PT2430102T - Composição intumescente - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "COMPOSIÇÃO INTUMESCENTE"

Domínio do Invento 0 presente invento refere-se a uma composição intumescente e ao seu uso na proteção contra o fogo.

Antecedentes do Invento

Os edifícios que possuem estrutura de aço são particularmente vulneráveis ao colapso no caso de um fogo. 0 aço perde a sua resistência quando a temperatura se eleva. Ao isolar o aço, a quantidade de transferência de calor pode ser reduzida, o que pode prolongar o tempo que o edifício permanece intacto, dando mais tempo para a evacuação. A proteção passiva contra o fogo é o termo geralmente dado a sistemas que se baseiam no isolamento para proteger os edifícios do fogo. A proteção passiva contra o fogo pode ser "reativa" ou "não reativa". Os sistemas reativos são baseados no isolamento que altera a sua natureza física e/ou química em resposta ao fogo. Exemplos incluem sistemas intumescentes, oblativos e sublimantes. Os sistemas não reativos proporcionam isolamento sem a necessidade de qualquer alteração quimica ou fisica. Exemplos incluem pulverizações cimenticias e painel de vermiculite.

Os revestimentos protetores contra o fogo podem ser aplicados às estruturas de aço para edifícios quer fora do local (no estaleiro de aço) quer no local (na estrutura erigida). Sistemas intumescentes típicos são baseados numa mistura de polifosfato de amónio e melamina. Estes reagem para produzir N2 gasoso que resulta numa camada de espuma com vários centímetros de espessura que isola a estrutura.

As composições intumescentes de um componente convencionais são quer à base de solvente quer de base aquosa e formam um filme seco por evaporação do solvente ou da água. Esta característica coloca limites práticos na espessura máxima de filme húmido que pode ser aplicada em um qualquer revestimento, porque os filmes espessos tendem a tomar muito tempo para secar.

Os revestimento à base de resinas epóxidas de dois componentes foram usados pela Leigh's Paints para proporcionar um revestimento de proteção contra o fogo no aço. Tais revestimentos possuem uma excelente adesão ao aço, são muito resistentes e baseiam-se na intumescência para proporcionar proteção contra o fogo.

Similarmente, a CharTek desenvolveu uma variedade de produtos para uso como revestimentos de proteção contra o fogo. 0 CharTek 7, por exemplo, é um revestimento de proteção contra o fogo intumescente, de epóxido reforçado sem solvente, adequado para proteger uma estrutura de aço num fogo de hidrocarbonetos.

Os revestimentos intumescentes de proteção contra o fogo são descritos extensivamente na literatura da patentes. 0 documento US 2008/0224105 Al, por exemplo, descreve uma composição de revestimento intumescente liquida compreendendo um sistema de resina. A composição de revestimento é curável até um estado sólido numa reação de polimerização sem radicais. O documento WO 2008/129242 descreve uma formulação intumescente compreendendo uma fonte de carbono, um agente de expansão, uma fonte de ácido e argila, tal como uma organoargila. A organoargila é considerada para melhorar as propriedades de barreira térmica de um revestimento intumescente espumoso. O documento WO 2009/013532 descreve uma composição de revestimento que compreende, pelo menos, um ingrediente intumescente incorporado num ligante de resina que contém, pelo menos, um componente contendo fósforo ligado covalente-mente.

Contudo, estas composições da técnica anterior possuem uma limitada capacidade de gerar intumescência e, como resultado, camadas espessas das composições são requeridas, o que pode ser muito caro.

Sumário do Invento 0 presente invento proporciona, numa primeira forma de concretização, uma composição intumescente tal como definida na reivindicação 1, compreendendo um polímero selecionado de um poliuretano terminado com silano ou um poliéter terminado com silano, um plastificante que seja compatível com o polímero e um ingrediente intumescente.

De acordo com uma segunda forma de concretização do invento, é proporcionado um processo para formar uma substância intumescente curada compreendendo a aplicação de uma composição de acordo com a primeira forma de concretização a um substrato e permitindo que a composição cure.

De acordo com uma terceira forma de concretização do presente invento, é proporcionada uma substância intumescente curada obtenível através do processo tal como descrito na segunda forma de concretização.

De acordo com uma quarta forma de concretização do presente invento, uma composição intumescente de acordo com a primeira forma de concretização é usada num revestimento de proteção contra o fogo.

De acordo com uma quinta forma de concretização do presente invento, é proporcionado um edifício compreendendo uma estrutura de aço compreendendo a substância intumescida curada da terceira forma de concretização.

Por "composição intumescente" pretende significar-se uma composição que é capaz de se expandir, ou de inchar, quando exposta ao calor.

As composições intumescentes do invento podem ser usadas para revestir substratos tais como o aço previsto para formar as estruturas dos edifícios, quer fora do local (durante o processo de preparação do aço) quer no local (após a estrutura de aço ter sido erigida no local da construção). A temperaturas elevadas, o poliuretano terminado com silano ou o poliéter degradam-se. Isto é vantajoso, uma vez que no caso de um fogo, o polímero não interfere com a intumescência gerada pelo ingrediente intumescente. A composição deste invento tem uma elevada eficiência de intumescência o que significa que revestimentos relativamente finos podem ser aplicados em estruturas de aço, o que resulta num tempo de cura mais rápido e num processo mais eficiente e barato de proteção contra o fogo.

