CN1046174A - 膨胀阻燃涂料 - Google Patents

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Abstract

一种供特殊应用的阻燃涂料，它包含液体膨胀基料和分散或悬浮于其中的各种尺寸的耐火纤维。液体膨胀料包括发泡剂、生气剂气源、炭化剂、成膜粘合剂、溶剂，以及(在某些情况时还有)颜料或填料。耐火纤维由氧化铝、、二氧化硅、以及一种或多种其他金属氧化物组成。

Description

本发明涉及一种阻燃组合物，该组合物包含液体的膨胀基料和分散在其中的耐火纤维料，它可用作各种基材的保护涂层。
人们知道膨胀材料已有多年，据称一些已达到能在高达约2000°F的温度下提供耐热保护的程度。然而，在包括住宅、办公室和工业应用等许多场合，此种程度的耐热保护是不够高的。
因此，本发明的目的在于提供一种在至少高达4000°F的持续温度下有效的改进型阻燃涂料，它可用于许多不同的用途以保护各种类型的基材。
本发明的另一个目的是提供一种改进型阻燃涂料，此种涂料具有液体的稠度并包括一种由膨胀材料和分散于其中的耐火纤维料构成的新组合物，而在组合物中纤维的尺寸可以变化以使组合物的稠度从可喷涂的液体到体抹刀涂复的粘稠液体之间改变。
本发明提供一种阻燃涂料，它包括液体膨胀材料和分散或悬浮于其中的，适应特定应用的各种尺寸的耐火纤维。液体膨胀材料包括发泡剂、生气剂气源、炭化剂、成膜粘合剂、溶剂和在某些情况下还有颜料或填料。耐火纤维由氧化铝、二氧化硅和一种或多种其他金属氧化物组成。
在某些应用中，例如要被涂敷的为住宅或建筑框架时，使用大量长度为1/32″-1″的短耐火纤维。在其它应用中，例如商业和工业应用中，使用大量长度为1″-4″的较长的耐火纤维，以提供较粘稠的涂料稠度，在某些情况下，可以用抹刀来敷施这种涂料。在诸如内饰面和织物等应用中，使用磨碎了的纤维以提供具有这样一种稠度的涂料，该涂料可通过涂刷或喷涂来涂复并提供精细或光滑的漆面;反之，较大尺寸的大量纤维提供稍粗糙的漆面或涂层。照这样，取决于要被本发明的阻燃涂料所保护的基材，而使用不同尺寸的大量纤维。
本发明提供在至少高达4000°F的持续温度下的优良的耐热保护。
根据目前优选实施方案的详细说明和附图，将清楚地了解本发明的另外一些目的、特征和优点。在附图中：
图1为本发明的阻燃涂料被涂到基材上的图示说明;
图2为受热初期该阻燃涂料发生变化情况的图示说明;
图3为长时期受热后该阻燃涂料发生变化的图示说明。
在本发明的优选实施方案中，液体膨胀基料的组成如下：
化合物        范围（按重量计）
发泡剂，如磷酸二氢铵、磷        10%-40%
酸氢二铵、多磷酸铵、三聚
磷酸钾，或它们的混合物
（粉状或颗粒形式）
炭化剂，如二（聚）季戊四醇
（DPE）、多羟基化合物、氯化        4%-35%
石蜡、或它们的混合物（颗粒）
生气剂气源，如蜜胺树脂、
尿素、双氰胺或它们的混合物        5%-35%
成膜粘合剂，如聚醋酸乙烯
酯、丙烯酸树脂、乙烯基丙
烯酸树脂、硅氧烷树脂、环        1%-50%
氧树脂、聚氨酯、或它们的
混合物
溶剂，例如水、醇、石脑油、
芳烃、或它们的混合物，其        10%-60%
作用为形成液体稠度
颜料，如TiO2、ZnO、硅酸盐、
碳黑、灯黑、酞菁蓝或绿、        0%-40%
填料，如CaCO、重晶石、或
它们的混合物
本发明的优选实施方案中，耐火材料或陶瓷纤维料是由下列化合物制成的纤维组成的：
化合物        范围（按重量计）
三氧化二铝（Al2O3） 40%-55%
二氧化硅（SiO2） 40%-55%
三氧化二铁（Fe2O3） 0.02%-0.1%
二氧化钛（TiO2） 0.01%-0.1%
氧化钾（K2O） 0.01%-0.1%
氧化钠（Na2O） 0.1%-0.3%
氧化锆（ZrO2） 0.1%-0.3%
除了上述化合物外，在本发明中还可使用以下的化合物：一种或多种金属的氧化物，例如硼、铍、铪、镁、钙、锶、钡、钪、钇、镧、铯、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、钴、镍、铜、锌、铅、钍、等等。作为上述氧化物的例证的是BeO、MgO、Cao、Sro、BaO、SiO3、Y2O3、LanO2、V2O3、Na2O3、Ta2O3、CrO2、HfO2、MoO2、WO2、FeO2Co2O3、Ni2O2、CuO、ZnO和CdO。可能与一种或多种上述氧化物一起存在的其他氧化物说明性的为B2O3和P2O5。
在优选实施方案中，耐火纤维料至少是由三氧化二铝和二氧化硅以及一种或多种上面列出的化合物组成的。
视所用的耐火纤维料的不同，本发明的组合物具有许多不同的应用与用途。
举例来说，当耐火纤维料是由磨碎纤维或小颗粒组成，此时大部分直径为2-10微米、大部分长度为2-35微米，本发明的组合物产生光滑的漆面并最适用于涂刷或喷涂电梯内壁、住宅、办公建筑和运输工具如公共汽车、飞机、火车和小汽车，等等。为了装饰目的任何想要色彩的颜料均可被添加。此外，由磨碎纤维组成的组合物可应用于如供卧榻、座席、帘子、地毯、床垫、家具和服装等用途的所有类型的织物。
