NO312844B1 - Brannbeskyttende belegningsblanding - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt belegg som beskytter strukturer mot ødeleggelse i en brann, og mer spesielt oppsvulmende, brannbeskyttende mastiks-belegg.

Brannbeskyttende belegg anvendes på mange strukturer for å forsinke virkningene av en brann. Beleggene forsinker temperaturstigningshastigheten for det substrat hvor det er påført. Belegget forlenger således den tid det tar før strukturen svikter på grunn av varmen eller brannen. Denne ekstra tid gjør det mer sannsynlig at et brannslokningsmannskap vil være i stand til å slukke brannen eller i det minste påføre kjølende vann før strukturen svikter. Stål mister f.eks. hurtig sin styrke og svikter raskt i en brann av varme hydrokarboner. Av denne grunn belegges ofte konstruksjonsstål på oljeboreplattformer på feltet med et brannbeskyttende belegg for å redusere muligheten for at plattformen faller sammen i en brann. Trykktanker av stål belegges også av og til med brannbeskyttende materialer for å redusere muligheten for at beholderen skal sprekke i en brann. Dersom en offshore-oljeboreplattform skulle falle sammen eller en trykkbeholder skulle sprekke, kan resultatene være katastrofale når det gjelder ødeleggelse av eiendom, eller det kan til og med koste liv.

Mange typer brannbeskyttende belegg er kjente. Betong er et slikt belegg, selv om vekten ofte utgjør et problem. Materialer av lettvekt-betong anvendes av og til, men disse materialer er også relativt tunge. Også lettvekt-betong er derfor dårlig egnet for vektfølsomme anvendelser, så som offshore-oljeplattformer. Videre kan betong inneslutte fuktighet på substratet, noe som resulterer i korrosjon på substratet. Oppsvulmende belegg er mye lettere enn betong, og det er ikke sannsynlig at de inneslutter fuktighet tett til substratet. US-patent nr. 4 529 467 er et eksempel på et oppsvulmende belegg. Oppsvulmende eller svellende belegg kalles ofte sublimerende, skummende eller ablative belegg.

På grunn av disse og andre fordeler har mastiske (tjæredannende), oppsvulmende belegg lenge vært anvendt som brannbeskyttende belegg. Textron Speciality Materials, Lowell, Mass., USA, selger et slikt belegg under navnet Chartek®. Ved anvendelse påføres det mastiske belegg på et substrat som et belegg med en tykkelse på ca. 0,5 - 3,2 cm. Belegget herder og blir svært hardt, og er derfor i stand til å beskytte stålsubstratet fra å bli ødelagt på grunn av vann eller eventuelle korrosive materialer.

Når en brann oppstår, finner det sted flere reaksjoner i belegget som forsinker temperaturstigning i substratet. Varmen fra brannen mykner materialet og utløser frigivelse av gass. Gassen fører til at det myknede belegg svulmer opp til et skum som omdannes til en skumlignende tjære på grunn av varmen fra brannen. Gasser som frigis under tjæredannelsen avkjøler også substratet ved at de siver ut.

Den skumlignende tjære som dannes i en brann er svært hard og har en relativt høy termisk motstand. På grunn av den høye termiske motstand tar det lang tid før substratet under belegget varmes opp til det punkt hvor substratet mykner eller antennes. På grunn av hardheten er det ikke sannsynlig at tjæren skyves ut fra substratet på grunn av kreftene i en brann. I noen tilfeller forbedres tjærens integritet ved hjelp av nettverk som er innleiret i belegget.

Oppsvulmende mastiks-belegg inneholder generelt en eller annen form av harpiksholdig bindemiddel, f.eks. en tverrbundet høytemperatur-polymer, så som en epoksyharpiks. Det harpiksholdige bindemiddel danner det harde belegg. Når det gjelder epoksy, tilveiebringer det også en kilde til karbon, som i en brann omdannes til tjære. Et supplerende materiale, typisk fosforholdig, anvendes vanligvis i formuleringen for å forbedre omdannelsen av den karbonholdige bestanddel til tjære (i motsetning til karbondioksyd eller andre biprodukter). I tillegg inneholder belegget additiver som kalles "spumifics", som avgir gass i en brann. Melamin-pyrofosfat og ammonium-polyfosfat er vanlig anvendte spumifics. Inerte elementer, så som leire og fibrer laget av keramikk, glass eller asbest, er også blitt anvendt. De gir belegget den riktige viskositet og tiksotropi for påføring, og antas å være nyttige for hard-gjøring av tjæren eller for å gjøre det mindre sannsynlig at den sprekker. Brann-hemmende additiver er også inkludert, spesielt dersom det harpiksholdige bindemiddel er brennbart. Forbindelser som inneholder klor-, fosfor-, antimon-, bor- og sinkforbindelser er eksempler på vanlige flammehemmere for polymerer som har vært anvendt i svellende belegg. Som beskrevet i US-patent nr. 4 088 806 kan også endoterme fyllstoffer inkluderes i formuleringen. Hydrater av sinkborat og borsyre er vanlige endoterme fyllstoffer som anvendes i mastiks-belegg som kan svulme opp.