Idealmente, cada 1,5 mm de espessura de revestimento curará em uma hora ou menos. Isto oferece vantagens particulares em relação aos sistemas de um componente da técnica anterior que podem requerer que sejam aplicados cinco ou mais revestimentos, com até duas semanas de secagem entre a aplicação das camadas de revestimento.

As composições do invento demonstraram adicionalmente que têm uma resistência ao desgaste devido à ação do tempo precoce em relação com a técnica anterior. As composições são resistentes ao dano mecânico e não são tóxicas e são fáceis de reparar quando danificadas em comparação com os sistemas de epóxido ou de um componente detalhadas atrás. A técnica anterior também descreve muitas composições compreendendo os materiais retardadores de fogo. Os materiais retardadores de fogo sumprimem, reduzem ou atrasam a combustão do material. 0 presente invento, por outro lado, refere-se a composições intumescentes. Estas composições proporcionam proteção contra o fogo através da expansão ou inchamento, quando expostas ao calor, aumentando assim de volume.

Descrição Detalhada do Invento

De acordo com um aspeto do presente invento é proporcionada uma composição intumescente de duas partes, compreendendo uma primeira parte e uma segunda parte. A primeira parte compreende um polímero selecionado de um poliuretano terminado com silano ou de um poliéter terminado com silano, em que este polímero está presente numa quantidade de até 100% em peso da primeira parte da composição intumescente. A segunda parte compreende um plastificante que é compatível com o polímero e um ingrediente intumescente tipicamente presente numa quantidade de 1-80% em peso da segunda parte da composição. A quantidade de polímero presente na primeira parte geralmente perfaz 4-50% em peso da primeira e segunda partes tomadas em conjunto. A primeira e segunda partes são separadas uma da outra, por exemplo durante o armazenamento, mas, em uso, a primeira e segunda partes são misturadas para se conseguir uma substância curada que possui a capacidade de intumescer ao ser exposta ao calor.

Preferencialmente, na composição de duas partes, existe uma mior proporção em peso da segunda parte em comparação com a primeira parte. Numa forma de concretização particularmente preferida do invento, a razão primeira parte:segunda parte está na gama de 1:5 a 1:20 em peso.

Nas composições de uma parte, todas as considerações mencionadas abaixo em relação às composições de duas partes aplicam-se mutatis mutandis, com a ressalva de os constituintes serem todos misturados em conjunto e não separados em duas partes, e de quaisquer ingredientes "húmidos" necessitarem de serem secos antes da produção da composição de modo a prevenir a cura prematura. O poliuretano terminado em silano ou um poliéter terminado em silano é tipicamente um líquido. O polímero dá origem a uma composição curada possuindo, após 48 horas, uma dureza Shore A de 65-85, preferencialmente 70-80. A dureza Shore A é determinada de acordo com o método descrito na secção "Métodos" desta descrição. O polímero está presente numa quantidade de até 100% em peso da primeira parte da composição de duas partes, de forma a que a quantidade de polímero presente perfaça 4-50% em peso, mais preferencialmente 5-20%, muito preferencialmente 10% em peso da primeira e segunda partes da composição intumescente tomadas em conjunto. Preferencialmente a primeira parte da composição de duas partes consiste, essencialmente, de polímero, e mais preferencialmente consiste somente de polímero. Quando a primeira parte consiste somente ou consiste essencialmente de polímero, a primeira parte esta na forma fornecida pelo fabricante, sem mais processamento ou mistura requeridas antes de entregar ao utilizador final (composição). Isto reduz o custo de processamento e acelera a produção da composição de duas partes. Além disso, evita a necessidade de o polímero ser extensivamente manuseado e, deste modo, aumenta o tempo de vida ao reduzir a contaminação ou a incorporação inadvertente da humidade atmosférica.

Nas composições de uma parte, a quantidade de polímero presente perfaz tipicamente até 4-50% em peso, mais preferencialmente 5-20% em peso e muito preferencialmente à volta de 10% em peso da composição intumescente.

Preferencialmente o polímero é um polímero telequélico (ou seja, um polímero suportando pelo menos um grupo terminal funcionalizado que possua a capacidade de reagir seletivamente para formar ligações com outra molécula). Mais preferencialmente, o polímero é um polímero telequélico com grupos terminais difuncionais ou trifun-cionais. Ainda mais preferencialmente, ambas as extremidades do polímero têm, pelo menos, um grupo terminal funcionalizado e, muito preferencialmente, ambas as extremidades do polímero possuem, pelo menos, dois grupos terminais funcionais. Preferencialmente os grupos terminais do polímero resultam da terminação com um alfa ou gama-silano. Muito preferencialmente, os grupos terminais resultam da terminação com um alfa-silano. Preferencialmente as funcionalidades terminais são grupos alcoxi, de forma a que os grupos terminais difuncionais dêem origem a dois grupos alcoxi pendentes do átomo de Si num grupo terminal silano, e de forma a que grupos terminais trifuncionais dêem origem a três grupos alcoxi pendentes do átomo de Si num grupo terminal silano. Preferencialmente o polímero é de baixa viscosidade, por exemplo 5000-35 000 mPas a 25°C. Tipicamente o teor de grupo alcoxi do polímero é de 0,35 - 0,70 mmol/g e preferencialmente é de 0,35 -0,70 mmol/g. Mais preferencialmente, o teor de grupo alcoxi é de 0,40 - 0,50 mmol/g. Muito preferencialmente o teor de grupo alcoxi é um teor de grupo metoxi.