在另一个优选的实施方案中，当耐火纤维料是由大部分直径为1/32″-1/2″、大部分长度为1/32″-1″的短纤维组成时，本发明的组合物最适于在框架被闭合之前被喷涂到居所结构物的框架上，如尺寸2×4′的框架等。此外，它还可以用于各种交通工具的防火壁上。
在又一个实施方案中，当耐火纤维料是由大部分直径为1/4″-1/2″、大部分长度为1″-4″的长纤维（在某些情况下甚至为更长的纤维）所组成时，本发明的组合物最适于工业和商业应用，例如结构梁柱、地板、天花板、电梯升降井、管子、电缆、管道、隔火门、楼梯井、通道、锅炉房、电气柜、电气仪表板，等等。
在本发明中，耐火纤维料和膨胀基料的组合物可被用作在持续温度至少高达4000°F时的有效阻燃材料。本发明的阻燃组合物中纤维含量的优选范围为：就每加仑的膨胀基料而言，要被包含的纤维（包括磨碎纤维、短纤维和/或长纤维）量为1-80盎司。在本发明的优选实施方案中，纤维含量范围为：每加仑膨胀基料含6-20盎司纤维。如这里所说明的，每加仑膨胀基料含16盎司纤维的组合物是最适于多种用途的。
以下实施例介绍如何实施本发明：
实施例1
使用空气喷射器将1加仑的本发明的膨胀基料与8盎司磨碎纤维和8盎司短的多股纤维（大部分长度为1/4″-1/2″）相混合。将此组合物作为涂料涂施到大4″×12″×0.060″的铝试样上。该组合物仅被涂施在铝试样一面的一半面积上，其厚度为0.250″。用火焰温度约为2600°F的丙烷炬对涂复有组合物的铝试样表面烧烤一小时。组合物膨胀并被炭化。在试验结束后，刮去炭化的组合物并察看铝试样。铝的二个表面未受火焰影响，并且热未被扩散到铝试样的未涂复区。
实施例Ⅱ
使用空气喷射器将1加仑的本发明的膨胀基料与16盎司的磨碎纤维相混合。将此组合物涂施到铝试样上并以实施例1中所述的相同方式进行试验，达到如实施例1中所述的相同结果。
实施例Ⅲ
使用空气喷射器将1加仑的本发明的膨胀基料与16盎司的短纤维（大部分长度为1/4″-1/2″）相混合。此组合物被涂施到铝试样上并按实施例1所述的相同方式进行试验，达到如实施例1中所述的相同结果。
实施例Ⅳ
使用空气喷射器将1加仑的本发明的膨胀基料与16盎司的长纤维（大部分长度为1″-4″）相混合。将此组合物涂施到铝试样上并按实施例1所述的相同方式进行试验，达到如实施例1中所述的相同结果。
实施例Ⅴ
使用空气喷射器将1加仑的本发明的膨胀基料与8盎司的短纤维（大部分长度为1/4″-1/2″）和8盎司的长纤维（大部分长度为1″-4″）相混合。将此组合物涂施到铝试样上并以实施例1中所述的相同方式进行试验，达到如实施例1中所述的相同结果。
实施例Ⅵ
使用空气喷射器将1加仑的本发明的膨胀基料与8盎司的磨碎纤维和8盎司的长纤维（大部分为1″-4″长度）相混合。将此组合物涂施到铝试样上并按实施1中所述的相同方式进行试验，达到如实施例1中所述的相同结果。
实施例Ⅶ
使用空气喷射器将1加仑的本发明的膨胀基料与8盎司的磨碎纤维和6盎司的短纤维（大部分长度为1/4″-1/2″）以及6盎司的长纤维（大部分长度为1″-4″）相混合。将此组合物涂施到铝试样上并按实施例1中所述的相同方式进行试验，达到如实施例1中所述的相同结果。
图1说明本发明的组合物10被涂施到基材12（例如木材、铝、钢、织物，或在此提到的任何其他用途）上时是如何起作用的。组合物10包括：大量耐火纤维14，如本发明中所述的那样，它被分散或混合于如本发明中所述的膨胀基料16中。
图2说明当热开始对膨胀基料的外层16a起作用和热传到膨胀基料的内层16b前时所发生的情况。在此加热作用开始阶段中，内层16b未受影响，但外层16a由于形成气泡16c的结果而膨胀和扩张。这些气泡16c构成保护基材12的外部屏障。
图3说明当热积累和传到内层16b时所发生的情况。由于在内层16b中形成气泡16d的结果，内层16b开始膨胀和扩张。这些气泡16d组成保护基材12的内部屏障。
随着持续地对组合物10加热，气泡16c和16d的数目和尺寸均有增加直至气泡与纤维14相接触。然后纤维14妨碍气泡16c和16d的尺寸继续增大，并由此对它们的大小起限制或控制作用。因此，在本发明中，形成或较多和较小的气泡或气室，相比之下，现有技术的膨胀材料在增加所形成气室的尺寸方面通常是没有限制的。因此，按照现有技术气室最终变得如此之大以致使它们破裂或爆发。这种爆发影响膨胀材料的效能。上述情况在本发明中并未发生，因为纤维14限制了内、外气室16c和16d的尺寸，由此防止它们的爆发，结果使组合物10能为基材12提供一个更有效的阻燃屏障。
一般说来，本发明的涂料组合物可被涂施到任何基材上，并且当被加热到温度处于1200°F-4000°F之间和更高时，涂层将会膨胀到涂施该涂层初始厚度的约5-12倍而对被保护基材提供优良的绝热屏障。
改进、变换和替代的范围被指定在上述公开内容中，并且在某些情况下只使用本发明的某些特征而无须相应地使用其他特征。因此，对权利要求书加以概括地并在某种意义上与本发明的精神和范围相一致地解释都是恰当的。

