Вспучивающаяся композиция покрытия

Вспучивающаяся композиция покрытия

Реферат

Настоящее изобретение относится к жидкой вспучивающейся композиции, субстратам, покрытым упомянутой композицией, и к способу защиты конструкций от огня. Обуглившийся материал, образованный из покрытия по настоящему изобретению, обладает превосходными прочностными и теплоизоляционными свойствами. Следовательно, вспучивающаяся композиция покрытия имеет полезность в защите конструкций, таких как прибрежные (морские) сооружения, от огня, вызванного турбулентным горением углеводородов.

Применение стального каркаса в качестве способа строительства зданий является обычным делом. Значительная часть мирового производства стали идет на строительство зданий. Здания со стальным каркасом предоставляют много преимуществ по сравнению с традиционным способами строительства, но страдают от главного недостатка, а именно от того, что при возникновении пожара температура незащищенной стали быстро повышается до точки, где сталь "размягчается", теряет свою жесткость, а это нарушает целостность конструкции. С течением времени здание обрушится, но задолго до того, как это случится, изгибная деформация конструкции будет вызывать отваливание панелей обшивки, облицовки и прочего, которые могут быть соединены со стальным каркасом, что представляет значительную опасность для людей, пытающихся эвакуироваться из здания, и пожарных, пытающихся локализовать пожар.

Самый простой способ при попытке преодолеть вышеупомянутый недостаток стального каркаса заключается в том, чтобы некоторым образом изолировать сталь. Степень изоляции влияет на время, затрачиваемое на достижение точки, когда конструкция становится нестабильной, и различные оценочные характеристики устанавливаются при использовании официальных испытаний.

Вспучивающиеся покрытия используются во многих конструкциях для отсрочивания влияние нагрева при пожаре. Покрытие замедляет скорость повышения температуры субстрата, на который нанесено это покрытие. Таким образом, покрытие увеличивает период времени до того момента, когда конструкция будет терять свою форму под действием теплоты огня. Дополнительное время делает более вероятной ситуацию, когда пожарные смогут потушить пожар или, по меньшей мере, применить охлаждающую воду до того, как конструкция получит повреждения.

Вспучивание означает разбухание (увеличение объема/толщины) и обугливание. При воздействии теплоты/огня пожара, вспучивающееся покрытие образует толстый, пористый высокоизоляционный (невоспламеняемый) твердый пенный барьер на поверхности, которую оно покрывает.

Главным преимуществом этих вспучивающихся материалов по сравнению с различным другими доступными вариантами является то, что в нормальных условиях они практически не занимают место (обычные толщины покрытия составляют примерно 5 мм), и они дают пренебрежимо малую прибавку массе конструкции. Вспучивающиеся покрытия имеются в продаже в течение многих лет. Для большинства вспучивающихся покрытий требуется грунтовочный слой, один или несколько слоев вспучивающегося материала для наращивания необходимой толщины материала, и финальный (последний) слой для улучшения стойкости к атмосферным воздействиям. Существует потребность во вспучивающихся покрытиях, которые обеспечивают более твердые покрытия, с меньшим количеством слоев, и, которые менее легко подвергаются разрушению.

Традиционно применяемые вспучивающиеся покрытия, содержащие полимерное связующее, обычно также содержат следующие компоненты, которые могут вспучивать покрытие при воздействии теплоты/пламени огня: источник кислоты, обугливающий агент и вспучивающий агент.

При подвергании обычно применяемого вспучивающегося покрытия воздействию огня или избыточной теплоты, источник кислоты разлагается с обеспечением кислоты. Обугливающий или образующий уголь агент (также называемый карбонизирующим) вступает в реакцию с кислотой с образованием карбонизованного обуглившегося материала. Примеры образующих уголь агентов включают, например, многоатомные спирты, такие как пентаэритрит или дипентаэритрит или их смесь. Карбонизованный обуглившийся материал получается при разложении многоатомного спирта. Вспучивающий агент вырабатывает невоспламеняющийся газ (обычно аммиак) при подвергании воздействию теплоты или пламени. Чаще всего используемые вспучивающие агенты представляют собой меламин и производные меламина. THEIC, который представляет собой трис-(2-гидроксиэтил)-изоцианурат, также является известным раздувающим агентом. Газ, выделяющийся из вспучивающего агента, предназначен для обеспечения расширения карбонизованного материала с образованием пеноматериала.