Exemplos de polímeros adequados incluem Polymer ST61, Polymer ST75 e Polymer ST77 fornecidos pela Hanse Chemie; Geniosil STP E10, Geniosil STP E15, Geniosil STP E30 e Geniosil STP E35 fornecidos pela Wacker; Desmoseal SXP 2662, Desmoseal SXP 2458 e Desmoseal SXP 2636 fornecidos pela Bayer; e Spur+* 1010LM, Spur+* 1050LM e Spur+* 1015LM fornecidos pela Momentive. Os polímeros preferidos são o Geniosil STP E10 e Geniosil STP E30 ambos fornecidos pela Wacker. 0 polímero mais preferido é o Geniosil STP E10.

Preferencialmente, pelo menos uma das partes de uma composição de duas partes, ou a composição de uma parte compreende um reticulante. Um reticulante acelera o processo de cura. Preferencialmente o reticulante é um reticulante de silano reativo, mais preferencialmente um silano alcoxi que contém um grupo funcional reativo, que é muito preferencialmente uma amina primária. Este reticulante está preferencialmente presente em 0,05-1% em peso da composição total.

Muito preferencialmente o reticulante está na primeira parte de uma composição de duas partes. A composição pode também compreender um solvente para reduzir e melhorar a capacidade de a composição ser pulverizada. Tipicamente o solvente está na primeira parte de uma composição de duas partes. O solvente é escolhido com base na compatibilidade com o componente de polímero. No caso de geniosil STP E10, um solvente adequado é xileno. A composição deste invento compreende um plastificante e um ingrediente intumescente. Tipicamente estes estão na segunda parte de uma composição de duas partes.

Olhando primeiro para o plastificante, este deve ser compatível com o polímero e com isto quer dizer-se que este se misturará no sistema sem escorrimento para fora. 0 plastificante tem a função de amaciar e prolongar a rede polimérica curada final, proporcionando componentes líquidos extra de forma a que as cargas minerais sejam completamente molhadas. 0 plastificante pode estar presente em qualquer quantidade suficiente para satisfazer este fim. Quantidades típicas de plastificante são de 5-20% da segunda parte, preferencialmente 10-15% da segunda parte. Os plastificantes são derivados do ácido benzóico, ácido ftálico (por exemplo, ftalatos, tais como ftalatos de dibutilo, dioctilo, dicliclo-hexilo, diiso-octilo, diisodecilo, dibenzilo ou butilbenzilo), ácido trimelítico, ácido piromelítico, ácido adípico, ácido sebácido, ácido fumárico, ácido maleico, ácido itacónico e ácido cítrico, ésteres de fosfato de alquilo e derivados de poliéster, poliéter e epoxy. Plastificantes preferidos são ésteres alquílicos, por exemplo ftalatos, adipatos, sebacatos e benzoatos, que podem ser misturados em conjunto e misturados com ésteres de fosfatos alquílicos. Um exemplo especialmente preferido é uma mistura de Jayflex DNIP fornecido pela Exxon, com Plastomoll DOA, fornecido pela BASF, e Santicizer 148, fornecida pela Ferro. Óleo de rícino ou produtos semelhantes podem ser também usados.

Quantidades típicos de plastificante numa composição de uma parte são de 10-40% em peso, preferencialmente 15-30% em peso e, muito preferencialmente, à volta de 20% em peso da composição total. O ingrediente intumescente confere, à composição intumescente resultante, a capacidade de inchar quando exposta ao calor. 0 ingrediente é tipicamente proporcionado na forma de uma composição de carga intumescente que compreende dois ou mais ingredientes, que em conjunto resultam em intumescência. A composição de carga intumescente (que pode alternativamente ser referida como "embalagem de carga intumescente") compreende, preferencialmente, três componentes - uma fonte de ácido, uma fonte de carbono e um agente de formação de espuma ou fonte de gás. Preferencialmente um "agente de nucleação" inorgânico deve estar presente e opcionalmente aditivos, que podem ser de natureza sólida ou líquida, podem ser adicionados para auxiliar a formação de carvão (espuma) e dar resistência ao carvão. A fonte de ácido pode ser selecionada de, por exemplo, polifosfato de amónio, fosfato de melamina, sulfato de magnésio e ácido bórico. A fonte de ácido preferida é o polifosfato de amónio. 0 uso de polifosfato de amónio revestido é preferido e o polifosfato de amónio revestido com melamina-formaldeído é muito preferido. A fonte de ácido constitui, preferencialmente, de 35% a 65% em peso do teor de ingrediente intumescente da composição intumescente.

