IT201900007884A1 - SYSTEM FOR IMPROVING THE THERMAL INSULATION CAPACITY OF SHEETS OR PANELS FOR FIRE PROTECTION - Google Patents
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Description
Descrizione di un brevetto d’invenzione avente per titolo: “Sistema per il miglioramento della capacità di isolamento termico di lastre o pannelli per la protezione al fuoco" Description of an invention patent entitled: "System for improving the thermal insulation capacity of plates or panels for fire protection"
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un sistema per il miglioramento della capacità di isolamento termico di lastre o pannelli per la protezione al fuoco. The present invention relates to a system for improving the thermal insulation capacity of plates or panels for fire protection.
I dispositivi di protezione al fuoco per elementi strutturali e componenti edilizi o industriali devono garantire diverse prestazioni, ma in primo luogo devono fornire un efficace isolamento termico e presentare una sufficiente stabilità meccanica in presenza dei flussi turbolenti di gas indotti dalle fiamme. I due requisiti spesso confliggono e vi sono ottimi isolanti termici che non trovano applicazione in questo settore a causa della loro scarsa stabilità meccanica. Fire protection devices for structural elements and building or industrial components must guarantee different performances, but first of all they must provide effective thermal insulation and have sufficient mechanical stability in the presence of turbulent gas flows induced by the flames. The two requirements often conflict and there are excellent thermal insulators that do not find application in this sector due to their poor mechanical stability.
Un esempio in tal senso è rappresentato dalla grafite, che esposta ad alta temperatura (circa 200°C) aumenta notevolmente di volume (circa 100 volte) producendo una struttura filamentosa di bassissima densità. Questo permette di sviluppare prodotti da applicare in strati sottili (per esempio vernici) che, una volta espansi, presentano un alto potere isolante ma vengono rapidamente erosi a causa della turbolenza dei fumi con cui vengono a contatto. Scopo della presente invenzione è quello di provvedere ad un sistema per il miglioramento della capacità di isolamento termico di lastre o pannelli per la protezione al fuoco che già possiedano una intrinseca stabilità meccanica in condizioni di incendio. An example in this sense is represented by graphite, which when exposed to high temperature (about 200 ° C) considerably increases in volume (about 100 times), producing a filamentous structure of very low density. This allows to develop products to be applied in thin layers (for example paints) which, once expanded, have a high insulating power but are quickly eroded due to the turbulence of the fumes with which they come into contact. The object of the present invention is to provide a system for improving the thermal insulation capacity of plates or panels for fire protection which already possess intrinsic mechanical stability in fire conditions.
Altro scopo è quello di ottenere il miglioramento con un minimo incremento di spessore e di peso della lastra/pannello, in modo da facilitarne l'immagazzinamento, il trasporto e la posa. Another purpose is to obtain the improvement with a minimum increase in thickness and weight of the slab / panel, so as to facilitate its storage, transport and installation.
In accordo con la presente invenzione, tali scopi ed altri ancora vengono raggiunti da un sistema per il miglioramento della capacità di isolamento termico di lastre per la protezione al fuoco comprendente: una prima lastra; una struttura da proteggere dal fuoco; detta prima lastra è posta ad una distanza prefissata da detta struttura a formare una intercapedine tra detta prima lastra e detta struttura; una vernice intumescente è posta sulla superficie interna di detta prima lastra. In accordance with the present invention, these objects and others are achieved by a system for improving the thermal insulation capacity of fire protection sheets comprising: a first sheet; a structure to be protected from fire; said first plate is placed at a predetermined distance from said structure to form a gap between said first plate and said structure; an intumescent paint is placed on the internal surface of said first plate.