Вспучивающиеся покрытия следует отличать от огнестойких покрытий. Назначением огнестойкого или пламезадерживающего покрытия является снижение воспламеняемости и отсрочивание горения субстрата, который оно покрывает. Для чистого огнестойкого материала вспучивание не является необходимым или существенным. Поэтому, огнестойкие покрытия часто имеют сильно отличающийся состав относительно обычно применяемых вспучивающихся покрытий. Например, огнестойкие покрытия иногда содержат большие количества материалов (некоторых наполнителей и пигментов), которые предназначены для предотвращения прохождения языков пламени, но эти материалы вместе с тем ингибируют вспучивание покрытия.

Вспучивающиеся покрытия могут быть подразделены на категории согласно типу пожара, в отношении которого они предназначены обеспечивать защиту. Например, некоторые вспучивающиеся покрытия выполнены с возможность обеспечивать защиту от целлюлозных пожаров, другие выполнены с возможность обеспечивать защиту от углеводородного пламени.

Под защитой от целлюлозного пожара, авторы понимают покрытия, которые разработаны с тем, чтобы защищать элементы конструкции от воздействия целлюлозного пожара. Целлюлозный пожар представляет собой пожар, характеризующийся таким источником топлива, как древесина, бумага, текстильные материалы, и так далее. Эти горючие материалы типичны для современных коммерческих и инфраструктурных проектов Антропогенной Среды, обычно для архитектурных применений в Антропогенной Среде, включающих несущую стальную конструкцию, которая подвергается воздействию и изнутри и снаружи. Кривая испытания, отражающая стандартное течение целлюлозного пожара, достигает 500°С за приблизительно 5 минут и с течением времени поднимается до температуры, превышающей 1100°C [2012°F].

Под защитой от углеводородного пожара авторы понимают покрытия, которые были специально разработаны для защиты стальных конструкционных элементов от воздействия углеводородного пожара. Углеводородные пожары, или пожары на поверхности пролива, представляют собой пожары, которые происходят над участком пролива испаряющегося углеводородного горючего. Углеводородные пожары, как было обнаружено, являются чрезвычайно турбулентными и дают очень быстрый нагрев до примерно 1000°C за 5 минут, с повышением температуры после этого до 1100°C за короткий промежуток времени. Пожар на поверхности пролива может нарушать конструкционную целостность типичной стальной конструкции, используемой на объектах нефтяного и газового промысла, за считанные минуты. Пожары струйного горения составляют особую группу связанных с углеводородным горючим пожаров, возникающих в результате горения горючего, которое непрерывно высвобождается под высоким давлением (2 бара или более). Пожары струйного горения представляют значительный риск для прибрежных (морских) сооружений из-за сильных тепловых потоков и эродирующих сил, которые они производят.

Вспучивающиеся покрытия, которые защищают от углеводородного пожара, должны быть более прочными, более износостойкими, должны иметь более хорошую стойкость к атмосферным воздействиям, чем вспучивающиеся покрытия, которые защищают от целлюлозных пожаров. Кроме того, вспучивающиеся покрытия, которые защищают от углеводородного пожара, должны быть способны образовывать очень прочный обуглившийся материал с хорошей структурной целостностью и адгезией к субстрату, так чтобы он не разваливался на части и не отпадал от субстрата при подвергании воздействию сильных тепловых потоков и чрезмерных эродирующих сил углеводородного пожара.

В некоторых случаях, если вспучивающееся покрытие производит обуглившийся пеноматериал с неподходящей прочностью (относительно турбулентных сил углеводородного пожара), то к вспучивающейся композицией покрытия могут быть введены различные добавки, такие как наполнители, упрочняющие материалы на основе волокон, диоксида кремния, стекла, с целью повышения прочности обуглившегося материала. Однако, использование слишком большого количества добавок в традиционно применяемых композициях для вспучивающегося покрытия снижает количество разбухающего материала покрытия при подвергании воздействию чрезмерной теплоты/чрезмерного огня пожара, что приводит в результате к ухудшению его теплозащитной способности.