Exemplos de fontes de carbono adequadas incluem álcoois poli-hidricos tais como pentaeritritol e dipentaeritritol. Amido e grafite expansível são outras fontes de carbono possíveis. As fontes de carbono preferidas são pentaeritritol e dipentaeritritol ou uma combinação dos dois. A fonte de carbono constitui, preferencialmente, de 5% a 40% em peso do teor de ingrediente intumescente da composição intumescente.

Fontes de gás adequadas incluem melamina, fosfato de melamina, borato de melamina, melamina-formaldeído, cianurato de melamina, isocianurato de tris-(hidroetilo) (THEIC), polifosfato de amónio e parafina clorada. A fonte de gás preferida é a melamina. A fonte de gás constitui preferencialmente de 5% a 40% em peso do teor de ingrediente intumescente da composição intumescente.

Embora não seja um ingrediente essencial em reações intumescentes, agentes de "nucleação" inorgânicos são um ingrediente preferido uma vez que promovem locais para que o carvão intumescente se forme, melhoram as propriedades de resistência térmica e de estabilidade do carvão intumescente durante um fogo. As composições de revestimento intumescentes do presente invento contêm idealmente, pelo menos, um agente de nucleação, exemplos do qual incluem dióxido de titânio, óxido de zinco, óxido de alumínio, sílica, silicatos, óxidos de metais pesados, tais como o óxido de cério, óxido de lantânio e óxido de zircónio, mica e argila de bentonite. Um agente de nucleação preferido é o dióxido de titânio que também proporciona opacidade ao revestimento. 0 agente de nucleação constitui, preferencialmente, de 1% a 25% em peso do teor de ingrediente intumescente da composição intumescente.

Outros aditivos opcionais podem ser incluídos como parte dos ingredientes intumescentes para auxiliar a formação de carvão e para dar resistência ao carvão e para evitar a degradação do carvão. Tais aditivos incluem sólidos tais como borato de zinco, estanato de zinco, hidroxiestanato de zinco, flocos de vidro, esferas de vidro, esferas poliméricas, fibras (minerais cerâmicos, com base e vidro/sílica), óxido de hidróxido de alumínio, fosfato de boro, sílica fumada.

Num aspeto preferido do invento, o ingrediente intumescente está presente numa quantidade tal que a composição é capaz de inchar até pelo menos três vezes, preferencialmente pelo menos dez vezes, muito preferencialmente pelo menos 50 vezes do seu volume original quando exposto a temperaturas verificadas numa situação de fogo típica. A temperatura num fogo pode estar algures na gama de 150-1000°C e é preferido que a composição comece a intumescer a uma temperatura na parte inferior desta gama. A temperatura de referência para a medição do inchamento pode ser considerada como sendo 50 0 °C.

Por razão de expansão pretende significar-se o número de vezes que a composição incha em comparação com o seu volume original.

Tipicamente, a composição intumescente do invento incha até mais de 300%, preferencialmente mais de 1000%, mais preferencialmente mais de 5000% da sua espessura original quando na forma de um revestimento e exposto ao calor a uma temperatura de 500°C. Por exemplo, a composição pode ser aplicada a um substrato para formar uma camada aproximadamente com 1 mm de espessura após cura. Após exposição ao calor a uma temperatura de 500°C esta pode inchar até uma espessura na gama de 5-10 mm.

Uma embalagem com carga intumescente típica inclui dióxido de titânio, pentaeritritol, dipenta-eritritol, polifosfato de amónio, melamina e compostos contendo melamina tal como fosfato de melamina e cianurato de melamina. Preferencialmente, as cargas são tal como mostradas abaixo e estão presentes nas quantidades seguintes: • dióxido de titânio (5-15% em peso da composição total) • pentaeritritol (5-15% em peso da composição total) • polifosfato de amónio (20-40% em peso da composição total) • melamina (5-15% em peso da composição total) A quantidade total de ingrediente intumescente, por exemplo, a composição de carga intumescente, é tipicamente na gama de 40-80%, preferencialmente 50-75% e muito preferencialmente 55-75% em peso da composição total. Composições compreendendo menos ingrediente intumescente do que isto não são eficazes a produzir intumescência. A carga pode também compreender polímeros ou sais de tais polímeros intrinsecamente intumescentes. Estes materiais patenteados, foram desenvolvidos pela Prometheus Developments Limited, e são descritos no Pedido de Patente US No. US2007/0102686A1. A composição (no caso de uma composição de duas partes, tipicamente a segunda parte) pode também conter absorsores de UV/estabilizadores (por exemplo, Uvasorb HA fornecido pela 3V international SA ou Tinuvin 765 fornecido pela Ciba); antioxidantes (por exemplo Irganox 245 ou 1135 fornecido pela ciba); pigmentos de cor ou corantes (por exemplo, um negro de fumo, um exemplo do qual é o Printex V fornecido pela Grohlman; ou um dióxido de titânio, um exemplo do qual é o Kronos 2300 fornecido pela Kronos Ltd.); modificadores de reologia, tais como argila (por exemplo o Polywhite E da Imerys ou Garamite da South Clay Products); ou catalisadores de reação (por exemplo, um catalisador de estanho, um exemplo do qual é o Tinstab BL277 fornecido pela Polyone Co. Ltd), ou agentes de molhabilidade (tais como os derivados de ácido gordo, um exemplo dos quais é o Dispers 652 da Tego Chemie) ; ou fibras de reforço da estrutura tais como a lã de rocha. A composição do invento é, tipicamente, uma composição de revestimento e forma um filme sobre as superfícies em que é aplicada.