Tali scopi vengono inoltre raggiunti da un metodo per migliorare la capacità di isolamento termico di lastre per la protezione al fuoco che comprende una prima lastra ed una struttura da proteggere dal fuoco; porre detta prima lastra ad una distanza prefissata da detta struttura a formare una intercapedine tra detta prima lastra e detta struttura caratterizzato dal fatto di verniciare con una vernice intumescente la superficie interna di detta prima lastra. These objects are also achieved by a method for improving the thermal insulation capacity of fire protection sheets which comprises a first sheet and a structure to be protected from fire; placing said first plate at a predetermined distance from said structure to form a gap between said first plate and said structure characterized in that the internal surface of said first plate is painted with an intumescent paint.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti. Further features of the invention are described in the dependent claims.
I vantaggi di questa soluzione rispetto alle soluzioni dell’arte nota sono diversi. The advantages of this solution compared to the solutions of the known art are different.
La soluzione in accordo alla presente invenzione consiste nell'utilizzo di vernici reattive per migliorare le prestazioni dei protettivi al fuoco in forma di lastre (calcio silicato o gesso fibrato o lastre metalliche) applicando la vernice reattiva dal lato della lastra che non verrà esposto direttamente alle fiamme. In questo modo la lastra, già utilizzata come protettivo al fuoco, garantisce la resistenza meccanica e la tenuta contro la filtrazione dei fumi, mentre la vernice reattiva, una volta espansa, potenzia significativamente la capacità di isolamento della lastra. The solution according to the present invention consists in the use of reactive paints to improve the performance of fire protection in the form of plates (calcium silicate or fiber gypsum or metal plates) by applying the reactive paint on the side of the plate that will not be exposed directly to the flames. In this way the sheet, already used as a fire protection, guarantees mechanical resistance and sealing against smoke filtration, while the reactive paint, once expanded, significantly enhances the insulation capacity of the sheet.
L'applicazione dal lato non esposto permette di utilizzare formulazioni più efficaci in termini di isolamento termico, non essendo in questo caso richiesta una particolare stabilità meccanica del rivestimento reattivo. The application from the unexposed side allows to use more effective formulations in terms of thermal insulation, since in this case a particular mechanical stability of the reactive coating is not required.
Il vantaggio consiste anche nel poter ridurre il numero di lastre da installare o il loro spessore, contenendo i costi di materiale e manodopera e riducendo il peso dell'installazione (aspetto particolarmente importante per le controsoffittature). The advantage also consists in being able to reduce the number of sheets to be installed or their thickness, reducing material and labor costs and reducing the weight of the installation (a particularly important aspect for false ceilings).
La presente soluzione è valida in tutte quelle applicazioni delle lastre di protezione antincendio che prevedono la formazione di un'intercapedine di alcuni centimetri (protezione di profilati in acciaio, controsoffitti, pareti divisorie in cartongesso, ecc.). L'intercapedine si rende infatti necessaria per consentire l'espansione della vernice reattiva. This solution is valid in all those applications of fire protection plates that require the formation of a gap of a few centimeters (protection of steel profiles, false ceilings, plasterboard partition walls, etc.). The cavity is in fact necessary to allow the expansion of the reactive paint.
Nel caso di applicazione di più lastre in strati, il principio qui esposto è valido per la lastra più lontana dalle fiamme, sempre in presenza di un'intercapedine che permetta l'espansione. In the case of application of several slabs in layers, the principle described here is valid for the slab furthest from the flames, always in the presence of a cavity that allows expansion.
Se invece si formassero più intercapedini tra le lastre, può risultare vantaggioso applicare la vernice su quella più vicina al fuoco su quella più vicina al fuoco. If, on the other hand, more gaps were formed between the slabs, it may be advantageous to apply the paint on the one closest to the fire on the one closest to the fire.