WO 90/09418 vedrører et flammehemmende additiv for en beleggsblanding. Additivet omfatter ammoniumfosfat eller aminfosfat, en isocyanurat, og PTFE. WO 90/09418 lister opp mer enn 10 mulige polymerer som kan bli behandlet med det flammehemmende additivet. Blandingen ifølge WO 90/09418 omfatter innkapslede partikler i et flammehemmende additiv, og ikke i en beleggsblanding. Videre omfatter WO 90/09418 bare anvendelse av isocyanurat og ammoniumfosfat som flammehemmende middel. Det er ikke beskrevet andre flammehemmende midler som kan anvendes i kombinasjon med disse komponentene. I sammenlignings-eksemplene anvendes antimonoksid og sinkborat. I disse eksemplene anvendes ikke antimonoksid og sinkborat i kombinasjon med isocyanurat eller ammoniumfosfat. Det er ikke noe forslag til å kombinere isocyanurat og ammoniumfosfat med antimonoksid eller sinkborat. Det er verken beskrevet eller foreslått at metall-oksidene i WO 90/09418 har til hensikt å virke som flythjelpemidler. I sammen-ligningseksemplene i WO 90/09418 anvendes ikke sinkborat i kombinasjon med isocyanurat eller ammoniumfosfat. Sinkborat sin evne til å virke som et flythjelpe middel er ikke omfattet eller foreslått i WO 90/09418, og det er heller ingen forslag til å kombinere isocyanurat og ammoniumfosfat med sinkborat.

Det er ikke beskrevet å kombinere EP 477 840 med WO 90/09418 i WO 90/09418 så det kan sålesdes ikke ses at det er innlysende å anvende forsterkningene nevnt i EP 477 840 i en blanding i henhold til WO 90/09418. Likeledes kan det ikke ses å være innlysende å velge grafittfibre fra de valgfrie forsterkningene nevnt i EP 477 840 og kombinere disse med WO 90/09418, spesielt med tanke på at det i dokumentene ikke er beskrevet noen spesiell fordel med grafittfibre.

Det er ønskelig at brannbeskyttende belegg i sterkere grad er termisk effektive. Termisk effektive belegg tilveiebringer beskyttelse i en brann uten at det er nødvendig med tykke belegg.

Det er også av og til ønskelig å ha et brannbeskyttende belegg som er så lett som mulig. En mindre offshore-boreplattform kan f.eks. belegges med 115.000 kg oppsvulmende mastiks-brannbeskyttende materiale. Dersom materialet kunne lages med en densitet som var bare 10% lavere, kunne vekten av belegget reduseres med over 10 000 kg. Et materiale med lavere densitet må imidlertid likevel tilveiebringe den samme brannbeskyttelse som materialer med høyere densitet.

Det er også ønskelig å forbedre et kommersielt produkt slik at det kan fremstilles med materialer som er lettere tilgjengelige. Melamin-pyrofosfat og keramiske fibrer som anvendes i brannbeskyttende belegg kan være vanskelige å fremstille fordi de ikke finner bred anvendelse i andre produkter. Materialene som anvendes for å erstatte dem må imidlertid ikke redusere den brannbeskyttelse som kan oppnås.

På bakgrunn av det som er angitt i det foregående er det et formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en brannbeskyttende mastiks-forbindelse som svulmer opp for å beskytte substrater, så som stål.

Det er også et formål å tilveiebringe en brannbeskyttende forbindelse med lavere densitet.

Det er et ytterligere formål å tilveiebringe en brannbeskyttende forbindelse fremstilt med mindre kostbare og lettere tilgjengelige materialer.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en oppsvulmende brannbeskyttende mastiks-belegningsblanding, omfattende

(i) et hérdbart epoksybindemiddel som tilveiebringer en kilde for karbon og omfatter fra 10 til 75 vekt% av den ferdige blanding; (ii) en herder for bindemiddelet; (iii) et flammehemmende middel som ikke omfatter et isocyanurat eller et ammoniumfosfat; (iv) et flythjelpemiddel i en mengde fra 0,05 til 15 vekt% av den ferdige blanding; (v) et ammoniumfosfat; (vi) et fyllstoff med en tetthet på mindre enn 0,5 g/cm<3>;

(vii) et isocyanurat, og

(viii) minst én ikke-keramisk fibertype.

Andre aspekter og foretrukne trekk ved foreliggende oppfinnelse beskrives nærmere i kravsettet og i den følgende beskrivelse.