De acordo com uma segunda forma de concretização do presente invento, é proporcionado um processo para se conseguir uma substância intumescente curada. No caso de uma composição de duas partes, este processo compreende os passos de (a) aplicação de uma primeira parte de uma composição intumescente de duas partes e de uma segunda parte de uma composição intumescente de duas partes a um substrato e, (b) permitir que ocorra uma reação entre a primeira parte da composição intumescente de duas partes e a segunda parte da composição intumescente de duas partes para a sua cura. Tipicamente, a primeira parte e a segunda parte da composição de duas partes são misturadas em conjunto antes da aplicação ao substrato. Preferencialmente, esta pré-mistura ocorre muito brevemente antes da aplicação ao substrato, por exemplo poucos segundos antes da aplicação num misturador em linha incorporado no dispositivo de pulverização sem ar, ou através de qualquer um de outros dispositivos de pulverização convencionalmente usados para misturar e aplicar revestimentos de dois componentes a substratos.

Uma composição de uma parte pode ser aplicada usando um dispositivo de pulverização semelhante. A composição usada neste processo tem todas as mesmas caracteristicas tal como sublinhado atrás para a primeira forma de concretização deste invento.

Tal como mencionado atrás, a composição de duas partes do invento é curada colocando em contacto a primeira parte com a segunda parte da composição e deixando que a humidade atmosférica inicie a reticulação do polímero na primeira parte. Esta reticulação pode ser ainda encorajada por adição de um promotor de adesão ou agente de reticulação (tal como Silano A1110 e Silano A171 ambos fornecidos pela Momentive Performance Materials) à segunda parte da composição. A razão da primeira parte em relação à segunda parte é geralmente recomendada pelos fabricantes particulares e depende da formulação particular das partes.

Uma composição de uma parte é curada por exposição à humidade atmosférica da mesma maneira. A composição do invento proporciona, preferencialmente, um corpo de aço com de 30 minutos a 4 horas de resistência ao fogo, dependendo da aplicação, natureza e geometria do substrato e da espessura do revestimento. A resistência ao fogo é determinada de acordo com a norma BS476 parte 20. Preferencialmente, o corpo de aço demora de 30 minutos a 4 horas e muito preferencialmente, pelo menos, uma hora, para alcançar uma temperatura critica de 550°C.

Uma vez a composição do invento tenha sido completamente curada, a dureza Shore A após 48 horas está tipicamente na gama de 65-86, preferencialmente de 70-80. Os métodos usados para estabelecer estes valores são apresentados abaixo de acordo com o método descrito na secção "Métodos" desta descrição.

As composições intumescentes do presente invento são usadas para tornar os edifícios à prova de fogo. A composição pode ser aplicada à estrutura do edifício, tipicamente feita de aço, quer nas instalações da preparação do aço ("off-site") quer no local após a estrutura ter sido erigida. Isto pode requerer que a superficie do metal tenha que ser limpa num passo de pré-tratamento. A superficie pode então necessitar de ser coberta com uma camada de primário.

As secções de aço que requerem proteção contra o fogo são normalmente limpas com jato de areia antes da aplicação de um revestimento intumescente para remover calamina e outros depósitos que podem conduzir a uma falha prematura do revestimento intumescente, quer por exposição atmosférica prolongada quer durante a situação de fogo. De modo a evitar a deterioração da superficie limpa com jato de areia, particularmente quando existe um atraso na aplicação do revestimento intumescente, é prática normal aplicar um revestimento primário. Este é frequentemente o caso quando o revestimento intumescente é aplicado no lugar.

Exemplos de primários adequados são revestimentos baseados em materiais epóxidos, epóxi modificados (tais como o poli(vinilbutiral) modificado), poliuretano, acrílicos, vinílicos e borracha clorada. Os primários baseados em epóxi são preferidos. A espessura do primário é idealmente na gama de 15 micron a 150 micron. Preferencialmente, a espessura deve estar na gama de 25 micron a 100 micron.