В других случаях, если вспучивающееся покрытие производит обуглившийся пеноматериал с неподходящей теплоизоляционной способностью, то вводят дополнительный вспучивающий агент, например, амино-функциональный вспучивающий агент, такой как мочевина, дициандиамин, меламин и производные меламина. Целью введения дополнительного вспучивающего агента является увеличение количества газа, который образуется во время процесса вспучивания, с тем, чтобы образовывался более вспененный (расширенный в объеме), менее плотный и более высокотемпературный изоляционный пеноматериал. Однако, обычно сильно вспененный пеноматериал имеет слабые прочность и адгезию.

Подытоживая вышесказанное, (i) вспучивающиеся покрытия, вырабатывающие хорошие прочные и плотные обуглившиеся материалы, которые являются достаточно прочными, чтобы выдерживать чрезмерные эродирующие силы углеводородного пожара, часто имеют слабую способность к теплоизоляции субстрата, который они покрывают, и (ii) вспучивающиеся покрытия, которые вырабатывают сильно вспененные обуглившиеся материалы, обладают хорошей теплозащитной способностью, при этом обуглившиеся материалы являются не достаточно прочными, чтобы выдерживать чрезмерные эродирующие силы углеводородного пожара.

Известное решение для обеспечения системы покрытия, которая предоставляет прочность, адгезию и хорошую теплоизоляцию, состоит в обеспечении системы покрытия, содержащей два слоя покрытия, которая описана в международной публикации WO96/03854. Система покрытия согласно WO96/03854 содержит первый слой покрытия, который образует жесткий карбонизирующийся обуглившийся пеноматериал, обладающий некоторой ударной вязкостью и плотностью, и второй слой покрытия, который образует изоляционный карбонизирующийся обуглившийся пеноматериал, обладающий плотностью, значение которой равно примерно половине значения плотности обуглившегося пеноматериала первого слоя покрытия. Первый слой предназначен для защиты субстрата от пролома/врезания и от прямого воздействия условий пожара (то есть обладает прочностью), а второй слой предназначен для обеспечения изоляции. Международная публикация WO96/03854, однако, не содержит сведения о том, как обеспечить одновременно и прочность и теплоизоляционные свойства с использованием одной композиции покрытия.

Существует потребность в некоторой (т.е. одной) вспучивающейся композиции покрытия, которая дает в результате покрытие, которое при подвергании воздействию теплоты вырабатывает обуглившийся материал, одновременно обладающий превосходной прочностью и обеспечивающий превосходную теплозащиту, в силу чего он подходит для использования при турбулентных углеводородных пожарах.

Существует потребность в некоторой (одной) вспучивающейся композицией покрытия, которая дает в результате покрытие, которое при подвергании воздействию теплоты вырабатывает обуглившийся материал, одновременно обладающий превосходной прочностью и обеспечивающий превосходную теплозащиту, в той мере, в какой он подходит для использования в турбулентных углеводородных пожарах.

В данном документе предоставляется вспучивающаяся композиция покрытия, которая, при отверждении и затем при подвергании воздействию теплоты, вспучивается с образованием невоспламеняемого барьера, который одновременно является прочным и имеет хорошие пожарные характеристики (теплоизоляционные свойства) в той мере, в какой он подходит для защиты от углеводородных пожаров.

Композиция для покрытия по настоящему изобретению обеспечивает долговечную прочную, износостойкую, и стойкую к атмосферным воздействиям (к действию воды/коррозии) пленку с хорошей адгезией. При подвергании воздействию теплоты, покрытие, образованное из композиции по настоящему изобретению, образует покрытие, имеющее достаточную прочность в той мере, в какой при этом не требуются упрочняющие материалы, такие как сетчатый материал.

Дополнительным преимуществом является то, что композиция для покрытия легко наносится и при отверждении имеет хорошую адгезию к субстрату в той мере, в какой она может быть применена без упрочняющего сетчатого материала. Поскольку покрытие может быть нанесено и использовано без сетчатого материала, то композиция для покрытия может быть нанесена более быстро.

Жидкая композиция для покрытия по настоящему изобретению преимущественно может быть нанесена обычно применяемыми способами, как, например, посредством щетки, наливом, безвоздушным распылением или посредством шпателя.

При подвергании вспучивающегося покрытия по настоящему изобретению воздействию теплоты, в ходе реакции между источником фосфорной кислоты или сульфоновой кислоты, источником борной кислоты и отвержденным(-ыми) органическим(-ими) полимером(-ами) образуются газы.