En oppsvulmende, brannbeskyttende mastiks-blanding er basert på et harpiks-bindemiddel. Epoksyder er vidt anvendt som bindemidler. Eksempler på egnede epoksy-bindemidler kan bredt karakteriseres som alifatiske, aromatiske, cykliske, acykliske, alicykliske eller heterocykliske. Slike harpikser kan være polyglycidyletere avledet fra slike flerverdige alkoholer som etylenglykol, dietylenglykol, trietylenglykol, 1,2-propylenglykol, 1,4-butylenglykol, 1,5-pentandiol, 1,2,6-heksan-triol, glycerol, trimetylolpropan, bisfenol-A (et kondensasjonsprodukt av aceton og fenol), og bisfenol-F (et kondensasjonsprodukt av fenol og formaldehyd).

Epoksyharpikser, som er polyglycidyletere av polykarboksylsyrer, er også nyttige. Disse materialer fremstilles ved reaksjon av en epoksyforbindelse, så som epiklorhydrin, med en alifatisk eller aromatisk polykarboksylsyre, så som oksalsyre, ravsyre, glutarsyre, tereftalsyre, 2,6-naftalen-dikarboksylsyre og dimerisert linolsyre.

Enda en annen gruppe av epoksydharpikser fremstilles ved epoksydering av et olefinisk, umettet, alicyklisk materiale. Blant disse er epoksy-alicykliske etere og estere velkjente innenfor fagområdet.

I tillegg til de materialer som er diskutert ovenfor, omfatter anvendbare epoksyharpikser også slike som inneholder oksyalkylengrupper. Slike grupper kan rage ut fra ryggraden av epoksydharpiksen eller de kan inkluderes som en del av ryggraden. Andelen av oksyalkylengrupper i epoksyharpiksen avhenger av mange faktorer, og blant disse av størrelsen på oksyalkylengruppen og epoksyharpiksens natur.

En ytterligere klasse epoksyharpikser omfatter epoksy-novolak-harpikser.

Disse harpikser fremstilles ved å reagere et epihalogenhydrin med kondensasjons-produktet av et aldehyd med en énverdig eller flerverdig fenol. Et eksempel er reaksjonsproduktet av epiklorhydrin med et fenolformaldehyd-kondensat. En blanding av epoksyharpikser kan også anvendes her.

Materialer så som epoksydert soyaolje, materialer basert på toverdig syre, så som Empol 1010 (varemerke) harpiks, som er kommersielt tilgjengelig fra Emery Chemicals, og gummimodifiserte polyepoksydharpikser, så som produktet fremstilt fra en polyglycidyleter av bisfenol-A, f.eks. Epon 828 (varemerke) fra Shell Chemical, og et syrefunksjonelt polybutadien.

Et reaktivt herdemiddel er tilveiebrakt for å omvandle harpiksen til et hardt, holdbart materiale etter at den er påført et substrat. Generelt kan herdemidlene som her anvendes velges fra mange forskjellige, konvensjonelt kjente materialer, f.eks. av amintype, inkludert alifatiske og aromatiske aminer, og poly(amin-amider). Eksempler på disse inkluderer dietylentriamin, 3,3-amino-bispropylamin, trietylen-tetraamin, tetraetylen-pentamin, m-xylylen-diamin, og reaksjonsproduktet av et amin og en alifatisk fettsyre, så som serien av materialer som selges av General Mills Chemicals, Inc. under varemerket Versamid.

Polykarboksylsyrer og polykarboksylsyre-anhydrider er også egnet som herdemidler. Eksempler på polykarboksylsyrer omfatter di-, tri- og høyere karboksyl-syrer, så som f.eks. oksalsyre, ftalsyre, tereftalsyre, ravsyre, alkyl- og alkenylsubsti-tuerte ravsyrer, vinsyre, og polymeriserte fettsyrer. Eksempler på egnede polykarboksylsyre-anhydrider inkluderer bl.a. pyromelittsyre-anhydrid, trimelittsyre-anhydrid, ftalsyre-anhydrid, ravsyre-anhydrid og maleinsyre-anhydrid.

I tillegg er aldehyd-kondensasjonsprodukter, så som urea-, melamin-, eller fenol-formaldehyd, svært anvendbare herdemidler. Mange av disse materialer er kommersielt tilgjengelige under forskjellige varemerkebetegnelser, f.eks. Beetle og Cymel fra American Cyanamid og Resimene fra Monsanto Industrial Chemicals Co.

Andre egnede herdemidler inkluderer bortrihalogenid og komplekser av bortrihalogenid med aminer, etere og fenoler; polymerkaptaner; polyfenoler; metallsalter, så som aluminiumklorid, sinkklorid og magnesiumperklorat; uorganiske syrer og partielle estere, så som fosforsyre og n-butylortofosfitt. Det skal forstås at blokkerte eller latente herdemidler også kan anvendes dersom det er ønsket, f.eks. ketiminer som fremstilles fra et polyamin og et keton.

Bindemidlet utgjør mellom 10 og 75 vekt% av den endelige formulering, fortrinnsvis rundt 50 vekt%. Termoherdende materialer foretrekkes, idet epoksyder og amido-amin-herdemidler er mest foretrukket.

