны.

Примеры полиангидридных отвердителей включают фталевый ангидрид, тетрагидрофталиевый ангидрид, метилтетрагидрофталиевый ангидрид, 3,6-эндометилентетрагидрофталиевый ангидрид, гексахлороэндометилентетрагидрофталиевый ангидрид, и метил-3,6-эндометилентетрагидрофталиевый ангидрид.

Изоцианатные отвердители для полиолов включают, например, метилен дифенил диизоцианат, толуол диизоцианат, гексаметилендиизоцианат диизоцианат, изофорон диизоцианат и их полимерные формы и смеси.

Если бы состав покрытия являлся составом, отверждаемым при температуре окружающей среды, включающим один или более термореактивный полимер(ы), тогда один или более отвердитель(ей) термореактивных полимеров содержал бы функциональные группы, способные реагировать с функциональными группами органического термореактивного полимера при температуре окружающей среды. Примером состава покрытия, отверждаемого при температуре окружающей среды, является состав покрытия, содержащий эпоксидную функциональную смолу и ам