Эти газы действуют в качестве вспучивающего агента со вспениванием карбонизованного обуглившегося материала. Неожиданно, авторы изобретения обнаружили, что при введении в композицию для покрытия по настоящему изобретению чаще всего используемых вспучивающих агентов, включающих в себя меламин, производные меламина и производные изоцианурата, имеет место снижение теплозащиты или наблюдается отсутствие улучшения теплозащиты, обеспечиваемой обуглившимся материалом, и наблюдается ухудшающий эффект в отношении прочности обуглившегося материала и адгезии обуглившегося материала к субстрату. Снижение прочности обуглившегося материала и адгезии обуглившегося материала приводит к отсоединению обуглившегося материала от субстрата и к растрескиванию, что дополнительно снижает теплозащиту, предоставляемую обуглившимся материалом. Таким образом, авторы изобретения обнаружили, что необходимо, чтобы композиция содержала минимально возможное количество компонентов этих типов, и предпочтительно вовсе не содержала ни один из этих компонентов.

Введение добавок, таких как наполнители, упрочняющие материалы на основе волокон, стекла, в композицию для покрытия, как можно было бы ожидать, улучшает прочность обуглившегося материала, но одновременно с тем согласно ожиданиям снижает количество вспучивающегося материала покрытия и ухудшает теплозащитную способность обуглившегося материала. Неожиданно, при введении в композицию для покрытия по настоящему изобретению стекловолокна такое ухудшение не наблюдается; в противоположность тому, обуглившийся материал имеет как превосходную теплозащитную способность, так и прочность.

Превосходные свойства композиции для покрытия по настоящему изобретению обусловлены конкретными сочетанием и количествами компонентов, определяемыми в данном документе. Жидкая вспучивающаяся композиция покрытия по настоящему изобретению содержит следующие компоненты:

(a) 25,0-75,0 об. % одного или более органического(-их) термоотверждающегося(-ихся) полимера(-ов) и одного или более отверждающего(-их) агента(-ов) для органического(-их) термоотверждающегося(-ихся) полимера(-ов),

(b) 1,0-70,0 об. % источника фосфорной или сульфоновой кислоты,

(c) 6,0-60,0 об. % источника борной кислоты,

(d) 0-2,0 об. % меламина или производных меламина,

(e) 0-1,0 об. % одного или более производного(-ых) изоцианурата,

где % объемный вычисляется в расчете на общий объем нелетучих компонентов в композиции для покрытия.

Если не установлено иначе, все значения % объемных (% об.), устанавливаемые в данном документе, вычисляются в расчете на общий объем нелетучих компонентов в композиции для покрытия при комнатной температуре (25°C). Располагая информацией о массе и удельной плотности компонента можно вычислить объем каждого компонента.

Нелетучие компоненты в композиции для покрытия представляют собой компоненты, которые присутствуют в покрытии после отверждения композиции для покрытия. Для осуществления целей этого изобретения, как правило, нелетучие компоненты имеют температуру кипения, равную более 150°C при давлении в 1 атмосферу. Растворитель в композиции для покрытия, который не присутствует в пленке покрытия, не является нелетучим компонентом.

Под подверганием воздействию теплоты, предпочтительно авторы изобретения имеют в виду подвергание воздействию температур, имеющих значение около 150°C и выше (например, 250°C), обычно при пожаре.

Предпочтительно, органические термоотверждающиеся полимеры не содержат полисилоксан.

Например, вспучивающаяся композиция покрытия может содержать 35,0-65,0 об. % компонента (a), предпочтительно 50,0-65,0 об. % компонента (a).

Например, вспучивающаяся композиция покрытия может содержать 1,0-50,0 об. % компонента (b), предпочтительно 5,0-25,0 об. % компонента (b).

Например, вспучивающаяся композиция покрытия может содержать 6,0-50,0 об. % компонента (c), предпочтительно 10,0-50,0 об. %, более предпочтительно 10,0-25,0 об. % компонента (c).

В частности, вспучивающаяся композиция покрытия может содержать всего 0-2,0 об. % упомянутого(-ых) меламина или производных меламина (d) и других амино-функциональных вспучивающих агентов, выбираемых из дициандиамида, мочевины и ее производных (f).

Органический термоотверждающийся полимер в соответствии с (a) может содержать по меньшей мере одну из следующих функциональных групп: эпоксигруппу, аминогруппу, сложноэфирную группу, винильную группу, винил-сложноэфирную группу, амидную группу, уретановую группу, меркаптановую группу, группу карбоновой кислоты, акрилоильную группу, метакрилоильную группу, изоцианатную группу, алкоксисилильную группу, ангидридную группу, гидроксильную группу, алкоксигруппу и политиольную группу.