Depois disto, a composição do invento pode ser aplicada. As duas partes de uma composição de duas partes são tipicamente misturadas muito pouco antes da aplicação ao metal. A composição é geralmente pulverizada sobre o metal, embora esta possa alternativamente ser aplicada manualmente, por exemplo usando um utensílio tal como uma espátula. A composição é normalmente aplicada em camadas separadas, sendo a espessura de cada camada e o número de camadas determinados através da velocidade de aplicação e o tempo de proteção contra o fogo. A aplicação de uma camada única relativamente espessa dá origem a uma velocidade rápida de aplicação (mas pode demorar mais a curar) . A aplicação de camadas múltiplas relativamente finas dá origem a um acabamento decorativo mais liso e visualmente mais apelativo. A espessura seca do revestimento intumescente tipicamente aplicado varia de 250 pm a 5 mm, dependendo do nível de proteção contra o fogo requerido, da área da secção do aço e do perímetro do aço quando visto em corte.

Um revestimento superior decorativo pode ser aplicado aos revestimentos intumescentes curados do presente invento, particularmente para proporcionar cor à estrutura de aço exposta. Um revestimento superior, se corretamente formulado, aumentará também a durabilidade das composições de revestimento intumescente. Um vedante transparente poderá também ser adequado.

Exemplos de revestimentos superiores decorativos adequados são revestimentos baseados em epóxido, poliuretano, alquídicos, acrílicos, vinílicos e borracha clorada. Os revestimentos superiores decorativos com base em uretano ou epoxi são preferidos. A espessura do revestimento superior decorativo pode variar de 15 microns a 250 microns. Preferencialmente, a espessura deve estar na gama de 25 microns a 75 microns, dado que uma espessura muito elevada do revestimento superior pode inibir as reações intumescentes.

As composições do invento podem ser também úteis na proteção de outros materiais estruturais tais como betão e madeira. Métodos

Viscosidade Brookfield:

Este teste é um método simples para a determinação da viscosidade de vários materiais viscosos. Usa um Viscosímetro Brookfield RVT e um veio T-bar. O veio está ligado ao viscosímetro que roda a barra a uma velocidade conhecida (que pode variar de 0,5 -100 rpm) . O viscosímetro mede a resistência à rotação e esta é transmitida para uma escala de medição. A medição é lida quando a leitura da escala estabiliza e é realizado um cálculo de conversão (de acordo com o manual de Brookfield) para dar origem a um valor de viscosidade. A viscosidade do material misturado é normalmente medida para este material dado que esta dá uma boa indicação de se o material é pulverizável ou não.

Devido ao curto tempo de vida útil do material misturado, é usada uma parte B "simulante", com o silano reativo substituído por um liquido inerte (tal como Sovermol 1058, um diluente não reativo disponível na Cognis GmbH) de viscosidade semelhante.

Primeiramente o material é condicionado a uma temperatura de 20 + 1°C. O veio 7 é normalmente usado, embora outros veios possam ser substituídos para lidar com materiais com viscosidades maiores ou menores, e as medições são feitas a 1, 2,5, 5, 10, 20, 50 e 100 rpm. Em cada caso, a viscosidade é reqistada após 60 sequndos decorridos a essa velocidade.

Dureza Shore: A dureza dos plásticos é muito correntemente medida através de um ensaio de Shore. Este método mede a resistência dos plásticos a uma penetração e proporciona um valor de dureza empírico que não se correlaciona necessariamente bem com outras propriedades ou caracterís-ticas fundamentais. A escala Shore A é usada para os plásticos e borrachas "mais macios" enquanto a Shore D é usada para os mais "duros". A dureza Shore é medida com um dispositivo conhecido como durómetro e consequentemente é também conhecido como "dureza de Durómetro". 0 valor da dureza é determinado pela penetração do palpador do durómetro na amostra. Por causa da resiliência de borrachas e plásticos, a leitura da penetração pode variar com o tempo - pelo que o tempo de penetração é por vezes registado ao mesmo tempo com o número da dureza.

No nosso caso, usa-se o durómetro Shore A padrão que aplica uma força de 822 gramas a um palpador endurecido na forma de um cone de 35° truncado, com 0,79 mm de diâmetro. A força á eplicada durante um segundo e a dureza é lida no mostrador.

Versões de 4 horas, 24 horas e 48 horas do teste referem-se ao tempo de cura a que o material é deixado a curar antes da dureza ser medida.

Um filme húmido com 4 mm de espessura é distribuído sobre um painel de aço plano usando um espalhador de filme. O filme é então deixado em condições ambientais e o tempo necessário para não ficar pegajoso é registado. A dureza Shore A é medida a intervalos.

Tempo necessário para não ficar pegajoso:

Este é o tempo necessário para que o material cure até que ao tocar na superfície do material já não haja material não curado que seja transferido para os dedos. Na prática, é o tempo ao fim do qual o material pode ser manuseado. Assim, o tempo necessário para não ficar pegajoso é medido tocando na amostra com um dedo de uma luva a intervalos de tempo, até não se detetar transferência para a luva da pessoa que toca na amostra.