L’intercapedine blocca la dispersione di particelle nell'ambiente, tuttavia, per limitare ulteriormente la dispersione, la vernice reattiva è realizzata inglobando il minerale in una matrice polimerica. The cavity blocks the dispersion of particles into the environment, however, to further limit dispersion, the reactive paint is made by incorporating the mineral in a polymer matrix.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione pratica, illustrata a titolo di esempio non limitativo negli uniti disegni, nei quali: The characteristics and advantages of the present invention will become evident from the following detailed description of a practical embodiment thereof, illustrated by way of non-limiting example in the accompanying drawings, in which:
la figura 1 mostra schematicamente un sistema per il miglioramento della capacità di isolamento termico di lastre o pannelli per la protezione al fuoco, in accordo ad una forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 1 schematically shows a system for improving the thermal insulation capacity of plates or panels for fire protection, according to an embodiment of the present invention;
la figura 2 mostra schematicamente un sistema per il miglioramento della capacità di isolamento termico di lastre o pannelli per la protezione al fuoco, in accordo ad una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione; Figure 2 schematically shows a system for improving the thermal insulation capacity of plates or panels for fire protection, according to a further embodiment of the present invention;
la figura 3 mostra un diagramma della variazione della temperatura in funzione del tempo in diversi casi di prova, in accordo alla presente invenzione. Figure 3 shows a diagram of the variation of the temperature as a function of time in different test cases, according to the present invention.
La grafite espandibile è un ritardante di fiamma intumescente che è altamente efficiente e allo stesso tempo è rispettoso dell'ambiente. Expandable Graphite is an intumescent flame retardant that is highly efficient and is environmentally friendly at the same time.
Il termine intumescente fa riferimento alla capacità di una sostanza di gonfiarsi e di aumentare di volume in determinate circostanze, e nel caso particolare di vernici per protezione al fuoco, iniziano ad aumentare di volume ad una temperatura prefissata. The term intumescent refers to the ability of a substance to swell and increase in volume under certain circumstances, and in the particular case of fire protection paints, they begin to increase in volume at a predetermined temperature.
La grafite è costituita da strutture di carbonio esagonale all'interno delle quali può essere intercalato un composto chimico (ad esempio H2S04). Esistono due modi diversi per preparare la grafite espandibile: l'ossidazione con un reagente chimico o elettrochimicamente nell'acido intercalante. Graphite is made up of hexagonal carbon structures within which a chemical compound (for example H2S04) can be intercalated. There are two different ways to prepare expandable graphite: oxidation with a chemical reagent or electrochemically in the intercalating acid.
Dopo aver introdotto l'acido tra gli strati di grafite, è necessario neutralizzare, lavare e asciugare il materiale. After introducing the acid between the graphite layers, it is necessary to neutralize, wash and dry the material.
La grafite intercalata risultante aumenta fino a 100 volte il suo volume originale quando viene sottoposta a temperature di circa 200°C. La reazione con l'acido solforico è immediata e produce CO2, SO2 e H2O, i gas fanno espandere lo strato di grafite e creano un denso strato di carbone. The resulting intercalated graphite increases up to 100 times its original volume when subjected to temperatures of approximately 200 ° C. The reaction with sulfuric acid is immediate and produces CO2, SO2 and H2O, the gases expand the graphite layer and create a dense carbon layer.
In accordo alla presente invenzione è stata utilizzata come grafite intercalata la grafite espandibile commercializzata dalla società Sanyo Corporation of America della serie denominata SYZR. In accordance with the present invention, the expandable graphite marketed by the company Sanyo Corporation of America of the series called SYZR was used as intercalated graphite.
In particolare si è utilizzata la SYZR 802 che presenta particelle aventi dimensioni di 0,177mm, ha un volume di espansione uguale o maggiore di 230 ml/g, ed una temperatura di inizio espansione di 180°C. In particular, the SYZR 802 was used which has particles having a size of 0.177mm, has an expansion volume equal to or greater than 230 ml / g, and an initial expansion temperature of 180 ° C.
La grafite è stata inglobata in una matrice polimerica per realizzare una vernice trasferibile sulle lastre. Graphite was incorporated into a polymer matrix to make a transferable paint on the plates.