Примером органического термоотверждающегося полимера в соответствии с (a) является эпоксидная смола. Пример отверждающего агента в соответствии с (a) выбирают из отверждающего агента, функционализированного аминогруппой, тиольной группой, группой карбоновой кислоты, ангидридной группой и/или спиртовой группой. Предпочтительно органический термоотверждающийся полимер в соответствии с (a) представляет собой эпоксидную смолу, а отверждающий агент в соответствии с (a) выбирают из отверждающего агента, функционализированного аминогруппой, тиольной группой, группой карбоновой кислоты, ангидридной группой и/или спиртовой группой.

Компонент (c) может быть предпочтительно выбран из одного или более веществ из следующего: борной кислоты; солей борной кислоты, таких как пентаборат аммония, борат цинка, борат натрия, борат лития, борат алюминия, борат магния и; боросиликатов. Наиболее предпочтительно, (c) представляет собой пентаборат аммония или борную кислоту.

Борная кислота, как известно, обладает вспучивающим действием. Например, и в патенте US 3,934,066 и в международной публикации WO 2010/054984 упоминается то, что борная кислота может быть использована в качестве вспучивающего агента. Многие другие вспучивающие агенты, включающие в себя меламин и мочевину, также упоминаются и приводятся в качестве примера в патенте US 3,934,066 и в международной публикации WO 2010/054984. Однако оба раскрытия не предлагают композицию для вспучивающегося покрытия, составленную, по меньшей мере, с 6,0% об. борной кислоты в комбинации с другими заявляемыми компонентами, и очень небольшим количеством других конкретных вспучивающих агентов, включающих в себя меламин, и не предлагают то, что покрытие из этой композиции для покрытия, могло бы иметь превосходную прочность и предоставить превосходную теплозащиту в той мере, в какой оно подходит для защиты от углеводородных пожаров.

Необязательно, вспучивающаяся композиция покрытия может содержать всего 0-2,0 об. % упомянутого(-ых) меламина или производных меламина (d), упомянутых других амино-функциональных вспучивающих агентов, выбираемых из дициандиамида, мочевины и ее производных (f), и других вспучивающих агентов (g), где упомянутые другие вспучивающие агенты (g) выбирают из вспениваемого графита, сульфаминовой кислоты и солей вольфрамовой кислоты (таких как вольфрамат натрия), и их производных.

Необязательно, вспучивающаяся композиция покрытия может содержать стекловолокна.

Композиция для покрытия также может необязательно содержать один или более источник(-ов) металлических и/или металлоидных ионов. Например, один или более источник(-ов) металлических и/или металлоидных ионов может(-гут) присутствовать в количестве 5-60 об. %. Примеры одного или более источника(-ов) металлических или металлоидных ионов (c), которые могут быть выбраны, включают одно или более веществ из следующего: оксиды металлов, оксиды металлоидов, гидроксиды металлов, гидроксиды металлоидов, карбонаты металлов, карбонаты металлоидов, бикарбонаты металлов, фосфаты металлов, хлориды металлов, сульфаты металлов, нитраты металлов, силикаты металлов, и бораты металлов, и их комплексы.

Металл в источнике металлических или металлоидных ионов может быть выбран из Al, Si, Ti, Al, B, Zn, Cu, Mg, Na or Ca. Один или более источник(-ов) металлического(-их) или металлоидного(-ых) иона(-ов) может(-гут) представлять собой одно или более веществ, выбранных из TiO₂, ZnO, ZnPO₄, Al(OH)₃, Al₂O₃, AlPO₄, Kaolin, MgO, MgPO₄ or ZrO_2.

В конкретном случае, таким образом, (a) может содержать эпоксидное связующее и амино-функциональный отверждающий агент, (b) может представлять собой источник фосфорной кислоты, и (c) может представлять собой одно или более веществ, выбранных из следующего: TiO₂, ZnO, ZnPO₄, Al(OH)₃, Al₂O₃, AlPO₄, Kaolin, MgO, MgPO₄, or ZrO₂.