Teste de Fogo 0 teste de fogo das composições intumescentes para aço estrutural é normalmente realizado usando um forno para simular o efeito de um fogo completamente desenvolvido num quarto ou num compartimento de um edifício. Estes fornos são normalmente quer a gás natural, gás de petróleo liquefeito ou gasóleo e consistem num certo número de queimadores montados nas paredes de um recinto refractário. 0 equipamento moderno é controlado por computador para seguir pré-determinadas curvas de aquecimento, normalmente de acordo com a norma ISO 834, e mantêm uma pressão ajustada, normalmente à volta de 20 Pa. Os fornos variam de dimensão desde uma fração de metro cúbico até ao típico "forno de andar" usado para testar composições intumescentes em edifícios de teste independentes que têm normalmente cerca de 4 m de comprimento por 3 m de largura e 2,5 m de altura.

Existem muitas normas em todo o mundo para testes de fogo aplicáveis a composições intumescentes para aço estrutural, e estas incluem a BS 476 parte 10, EN 13381 parte 8 (publicada em documento não final) , a ISO 834 parte 11 (em desenvolvimento) e a UL 263. Estas todas envolvem a preparação de um certo número de provetes de aço estrutural de diferentes dimensões, geometrias e pesos, revestidos com diferentes espessuras de material intumescente que são expostos ao calor do forno durante períodos entre 30 minutos e quatro horas. A elevação da temperatura de cada amostra é medida usando termopares e registada. Estes dados são então usados para criar um conjunto de tabelas, usando interpolação ou modelação matemática, que define a espessura de material intumescente requerido para limitar a elevação da temperatura de uma particular secção de aço até uma temperatura limitativa particular para o período requerido de proteção contra o fogo.

As temperaturas críticas registadas nos Exemplos abaixo registam a temperatura de falha do aço. Diferentes elementos estruturais falham geralmente a diferentes temperaturas. Por exemplo, as colunas (membros verticais) falham tipicamente a 550°C, enquanto as vigas (membros horizontais) falham tipicamente a 620°C. As placas planas usadas em testes de laboratório falham a 500°C.

Composição de uma parte

Para a composição de uma parte, um revestimento com uma espessura nominal de 0, 6 mm foi aplicado a um painel de aço com uma espessura de 5 mm com as dimensões de 300 x 200 mm. O painel foi tratado com o primário Nullfire S620, um primário alquidico de embalagem única. Este painel foi deixado a curar durante 1 semana antes de ser sujeito ao tesde de fogo no forno Nullfire Mini Furnace seguindo o regime de aquecimento da norma BS 476 pt20. O mini-forno Nullfire tem as dimensões de 0,5 x 0,5 x 0,5 me é alimentado a gás até uma temperatura >1000°C. 0 tempo necessário para o painel de aço atingir uma particular temperatura critica é registado.

Composição de duas partes O teste de fogo da composição de 2 partes foi realizado com espécimes com aplicação a trincha e de acordo com a norma BS 476 pt 20 no forno Nullfire de 1,5 m3, que tem as dimensões de 1,5 x 1,5 x 1,5 m. As dimensões da amostra de aço sob teste e a espessura de filme seco (DFT) do revestimento são mencionadas a seguir. A taxa de aquecimento do aço é dependente do valor Hp/A da secção, em que Hp é o perímetro do aço quando visto em corte e A é a área da secção. O invento será agora ilustrado através dos exemplos seguintes:

Exemplo de Controlo A elevação da temperatura de uma peça não protegida de aço estrutural em condições de forno de acordo com a norma ISO 834 foi medida experimentalmente em muitas ocasiões, por exemplo pela British Steel, e é bem conhecida e está documentada em publicações tal como a norma BS 5950 parte 8. O tempo de equação, t = 0,54 x (temp limite - 50) x (Hp/A)-0,6 é dado na BS 5950 parte 8 e prediz um tempo a 620°C de apenas cerca de 14 minutos para aço não protegido para uma viga estrutural de 406 mm x 178 mm x 60 kg revestida com 4 mm de revestimento intumescente, montada no teto de um forno a gás de 1,5 m x 1,5 m x 1,5 m.

Exemplo 1: Composição de uma parte

Propriedades:

Viscosidade: (Brookfield, veio 6, 20 rpm, 20°C) = 270-330 Poise

Desenvolvimento de dureza: (tempo para não ficar pegajoso de 4h)

8 h: 30-35 Shore A

16 h: 55-60 Shore A

Teste de fogo:

Mini forno Nullfire (DFT = 0,65 mm) tempo até 500°C = 35 minutos

Exemplo 2: Composição de duas partes (pulveri- zável)

Propriedades :

Viscosidade: mistura, veio 7, 50 rpm, 20°C, 300-340 Poise Desenvolvimento da dureza:

Tempo para não ficar pegajoso: 45-60 minutos

2 h: 40-45 Shore A

3 h: 50-55 Shore A

6 h: 60-65 Shore A

24 h: 75-80 Shore A

Teste de fogo:

Coluna Universal, 203x203x52, Hp/A 180 m-1, DFT 3,8 mm, Forno Nullfire 1,5 m3 , norma BS 476 pt 20

Tempo até à temperatura critica (550°C) = 93 minutos

Razão de expansão medida num painel de aço num forno a 600°C = 23. O inicio da intumescência foi a 315°C. O Exemplo 2 foi repetido usando os mesmos componentes de Ia parte e 2a parte. Contudo, a primeira e segunda partes foram misturadas na razão de Ia parte em relação à 2a parte de 25:10. Foi detetável muito pouca intumescência.