Forskjellige additiver dispergeres i bindemidlet. En kilde for karbon er inkludert i blandingen. En typisk karbonkilde er en flerverdig alkohol. Epoksydbinde-middelet tilveiebringer også en kilde til karbon. En ytterligere karbonkilde kan imidlertid være et tilsatt materiale, så som polyvinylalkohol, stivelse eller cellulose-pulver.

Et tjæredannende hjelpemiddel er inkludert i blandingen. Det tjæredannende hjelpemiddel fremmer dannelsen av en tjære når blandingen utsettes for brann. Lewis-syrer antas å gi denne virkning. Ammoniumfosfater, mer foretrukket ammonium-polyfosfat eller fosforsyre anvendes. Det antas at den fosforholdige forbindelse dehydratiserer alkoholgruppene i karbonkilden, noe som resulterer i en tjære. Andre tjæredannende additiver kan anvendes i tillegg til fosforholdige forbindelser.

Én eller flere blandinger av flammehemmere er inkorporert i blandingen. Fortrinnsvis en isocyanurat, slik som et polyisocyanurat, en ester av isocyanursyre eller et hydroksyalkyl-isocyanurat. Mest foretrukket inkluderes tris-(2-hydroksyetyl)-isocyanurat (i det følgende angitt som THEIC) i en mengde på mellom 1 og 10 vekt% og mer foretrukket mellom 3 og 6 vekt%. Eksempler på andre egnede isocyanurater omfatter tris(hydroksymetyl)-isocyanurat, tris-(3-hydroksy-n-propyl)-isocyanurat og triglycidyl-isocyanurat. Fortrinnsvis inkluderes også borsyre i en mengde som fortrinnsvis er over 15 vekt%. Fortrinnsvis inkluderes en halogener! forbindelse, så som tris-(2-kloretyl)-fosfat i en vekt% på 5 til 15. Selv om denne kombinasjon av flammehemmere foretrekkes, kan andre flammehemmere anvendes eller mengdene av noen av de foretrukne flammehemmere kan økes for å kompen-sere for utelatelse av andre av de foretrukne flammehemmere. Fosfor eller et halogen kan f.eks. bringes til reaksjon med harpiks-bindemidlet. Alternativt kan sinkborat, antimonoksyd, fosfor, et halogen eller andre flammehemmere dispergeres i harpiks-bindemidlet. Eksempler på fosforholdige flammehemmere er trikresylfosfat, tris(2,3-dibrompropyl)-fosfat, trifenylfosfat, trioktylfosfat, ammoniumfosfat, tris(2,3-diklorpropyl)-fosfat, poly-fi-kloretyl-trifosfonat-blanding, tetrakis(hydroksymetyl)-fosfonium-sulfid, dietyl-N,N-bis(2-hydroksyetyl)-aminometyl-fosfonat, eller hydroksy-alkylestere av fosforsyrer. Eksempler på halogenerte flammehemmere er klorerte paraffiner, oktabromdifenyleter, heksaklorcyklopentadien-derivater, tris(2,3-dibrom-propyl)-fosfat, "chlorendic acid" (1,4,5,6,7,7-heksaklor-5-norbornen-2,3-dikarboksylsyre), tetraklorftalsyre, tetrabromftalsyre, bis-(N,N'-hydroksyetyl)-tetraklorfenylen-diamin, tetrabrombisfenol-A, eller tris(2-kloretyl)-fosfat.

Formuleringen som kan svulme opp inneholder også en gassdannende forbindelse (engelsk: spumific). Denne "spumific" tilveiebringer ekspansjonsgass når den brytes ned i varmen fra en brann. Det er ønskelig at denne "spumific" avgir en gass ved en temperatur hvor harpiks-bindemidlet er mykt, men ved en temperatur som ligger under den temperatur hvor den karbonholdige tjære dannes. På denne måte ekspanderes tjæren som dannes og er en bedre isolator. Det er å foretrekke at blandingen inneholder en "spumific" som tilveiebringer en grad av svelling under 4 når den oppvarmes i henhold til testprotokollen ifølge UL 1709. "Grad av svelling" eller oppsvulming betyr forholdet mellom volumet av det oppsvulmede og det ikke-oppsvulmede belegg. Fortrinnsvis anvendes en kombinasjon av THEIC og ammonium-polyfosfat (APP) som en "spumific". Forholdet mellom THEIC og APP er fortrinnsvis mellom 10 :1 og 1 : 10, og mer foretrukket mellom 3 :1 og 1 : 3. Andre "spumifics" kan imidlertid anvendes i tillegg til disse materialer. For eksempel kan melamin, metoksylert melamin, heksametoksymetylmelamin, melamin-monofosfat, melamin-bifosfat, melamin-polyfosfat, melamin-pyrofosfat, urea, dimetylurea, dicyandiamid, guanylureafosfat, glycin eller aminfosfat anvendes. De foran angitte materialer frigir nitrogengass når de brytes ned under påvirkning av varme. For-indelser som frigir karbondioksyd eller vann ved påvirkning av varme kan også anvendes.