Также в объем настоящего изобретения входит субстрат, покрытый композициями для покрытия, которые описаны в данном документе. Примеры субстратов включают, металлические субстраты, например, стальные и алюминиевые субстраты, и композиционные материалы, например, армированный стекломатериалом пластик (GRP). Поскольку одним преимуществом этой композиции для покрытия является то, что покрытия, получаемые из нее, имеют значительную прочность в той мере, в какой они не растрескиваются или не отслаиваются от субстрата в том случае, когда не используют армирующий сетчатый материал, даже при возникновении турбулентного углеводородного пожара, другой вариант осуществления настоящего изобретения составляет субстрат, покрытый композициями для покрытия, которые описаны в данном документе, где Покрытый субстрат не содержит армирующий сетчатый материал.

Также в объем настоящего изобретения входит способ осуществления защиты конструкций, таких как прибрежные (морские) сооружения, объекты нефтяного и газового промысла, наземные сооружения, как, например, установки для разделения сырой нефти и сооружения химического производства и дорогостоящие инфраструктурные здания (HVI), от пожара и огня, путем:

- покрытия конструкции вспучивающейся композицией покрытия, определяемой в данном документе (например, посредством щетки, наливом, распылением или посредством шпателя), необязательно без сетчатого материала, и

- обеспечения отверждения композиции для покрытия, предпочтительно при температуре окружающей среды (например, от -5 до 50^oC).

Композиция для покрытия, применяемая в способе, является жидкостью.

Органический(-ие) термоотверждающийся(-иеся) полимер(ы) и отверждающий(-ие) агент(ы) (a)

Композиция для покрытия по настоящему изобретению содержит один или более органический(-их) термоотверждающийся(-ихся) полимер(-ов) и отверждающий(-ие) агент(-ы) для органического(-их) термоотверждающегося(-ихся) полимера(-ов). Предпочтительно органический(-ие) термоотверждающийся(-иеся) полимер(-ы) не содержит(-ат) полисилоксановую цепь. Органический термоотверждающийся полимер и отверждающий агент могут отверждаться с образованием покрытия на поверхности.

Полисилоксановая цепь определяется как структура, имеющая главную цепь Si-O с органическими боковыми группами, прикрепленными к атомам кремния через углеродный или гетероатомный мостик, где, по меньшей мере, часть атомов кремния присоединена к одному, двум, или трем атомам кислорода. Полисилоксановая цепь может иметь линейную, разветвленную, лестничную и/или каркасную структуру. Полисилоксановая цепь также включает соединения-предшественники для упомянутой полисилоксановой цепи.

Таким образом, предпочтительно органический термоотверждающийся полимер не представляет собой полиорганосилоксан, например, полисилоксан с органическими боковыми группами, например, C₁-C₁₀ алкильными (метил, этил, фенил) группами, амино- и эпокси-группами.

Органический термоотверждающийся полимер имеет органическую природу. Под органической природой, авторы изобретения подразумевают, что полимерная система содержит углерод. По определению, таким образом, органический полимер не может содержать исключительно полимерные или олигомерные неорганические силикатные структуры, например, силикат натрия или калия. Кроме того, покрытия, где связующее представляет собой исключительно силикат щелочного металла, вымывается водой и не может обеспечивать износостойкую/стойкую к атмосферным воздействиям (к действию воды/коррозии) пленку, подходящую для защиты от углеводородных пожаров.

Органический термоотверждающийся полимер, однако, может содержать гетероатомы, и может, например, содержать алкоксисилил-функциональные группы. Поскольку органический термоотверждающийся полимер содержит углерод, дополнительная обугливающая добавка не является необходимым компонентом композиции для покрытия.

Органический термоотверждающийся полимер может представлять собой единственный органический термоотверждающийся полимер или смесь из двух или более различных органических термоотверждающихся полимеров.

Органический термоотверждающийся полимер может содержать одну или более из следующих функциональных групп: эпоксигруппу, аминогруппу, сложноэфирную группу, винильную группу, винил-сложноэфирную группу, амидную группу, уретановую группу, меркаптановую группу, группу карбоновой кислоты, акрилоильную группу, метакрилоильную группу, изоцианатную группу, алкоксисилильную группу, ангидридную группу, гидроксильную группу, алкоксигруппу и политиольную группу.

Органический полимер, подходящий для использования в этой композиции, может представлять собой: эпокси-функционализированную смолу. Обычно, эпоксидная смола имеет среднечисловую молекулярную массу Mn в диапазоне от 300 до приблизительно 6000, предпочтительно 300-3000.