Vi sono diverse alternative per la scelta del legante di natura polimerica entro cui disperdere la grafite, al fine di ottenere un impasto applicabile come una vernice sul supporto prescelto. I parametri da considerare sono il potere bagnante e coprente del composto ottenuto. Con questa finalità sono stati messi a confronto: There are several alternatives for the choice of the binder of a polymeric nature within which to disperse the graphite, in order to obtain a mixture that can be applied as a paint on the chosen support. The parameters to be considered are the wetting and covering power of the obtained compound. With this aim, the following were compared:
- una emulsione acquosa di resine acriliche (nome commerciale Primer della ditta ), - an aqueous emulsion of acrylic resins (brand name Primer of the company),
- una dispersione acquosa acrilico-poliuretanica (ESACOTE PU 147 della ditta ), - an aqueous acrylic-polyurethane dispersion (ESACOTE PU 147 from the company),
- una dispersione acquosa a base poliuretanica (ESACOTE UR 1 15 della ditta ). - an aqueous dispersion based on polyurethane (ESACOTE UR 1 15 of the company).
Tra i polimeri provati, in condizioni di relativa turbolenza dei fumi caldi, la dispersione acquosa a base poliuretanica ha mostrato una maggiore stabilità alla fiamma, consentendo alla grafite, una volta espansa, di resistere meglio all'azione erosiva della fiamma, che darebbe una maggiore stabilità della grafite espansa, auspicabile, in particolare, nel caso di protezione di pannelli verticali, per prevenire la caduta dello strato all'interno dell'intercapedine. Among the polymers tested, in conditions of relative turbulence of the hot fumes, the aqueous dispersion based on polyurethane showed greater flame stability, allowing the graphite, once expanded, to better resist the erosive action of the flame, which would give greater stability of the expanded graphite, desirable, in particular, in the case of protection of vertical panels, to prevent the layer from falling into the cavity.
Nelle prove si è utilizzato una vernice intumescente realizzata unendo una parte in peso di grafite e da metà a una parte in peso di polimero a base poliuretanica, preferibilmente una parte di grafite ed una parte di polimero a base poliuretanica. In the tests an intumescent paint was used, made by joining one part by weight of graphite and half to one part by weight of polyurethane-based polymer, preferably one part of graphite and one part of polyurethane-based polymer.
Per realizzare un protettivo al fuoco, in accordo alla presente invenzione, si utilizzano una lastra 10 sia del tipo in cartongesso che realizzata in metallo posta in protezione di una struttura 11 , che costituisce l’oggetto che si vuole proteggere dal fuoco come un solaio, una trave, una parete, ecc. In order to create a fire protection, according to the present invention, a plate 10 is used, both of the plasterboard type and made of metal placed in protection of a structure 11, which constitutes the object to be protected from fire as a floor, a beam, a wall, etc.
La lastra 10 viene posta ad una distanza prefissata dalla struttura 1 1 in modo da creare una intercapedine 12 tra essi, mantenuta vuota o comunque contenete aria. La messa in posa della lastra 10 avviene secondo le modalità note agli operatori del settore. The plate 10 is placed at a predetermined distance from the structure 11 so as to create a gap 12 between them, which is kept empty or in any case contains air. The laying of the plate 10 takes place according to the methods known to the operators of the sector.
La vernice intumescente 13 è applicata sulla superficie che accede all’intercapedine 12 o della lastra 10 o della struttura 11 , preferibilmente, sulla parte interna della lastra 10, cioè quella più vicina alle fiamme 14. The intumescent paint 13 is applied to the surface that accesses the interspace 12 or the plate 10 or the structure 11, preferably, on the inside of the plate 10, that is, the one closest to the flames 14.
Risulta possibile applicare la vernice anche ad ambedue le superfici interne della lastra 10 e della struttura 1 1 , lasciando una intercapedine 12 maggiore. It is possible to apply the paint also to both the internal surfaces of the plate 10 and of the structure 11, leaving a larger gap 12.
La quantità di vernice applicata sulla superficie della lastra 1 0 o della struttura 1 1 , considerando un rapporto tra grafite e polimero 50/50, in peso, può variare secondo le esigenze e può essere compresa tra 400 e 2000 g/m<2>, più preferibilmente tra 600 e 1000 g/m<2>, ed ancora più preferibilmente pari a 800 g/m<2>. The quantity of paint applied on the surface of the plate 1 0 or of the structure 1 1, considering a ratio between graphite and polymer 50/50, by weight, can vary according to the needs and can be between 400 and 2000 g / m <2> , more preferably between 600 and 1000 g / m <2>, and even more preferably equal to 800 g / m <2>.