Det har vært vist at THEIC brytes ned som en funksjon av temperatur på en måte som ligner melamin, som anvendes som en "spumific" i noen eksisterende mastiske, svellende materialer. Dette gjør at melamin-pyrofosfat kan erstattes av THEIC eller THEIC pluss ammonium-polyfosfat (APP). I motsetning til melamin-pyrofosfat er både THEIC og APP vidt anvendt for formål andre enn mastiske, svellende belegg. THEIC tilveiebringer også de ytterligere fordeler ved at tjære-annelsen forbedres og at det virker som en flammehemmer.

Fyllstoffer som øker den resulterende tjæres hardhet kan eventuelt dispergeres i et harpiksholdige bindemiddel. Leire eller keramisk fritte kan anvendes for dette formål, selv om anvendelse av disse øker materialets densitet. Fortrinnsvis utelates disse materialer fra blandingen.

Fibrer tilsettes også til blandingen. Disse fibrer har to funksjoner. De øker formuleringens tiksotropiske indeks. En høy tiksotropisk indeks fører til at blandingen, straks den er påført, holder seg på plass inntil det harpiksholdige bindemiddel blir hardt. Fibrene forsterker også den dannede tjære, og gir den styrke når materialet utsettes for brann. Fibrer av materialer så som keramikk, asbest, glass eller mineralull kan anvendes i mengder som strekker seg fra 0,5 til 10 vekt%. Hver av disse har en høy tiksotropisk virkning og en høy smeltetemperatur, slik at fibrene vil være i stand til å tilveiebringe forsterkning i varmen fra en brann. Den tiksotropiske indeks er viskositetsforholdet for et materiale målt når det røres om ved hjelp av et roterende blad ved to forskjellige hastigheter, f.eks. 1 omdr./min. og 10 omdr./min. En lav tiksotropisk virkning vil forandre dette forhold med mindre enn ca. 50%, f.eks. fra 1 til 1,5. En høy tiksotropisk virkning vil endre dette forhold med mer enn ca. 50%.

Tiksotropisk virkning kan også bestemmes funksjonelt. En høy tiksotropisk virkning betyr at tilsetning av fibrene fører til at materialet når det påføres på en vertikal ståloverflate i tykkelser på 0,76 til 3,2 cm ikke renner ned over overflaten. Dersom det ble tilsatt fibrer med lav tiksotropisk virkning, vil materialet sige eller renne nedover den vertikale overflate.

For å unngå ulemper med keramiske fibrer er det foretrukket å anvende kombinasjoner med ikke-keramiske fibrer. En fiber med mykningspunkt over 316°C, mer foretrukket over 538°C, med en relativt lav tiksotropisk virkning, kan anvendes i kombinasjon med en relativt liten mengde fibrer med et mykningspunkt under 482°C, men med en høy tiksotropisk virkning.

Aramidfibrer kan lages slik at de har svært høy tiksotropisk virkning, slik at en liten mengde, fortrinnsvis under 2 vekt% og mer foretrukket under 0,5 vekt%, fibrer tilveiebringer den ønskede tiksotropiske virkning. De har imidlertid et lavt smeltepunkt, og tilveiebringer ikke betydelig forsterkning i en brann. Mineralull-fibrer er blitt funnet å ha supplerende egenskaper. De har liten virkning på de tiksotropiske egenskaper, men tilveiebringer god forsterkning ved vektprosenter som fortrinnsvis er over 1%. De har også et mykningspunkt over 316°C og et smeltepunkt over 982°C. Resultatet av anvendelse av begge typer av fibrer er adekvat forsterkning ved høye temperaturer og god tiksotropisk virkning.

Fyllmaterialer med lav densitet av forskjellige typer dispergeres i harpiks-bindemidlet. Disse fyllstoffer har en densitet som er lavere enn 0,5 g/cm^, mer foretrukket mindre enn 0,18 g/cr<r>A Perlitt eller perlittmalm kan tilsettes i en mengde mellom 0,5 og 10 vekt%, fortrinnsvis mellom 1 og 5 vekt%. Fortrinnsvis anvendes ekspandert perlitt med en densitet på ca. 0,11 g/crn^. Fyllmaterialet med lav densitet bør også ha en relativt liten partikkelstørrelse, slik at materialet kan sprayes på et substrat. Fortrinnsvis har fyllmaterialet med lav densitet en partikkelstørrelse mindre enn 1 mm dersom belegget skal påføres ved spraying. For eksemplene i det følgende ble det anvendt ekspandert perlitt med en partikkelstørrelse hvor 97% gikk gjennom 30 mesh (partikkelstørrelse 600 /ym). Fyllmaterialet med lav densitet tilveiebringer den dobbelte fordel ved at den termiske ledningsevne for belegget avtar og at materialets densitet reduseres. For å dispergere høye vektprosenter av et fyllmateriale med lav densitet i blandingen kan det være ønskelig å tilsette et fuktemiddel.