Подходящие эпокси-функционализированные смолы включают в себя (i) полиглицидиловые простые эфиры, полученные из 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 реакции конденсации ацетона и фенола), бисфенол-F (продукт реакции конденсации фенола и формальдегида), гидрированный бисфенол-A, или гидрированный бисфенол-F, (ii) полиглицидиловые простые эфиры поликарбоновых кислот, полученные реакцией эпокси-соединения, такого как эпихлоргидрин, с алифатической или ароматической поликарбоновой кислотой, такой как щавелевая кислота, янтарная кислота, глутаровая кислота, терефталевая кислота, 2,6-нафталин-дикарбоновая кислота, или димеризованная линолевая кислота, (iii) эпоксидированные олефин-ненасыщенные алициклические вещества, такие как эпоксидированные алициклические простые эфиры и сложные эфиры, (iv) эпоксидные смолы, содержащие оксиалкилированные группы, (v) эпоксидированные новолачные смолы, которые получены реакцией эпигалогенгидрина (например, эпихлоргидрина) с продуктом реакции конденсации альдегида с одноатомным фенолом или многоатомным фенолом (например, продуктом реакции конденсации фенолформальдегида), и (vi) их смеси.

Эпокси-функциональная смола предпочтительно имеет эпокси-эквивалентный вес в диапазоне от 100 до 5000, более предпочтительно, 160-1000 г/экв.

Промышленно получаемые эпоксидные смолы включают в себя, например, DER 331™ (Dow Chemicals) and Epikote 828™ (Momentive Performance Chemicals).

Другие подходящие смолы включают в себя винил-сложноэфирные смолы, например, (мет)акрилатные смолы, винил-функционализированные смолы, например, винил-функционализированные полисилоксаны, и ненасыщенные сложные полиэфиры, полиуретаны, алкиды, и алкоксисилил-функционализированные органические смолы, или их комбинации.

Вспучивающаяся композиция покрытия по настоящему изобретению на основе органических термоотверждающихся полимеров, не только вырабатывают прочные обуглившиеся материалы с превосходной теплозащитной способностью, но и покрытия сами по себе могут также иметь хорошие прочность пленки, стойкость к атмосферным воздействиям и коррозии. Кроме того, можно составить композиции для покрытия по настоящему изобретению с термоотверждающимися полимерами, имеющими низкое содержание летучих органических соединений (VOC), например, менее 250 г/л, предпочтительно менее 100 г/л, и наиболее предпочтительно менее 50 г/л. Содержание летучих органических соединений (VOC) может быть определено согласно способу стандарта ISO11890-2. Если композицию для покрытия поставляют в форме 2-упаковочной композиции, значения VOC относятся к содержанию летучих соединений обеих упаковок при смешении в соответственном соотношении. В противоположность тому, термопластичные полимеры, как правило, вводятся в состав со сравнительно большим количеством растворителя, поскольку для осуществления влияния на затвердение пленки покрытия необходимо испарение растворителя. Наличие более низкого значения VOC является преимущественным не только ввиду более слабого воздействия на окружающую среду, но и, как предполагают авторы изобретения, ввиду улучшения механических свойств и снижения воспламеняемости пленки покрытия. Не желая быть связанными теорией, авторы изобретения предполагают, что это обусловлено тем, что использование меньшего количества растворителя снижает вероятность того, что растворитель окажется захваченным пленкой покрытия по мере затвердевания пленки. Захваченный в покрытии органический растворитель может сказаться на механических свойствах пленки покрытия и также на повышении его воспламеняемости. В дополнение к тому, низкое значение VOC позволяет наносить композицию для покрытия с большими толщинами, не вызывая при этом связанных с удерживанием растворителя проблем с краской на основе растворителя.

Вспучивающаяся композиция покрытия также содержит отверждающий агент для отверждения органического термоотверждающегося полимера. Выбор отверждающего агента особым образом не ограничивается, за исключением того, что он должен содержать функциональные группы, которые способны вступать в реакцию с функциональными группами органического термоотверждающегося полимера, тем самым влияя на сшивание/отверждение. Определение подходящего отверждающего агента соответствует средней квалификации и обычным знаниям специалиста, который составляет композиции для покрытия.