La grafite utilizzata SYZR 802 ha un'espansione uguale o maggiore di 230 ml/g, e considerando l’uso di 400g/m<2 >di sola grafite, si avrebbe una espansione di uno spessore di 80mm. The graphite used SYZR 802 has an expansion equal to or greater than 230 ml / g, and considering the use of 400g / m <2> of graphite alone, there would be an expansion of a thickness of 80mm.
Con 400g/m<2 >di grafite inglobata in 400g/m<2 >di un polimero poliuretanico si è espansa di circa 40mm. With 400g / m <2> of graphite incorporated in 400g / m <2> of a polyurethane polymer, it expanded by about 40mm.
Quindi la distanza tra le coppie di lastre che realizzano l’intercapedine deve essere maggiore di 30. Therefore the distance between the pairs of slabs that make up the cavity must be greater than 30.
L'applicazione della grafite su pannelli metallici dà benefici decisamente più evidenti rispetto alle lastre di calcio silicato o di gesso fibrato, perché queste ultime svolgono già una loro funzione di protezione al fuoco, che viene quindi solo potenziata dalla grafite. The application of graphite on metal panels gives much more evident benefits than calcium silicate or fiber gypsum sheets, because the latter already perform their own fire protection function, which is therefore only enhanced by graphite.
Nel caso di una lamiera di acciaio zincato da 0,5mm esposta ad una prova di riferimento che è stata utilizzata in tutti i confronti che consiste in un pannello radiante a 800°C posto a 30mm dalla lamiera stessa, e la temperatura presa su una seconda lastra posta a 40mm dalla prima, i risultati ottenuti sono riassunti nel diagramma di figura 3. In the case of a 0.5mm galvanized steel sheet exposed to a reference test that was used in all comparisons which consists of a radiant panel at 800 ° C placed at 30mm from the sheet itself, and the temperature taken on a second plate placed 40mm from the first, the results obtained are summarized in the diagram in figure 3.
Il diagramma mostra la temperatura raggiunta dalla seconda lastra al aumentare del tempo trascorso. The diagram shows the temperature reached by the second plate as the elapsed time increases.
La curva A è relativa alla sola presenza di una lastra metallica senza la presenza di grafite. Curve A relates only to the presence of a metal plate without the presence of graphite.
La curva B è relativa alla presenza di una lastra metallica con una superficie interna verniciata con una vernice intumescente commerciale della società Promat denominata PROMAPAINT<®>-SC4 in quantità di 1000g/m<2>, (600g/m<2 >di peso secco). Curve B relates to the presence of a metal plate with an internal surface painted with a commercial intumescent paint from the company Promat called PROMAPAINT <®> -SC4 in a quantity of 1000g / m <2>, (600g / m <2> in weight dry).
La curva C è relativa ad un pannello di silicato di calcio PROMATECT<® >100 avente spessore di 10 mm. Curve C relates to a PROMATECT <®> 100 calcium silicate panel having a thickness of 10 mm.
La curva D è relativa ad un pannello metallico con la superficie non esposta verniciata con una vernice realizzata con un impasto di grafite e resina poliuretanica (400+400g/m<2>), in accordo alla presente invenzione. Curve D relates to a metal panel with the non-exposed surface painted with a paint made with a mixture of graphite and polyurethane resin (400 + 400g / m <2>), in accordance with the present invention.
Si nota la significativa diminuzione della temperatura nel caso della curva D, in accordo alla presente invenzione. The significant decrease in temperature is noted in the case of curve D, in accordance with the present invention.
Come si vede la vernice a base di grafite, in accordo alla presente invenzione, ha ottime prestazioni, ma qualsiasi vernice intumescente può essere utilizzata. As can be seen, the graphite-based paint, according to the present invention, has excellent performances, but any intumescent paint can be used.
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