Det kan også anvendes endoterme fyllmaterialer. Disse absorberer varme, noe som forhindrer at varmen når substratet. Borsyre, sinkborat, kaliumfluorborat, ammoniumfluorborat, ammoniumoksalat, blykarbonat, hydratisert aluminiumoksyd eller andre hydratiserte materialer kan anvendes.

Midler som fremmer tjæredannelse, så som sinkborat, kan også tilsettes blandingen.

Flythjelpemidler tilsettes også i en mengde på 0,05 til 15 vekt%, mer foretrukket ca. 0,1 til 3 vekt%. Flythjelpemidlet hjelper til ved tjæredannelse ved at det fører til at det mykgjorte bindemiddel flyter fritt når det ekspanderer på grunn av frigiving av gass fra "spumific"-forbindelsen. Eksempler på egnede flythjelpemidler er borsyre, boroksyd eller borater, så som sinkborat, natriumborat, kaliumborat, ammoniumborat, eller boratestere, så som butylborater eller fenylborater. De i det foregående angitte materialer inneholder alle bor. Eksempler på flythjelpemidler som ikke omfatter bor er metalloksydene av titan, molybden, kalsium, jern, aluminium, sink og tinn.

Forskjellige materialer faller inn under flere enn én av de kategorier som er angitt ovenfor, og det samme materiale kan anvendes for mer enn ett formål.

En foretrukket brannbeskyttende formulering i henhold til oppfinnelsen er et

epoksybasert system pakket i to adskilte pakker. Komponent I inneholder epoksy og andre additiver. Komponent II inneholder herdemidlet og andre additiver. Etter blanding kan materialet påføres et substrat, så som profilstål. Konvensjonelle påførings-teknikker, så som spraying eller påføring med mureskje, kan anvendes. Deretter vil det herdes til et svært hardt belegg som vil svelle opp i tilfelle av en brann. Belegget er et kontinuerlig fast stoff i motsetning til skum, som inneholder et stort antall åpne rom.

Bestanddelene formuleres hver for seg i en kommersiell blander med et blandeblad med høy skjærkraft, og blandes deretter for å danne et preparat som kan herdes. De følgende eksempler angir detaljer når det gjelder bestanddeler for og ytelse av brannbeskyttende materialer ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 1

De følgende bestanddeler ble blandet for å danne en første komponent.

Følgende bestanddeler ble blandet hver for seg: 21,5 vekt% THEIC og 78,5 vekt% amido-amin ved 1500 omdr./min. ved 80 - 90°C i VA. - 2 timer. Disse bestand deler utgjorde en forblanding. De følgende materialer ble så blandet for å danne den andre komponent.

Tabellene i eksempel I skal forstås som følger: Den første kolonne angir materialet. Den andre kolonne angir vekten av materialet som prosentandel av den blanding som dannes når komponent I og komponent II blandes. Den tredje kolonne angir blanderekkefølgen. En blanderekkefølge på 1 betyr at materialet tilsettes blandebeholderen som første materiale. En blanderekkefølge på 2 betyr at materialet tilsettes som nr. 2 til blandebeholderen, osv. De neste to kolonner indikerer hvor lang tid og ved hvilken hastighet bestanddelene blandes før det neste materiale tilsettes. Blandetidene varierer over et område ettersom blandetiden delvis bestemmes empirisk, basert på observasjon av blandingens ensartethet og størrelsen av den sats som fremstilles. De angitte tider er for satser på 45,4 kg. Den siste kolonne angir den forventede temperatur for bestanddelen under blanding av materialet. Temperaturer som betydelig overskrider de gitte temperaturer kan resultere i et ødelagt produkt. Der hvor det ikke er angitt noe tall for blandetid, hastighet eller temperatur, ble det ikke gjennomført noen blanding før det neste materiale ble tilsatt.

Komponent I og komponent II kan lagres hver for seg uten å bli harde. For påføring av et mastiks-belegg blandes komponent I og komponent II. For testing ble det blandede materiale påført med en nominell tykkelse på 0,76 cm på en stålplate med dimensjon 12,7 x 12,7 cm og med tykkelse 0,64 cm. Platen ble forbehandlet ved grunning med en tokomponents epoksy-primer, og deretter ble det festet et termoelement til sentret av platens bakside. En trådnetting fremstilt av nr. 19 tråd (19 gauge galvanized mesh) ble så festet til frontsiden. Platens frontside ble så belagt og fikk herde i 72 timer.

Den belagte plate ble anbrakt i en holdeanordning hvor den belagte side var fri, og holdeanordningen ble anbrakt i en ovn for en varmstart-branntest. I henhold til varmstart-protokollen oppvarmes ovnen til en temperatur på 1093°C, og prøven anbringes så i ovnen. Temperaturen for termoelementet forbundet med prøven ble observert, og den tid som var nødvendig for at stålet skulle nå 538°C ble notert.