Если композиция для покрытия представляет собой композицию для покрытия, которая может отверждаться при температуре окружающей среды (температура окружающей среды = -5-50°C), то отверждающий агент содержит функциональные группы, способные вступать в реакцию с функциональными группами органического термоотверждающегося полимера при температуре окружающей среды.

Например, если органический термоотверждающийся полимер представляет собой эпоксидную смолу, то подходящий отверждающий агент мог бы содержать следующие функциональные группы: амины (например, первичный амин, вторичный амин, и третичный амин/отверждающие агенты имидазольного типа), тиолы, карбоновые кислоты, ангидриды и спирты, как, например, фенолы. Подходящие примеры включают отверждающие агенты на основе фенольной смолы, отверждающие агенты на основе полиамина, отверждающие агенты на основе политиола, отверждающие агенты на основе полиангидрида и отверждающие агенты на основе поликарбоновых кислот.

Примерами отверждающих агентов на основе фенольной смолы являются фенольная новолачная смола, бисфенольная новолачная смола и поли-пара-винилфенол.

Примеры отверждающих агентов на основе полиамина включают диэтилен-триамин, триэтилен-тетрамин, тетраэтилен-пентамин, дициандиамид, полиамидо-амин, полиамидную смолу, кетиминовые соединения, изофорон-диамин, мета-ксилен-диамин, мета-фенилен-диамин, 1,3-бис(аминометил)циклогексан, бис(4-аминоциклогексил)-метан, N-аминоэтил-пиперазин, 4,4'-диаминодифенил-метан, 4,4'-диамино-3,3'-диэтил-дифенил-метан, и диаминодифенил-сульфон, феналкамин, основания Манниха. Могут быть использованы отверждающие агенты технического сорта, выбранные из любых этих полиаминов. Также могут быть использованы продукты присоединения (аддукты) любых из этих полиаминов. Такие продукты присоединения могут быть получены реакцией амина с подходяще реакционноспособным соединением, таким как эпоксидная смола. Это будет снижать содержание свободного амина в отверждающем агенте, что сделает его более подходящим для использования в условиях низкой температуры и/или высокой влажности.

Примеры отверждающих агентов на основе поликарбоновых кислот включают фталевый ангидрид, тетрагидрофталевый ангидрид, метилтетрагидрофталевый ангидрид, 3,6-эндометилентетрагидрофталевый ангидрид, гексахлор-эндо метилен-тетра-гидрофталевый ангидрид, и метил-3,6-эндометилен-тетрагидрофталевый ангидрид.

В одном варианте осуществления, (a) содержит эпоксидную смолу, и амино-функциональный отверждающий агент. Преимущественно, этот вариант осуществления может подвергаться отверждению в условиях окружающей среды (например, при температуре от -5 до 50°C при 50%-ной относительной влажности “RH”).

Если композиция для покрытия содержит отверждающий агент, то он обычно используется в количестве, при котором стехиометрическое соотношение реакционноспособных групп в отверждающем агенте к реакционноспособной группе в органической термоотверждающейся смоле составляет от 0,4 до 1,5:1, предпочтительно 0,5-1,3:1. Например, если органический термоотверждающийся полимер представляет собой эпоксидную смолу, а отверждающий агент является амин-функционализированным, то стехиометрическое соотношение активного водорода в амин-функционализированном отверждающем агенте к эпоксигруппе в эпоксидной смоле составляет от 0,4 до 1,5:1, предпочтительно 0,6-1,2:1.

Композиция для покрытия согласно всем вариантам осуществления по настоящему изобретению содержит от 35,0 до 65,0% об., предпочтительно от 50,0 до 65,0% об. органического термоотверждающегося полимера и отверждающего агента для органического термоотверждающегося полимера.

Источник фосфорной или сульфоновой кислоты (b)

Источником фосфорной или сульфоновой кислоты является один или более компонент(-ов), которые способны вырабатывать фосфорную или сульфоновую кислоту при подвергании воздействию теплоты. Примеры таких источников включают натриевые, калиевые или аммониевые соли фосфорной или сульфоновой кислоты, например, полифосфат аммония (APP), фосфат моноаммония, фосфат диаммония, фосфат калия (как, например, триполифосфат калия), фосфат натрия, пара-толуолсульфоновую кислоту, сульфат аммония, сульфат калия и сульфат натрия. Предпочтительные источники включают полифосфат аммония (APP) и пара-то