Exemplo 3: Composição de duas partes Aplicável à espátula (sem solvente)

Propriedades:

Desenvolvimento da dureza:

Tempo para não ficar pegajoso: 45-60 minutos

2 h: 45-50 Shore A

3 h: 60-65 Shore A 6 h: 70-75 Shore A 24 h: 75-80 Shore A

Teste de fogo:

Coluna Universal, 203x203x52, Hp/A 188 rrr1, DFT 3,95 mm, Forno Nullfire 1,5 m3 , norma BS 476 pt 20

Tempo até à temperatura crítica (550°C) = 91 minutos

Claims (17)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Composição intumescente para proteção contra o fogo compreendendo um polímero selecionado de um poliuretano terminado com silano ou um poliéter terminado com silano, um plastificante que é compatível com o polímero selecionado do grupo constituído por derivados de ácido benzoico, ácido ftálico, ácido trimelítico, ácido piromelítico, ácido adípico, ácido sebácico, ácido fumárico, ácido maleico, ácido itacónico e ácido cítrico, ésteres de fosfato de alquilo, poliéster, poliéter e epoxi e um ingrediente intumescente.
2. 2. Composição de acordo com a reivindicação 1, em que o polímero é essencialmente polímero telequélico com grupos terminais di ou trifuncionais.
3. 3. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, em que o polímero tem um teor de grupo alcoxi de 0,35-0,70 mmol/g.
4. 4. Composição de acordo com a reivindicação 3, em que o polímero tem um teor de grupo metoxi de 0,35-0,70 mmol/g.
5. 5. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o plastificante compreende um ftalato, um adipato, ou um sebacato.
6. 6. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o ingrediente intumescente compreende uma composição de carga intumescente compreendendo uma fonte de ácido, uma fonte de carbono e uma fonte de gás.
7. 7. Composição de acordo com a reivindicação 6, em que a composição com carga intumescente compreende dióxido de titânio, pentaeritritol, polifosfato de amónio e melamina.
8. 8. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, que compreende ainda um reticulante.
9. 9. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, que é capaz de inchar até pelo menos três vezes, preferencialmente pelo menos dez vezes, muito preferencialmente pelo menos 50 vezes do seu volume original quando aquecido a 500°C.
10. 10. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que o ingrediente intumescente está presente numa quantidade de 40-80%, preferencialmente 50-75%, muito preferencialmente 55-75% em peso da composição.
11. 11. Composição para proteção contra o fogo de aço estrutural de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes que é uma composição intumescente de duas partes compreendendo: uma primeira parte compreendendo um polímero selecionado de um poliuretano terminado em silano ou um poliéter terminado em silano, em que este polímero está presente numa quantidade de até 100% em peso da primeira parte da composição intumescente; e uma segunda parte compreendendo um plastificante que seja compatível com o polímero selecionado do do grupo constituído por derivados de ácido benzóico, ácido ftálico, ácido trimelitico, ácido piromelitico, ácido adípico, ácido sebácico, ácido fumárico, ácido maleico, ácido itacónico e ácido cítrico, ésteres de fosfato de alquilo, poliéster, poliéter e epoxi e um ingrediente intumescente; em que a primeira e a segunda partes estão separadas uma da outra; e em que em uso, a primeira e a segunda partes são misturadas para se obter uma substância intumescente curada.
12. 12. Processo para formar uma substância intumescente curada compreendendo a aplicação de uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11 a um substrato e deixar que a composição cure.
13. 13. Processo de acordo com a reivindicação 12 para formar uma substância intumescente curada adequada para a proteção contra o fogo de aço estrutural compreendendo os passos de: (a) aplicação de uma primeira parte de uma composição intumescente de duas partes e de uma segunda parte de uma composição intumescente de duas partes a um substrato; em que a composição é tal como definida na reivindicação 11, (b) deixar que a primeira parte e a segunda parte curem deixando ocorrer uma reação entre a primeira parte e a segunda parte e formar a substância intumescente curada.
14. 14. Substância intumescente curada obtenível pelo processo da reivindicação 12 ou 13.
15. 15. Uso de uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11 para proteger contra o fogo uma estrutura de um edifício, preferencialmente uma estrutura de aço.
16. 16. Edifício compreendendo uma estrutura de aço com um revestimento de uma substância intumescente curada de acordo com a reivindicação 14.
17. 17. Método para proteger um edifício contra o fogo compreendendo a aplicação de uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-11 à estrutura do edifício e cura da composição. REFERÊNCIAS CITADAS NA DESCRIÇÃO Esta lista de referências citadas pelo requerente é apenas para conveniência do leitor. A mesma não faz parte do documento da patente europeia. Ainda que tenha sido tomado o devido cuidado ao compilar as referências, podem não estar excluídos erros ou omissões e ο IEP declina quaisquer responsabilidades a esse respeito. Documentos de patentes citados na Descrição

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