I en serie tester ble den gjennomsnittlige beleggtykkelse målt til å være 0,841 cm, med et stardardawik på 0,0673 cm. Den gjennomsnittlige tid til 538°C ble målt til å være 54,44 minutter med et standardavvik på 2,78 minutter.

For sammenligning ble forskjellige prøver av det foran angitte, kommersielt tilgjengelige Chartek® III fremstilt på samme måte. Den gjennomsnittlige tykkelse var 0,792 cm med et standardavvik på 0,0686. Den gjennomsnittlige tid til 538°C var 56,45 minutter med et standardavvik på 5,04 minutter. Svellingsgraden på Chartek III var 2,01.

Før branntesting ble densiteten for det blandede materiale ifølge eksempel I målt til å være 1,03 g/cm<3>(gram pr. kubikkcentimeter). Til sammenligning var densiteten for Chartek® III 1,27 g/cm<3>. Materialet oppviste en svellingsgrad på rundt 1,86.

I eksempel I ble epoksyharpiks DER 331 (varemerke) anvendt. Denne harpiks er polyglycidyleteren av en flerverdig, aromatisk alkohol. Fyrol 99 (varemerke), en halogenert flammehemmer av typen tris(2-kloretyl)-fosfat, solgt av Akzo Chemical of Chicago, llinois, ble anvendt. Karbonfibrer solgt under handelsnavnet Celion (varemerke) ble fremstilt av BASF, Charlotte, North Carolina. Borsyre fra U.S. Borax, hvor 100% hadde partikkelstørrelse mindre enn 150 //rn, ble anvendt. Sort pigment, så som VN6792 fra Allied Resin, ble anvendt. SAG-47, som er et overflateaktivt middel fremstilt av Union Carbide, ble anvendt. Det ble anvendt Phoscheck P-30 (varemerke) ammonium-polyfosfat, solgt av Monsanto. Inorphil (varemerke) (061-60) mineralull-fiber, solgt av LaxaBruk, Laxa, Sverige, ble anvendt. Denne fiber har en relativt høy mykningstemperatur, over 593°C. Den virker både som et tiksotropisk middel og som en forsterkning for tjæren.

THEIC er et isocyanurat i form av tris(2-hydroksyetyl)-isocyanurat. Det kan fås

fra BASF.

Amido-amin er et herdemiddel. Det ble anvendt Ancamide (varemerke) 903 fra Pacific Anchor. DEH 52 herdemiddel-akselerator, tilgjengelig fra Dow Chemical, ble også anvendt.

BYK 990, som er et fuktemiddel som kan fås fra BYK-Chemie, USA, ble anvendt.

Ekspandert perlitt er et vulkansk glass med en relativt lav densitet. Her ble det anvendt PFF-65 fra Penn Perlite Corporation.

Det ble anvendt Ultrathix (varemerke) syntetiske, aromatiske amidfibrer, solgt av DuPont. Disse virker som et tiksotropisk middel for å forhindre at materialet siger eller renner når det påføres. Smeltetemperaturen er ca. 316°C og tilveiebringer liten forsterkning for tjæren. Selv om Inorphil (varemerke) er et tiksotropisk middel så vel som en forsterkende fiber, er det ikke et så effektivt tiksotropisk middel som Ultrathix (varemerke). Ved anvendelse av begge fibertyper kan det oppnås passende tiksotropi og forsterkning uten at det krever en overdreven mengde av totalt fiberinnhold.

Eksempel II

De følgende tabeller angir bestanddeler i en alternativ formulering. Forklaring til tabellene er som i eksempel I.

Komponent I og komponent II ble fremstilt hver for seg. De ble så forenet og påført en stålplate og branntestet som i eksempel I. De belagte plater hadde en gjennomsnittlig tykkelse på 0,79 cm med et standardavvik på 0,0498 cm. En serie tester hadde en midlere tid til 538°C på 60,75 minutter og et standardavvik på 3,96.

Før branntesting ble det beregnet at det herdede materiale hadde en densitet på 1,27 g/cm3.

For flammehemmeren/spumific IFR-23, som inneholder THEIC, ble ammonium-polyfosfat og polytetrafluoretylen fremstilt av Hoechst Celanese. Det ble anvendt perlitt-erts fra Penn Perlite.

Eksempel III

Følgende tabell angir bestanddeler i en alternativ formulering. Tabellene skal forstås som i eksempel I.

Komponent I og komponent II ble blandet hver for seg. De ble så forenet og påført en stålplate og brannfestet som i eksempel I. En serie tester hadde en midlere tid til 538°C på 58,4 minutter og et standardavvik på 2,88 minutter ved en midlere tykkelse på 0,838 cm med et standardavvik på 0,0737 cm. Formuleringen ifølge eksemplet er imidlertid ikke den mest foretrukne ettersom den oppviste dårlig ytelse på større prøver.

Før branntesting hadde det herdede materiale en densitet på 1,03 g/cm<3>.

Eksempel IV

Følgende tabeller angir bestanddeler i en alternativ formulering. Tabellene skal forstås som i eksempel I.

Komponent I og komponent II ble blandet hver for seg. De ble så forenet og påført en stålplate og brannfestet som i eksempel I. Materialets densitet før brann-testen ble bestemt til 1,03 g/cm<3>.

En serie av tester hadde en midlere tid til 538°C på 63,13 minutter og et standardavvik på 1,88 minutter ved en midlere tykkelse på 0,80 cm med et standardavvik på 0,0178 cm.

Flere fordeler med formuleringen ifølge oppfinnelsen vil være tydelige fra eksemplene. Formuleringen ifølge eksemplene kan lages slik at den har en densitet under 1,1 g/cm<3>, og dette er ca. 20% mindre enn for eksisterende materialer. Materialet ifølge eksempler I og II er nesten like termisk effektivt som eksisterende materialer, mens materialet ifølge de andre eksempler oppviser høyere termisk effektivitet enn eksisterende materialer. Materiale ifølge eksemplene vil gi en 1-times UL 1709 gradering på 10W49 stål-bjelker ved en vekt på mindre enn 0,86 g pr. kvadratcentimeter. En 2-timers gradering under UL 1709 kunne oppnås med en vekt på mindre enn 1,5 g pr. kvadratcentimeter.

1-, 2- eller 3-timers graderinger kunne oppnås ved UL 263-testen med vektmengder på mindre enn hhv. 0,53 g/cm<2>, 1,0 g/cm<2>og 1,54 g/cm<2>. Under anvendelse av de mer termisk effektive formuleringer ifølge eksemplene kunne det oppnås UL 263- og UL 1709-graderinger for de ovenfor angitte tider ved vektmengder som er mer enn 10% lavere enn de vektmengder som er angitt ovenfor.

Denne lave vekt tilveiebringes ved hjelp av et fast belegg, i motsetning til et skum som før en brann inneholder åpne rom eller celler med lav densitet. Et fast belegg er mer motstandsdyktig mot fysikalsk ødeleggelse enn et skum, og ansees å gi bedre beskyttelse av substratet mot ødeleggelse forårsaket av vann eller ekspo-nering for korrosive kjemikalier.

Videre kan materialet ifølge oppfinnelsen påføres på samme måte og med det samme utstyr som anvendes for påføring av eksisterende brannbeskyttendee mastiks-materialer.

Claims (10)

1. En oppsvulmende brannbeskyttende mastiks-belegningsblanding, omfattende (i) et herdbart epoksybindemiddel som tilveiebringer en kilde for karbon og omfatter fra 10 til 75 vekt% av den ferdige blanding; (ii) en herder for bindemiddelet; (iii) et flammehemmende middel som ikke omfatter et isocyanurat eller et ammoniumfosfat; (iv) et flythjelpemiddel i en mengde fra 0,05 til 15 vekt% av den ferdige blanding; (v) et ammoniumfosfat; (vi) et fyllstoff med en tetthet på mindre enn 0,5 g/cm<3>; (vii) et isocyanurat, og (viii) minst én ikke-Tceramisk fibertype.

2. Blanding ifølge krav 1, hvor den dessuten omfatter et fuktemiddel som skal tjene til å fremme fordeling av fyllstoffet i belegningsblandingen.

3. Blanding ifølge krav 1 eller 2, hvor det ekspanderte fyllstoffet har en tetthet på mindre enn 0,18 g/cm<3>.

4. Blanding ifølge krav 1, 2 eller 3, hvor fyllstoffet har en partikkelstørrelse på mindre enn 1 mm.

5. Blanding ifølge et av kravene 1 til 4, hvor fyllstoffet er ekspandert perlitt.

6. Blanding ifølge et av kravene 1 til 5, hvor isocyanuratet er valgt fra gruppen bestående av estere av isocyanursyre, polyisocyanurater og hydroksyalkyl-isocyanurater.

7. Blanding ifølge et av kravene 1 til 6, hvor herderen for bindemiddelet er valgt fra gruppen bestående i det vesentlige av alifatiske og aromatiske aminer, polykarboksylsyrer, polykarboksylsyreanhydrider, aldehyd-kondensasjonsprodukter, komplekser av bortrihalogenid med aminer, etere og fenoler, polymerkaptaner, polyfenoler, metallsalter, og uorganiske syrer og delestere.

8. Blanding ifølge krav 1, hvor flythjelpemiddelet er borsyre, ammoniumfosfatet er ammoniumpolyfosfat, fyllstoffet er perlitt, og isocyanuratet er tris-(2-hydroksyetyl)isocyanurat.

9. Blanding ifølge krav 1 eller 2, hvor ikke-keramisk fiber inkluderer en eller flere fibre valgt fra gruppen bestående av mineralullfiber og aramidfiber.

10. Blanding ifølge krav 9, hvor denne inkluderer karbonfiber.