Claims (46)

1、一种阻燃涂料，它包含：
a)一种含有发泡剂、生气剂、炭化剂、成膜粘合剂，以及溶剂的液体膨胀基料；
b)分散在所说的膨胀基料中的耐火纤维料；
c)所说的耐火纤维料是由40%-55%重量的氧化铝(Al2O3)、40%-55%重量的二氧化硅(SiO2)，以及一种或多种选自氧化铁(Fe2O3)、二氧化钛(TiO2)、氧化钾(K2O)、氧化钠(Na2O)、和氧化锆(ZrO2)中的化合物组成的，所说化合物的重量为0.1%-5.0%；
d)所说的耐火纤维料至少含有大部分长度为1/32″-1″的短纤维；
e)所说的阻燃涂料用于涂覆住宅和建筑物框架等等，以赋予它们高的阻燃性。
2、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的发泡剂为磷酸铵或多磷酸铵。
3、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的生气剂为蜜胺或尿素。
4、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的炭化剂为二（聚）季戊四醇（DPE）或多羟基化合物。
5、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的膨胀基料包括二氧化钛（TiO2）、一种磷酸铵化合物，蜜胺树脂，DPE，和乙酸乙烯酯或丙烯酸树脂。
6、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化铁，以及二氧化钛组成的。
7、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化钾，以及氧化钠组成的。
8、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化铁，以及氧化锆组成的。
9、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、二氧化钛，以及氧化锆组成的。
10、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料进一步包括磨碎的纤维。
11、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料进一步包括磨碎的纤维和大部分长度为1″-4″的长纤维。
12、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是在每加仑膨胀基料含6-20盎司的范围内。
13、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是在每加仑膨胀基料含1-80盎司的范围内。
14、根据权利要求1的阻燃涂料，其中每加仑膨胀基料含有16盎司的所说的耐火纤维料。
15、一种阻燃涂料，包含：
a）一种含有发泡剂、生气剂、炭化剂、成膜粘合剂，以及溶剂的液体膨胀基料。
b）分散在所说的膨胀基料中的耐火纤维料;
c）所说的耐火纤维料是由40%-55%重量的氧化铝（Al2O3）、40%-55%重量的二氧化硅（SiO2），以及一种或多种选自氧化铁（Fe2O3）、二氧化钛（TiO2）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）、和氧化锆（ZrO2）中的化合物组成的，所说的化合物的重量为0.1%-5.0%;
d）所说的耐火纤维料至少含有大部分长度至少为1″的长纤维;
e）所说的阻燃涂料特别用于涂复工业和商业结构物等等，赋予它们以高的阻燃性。
16、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的发泡剂为磷酸铵或多磷酸铵。
17、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的生气剂为蜜胺或尿素。
18、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的炭化剂为二（聚）季戊四醇（DPE）或多羟基化合物。
19、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的膨胀基料包括二氧化钛（TiO2），一种磷酸铵化合物，蜜胺树脂，DPE，以及乙酸乙烯酯或丙烯酸树脂。
20、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅，氧化铁，以及二氧化钛组成的。
21、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化钾，以及氧化钠组成的。
22、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化铁，以及氧化锆组成的。
23、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、二氧化钛，以及氧化锆组成的。
24、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料进一步包括磨碎了的纤维。
25、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料进一步包括磨碎了的纤维和大部分长度为1/32″-1″的短纤维。
26、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料的含量范围为每加仑膨胀基料6-20盎司。
27、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料的含量范围为每加仑膨胀基料1-80盎司。
28、根据权利要求15的阻燃涂料，其中每加仑膨胀基料含有16盎司的所说的耐火纤维料。
29、一种阻燃涂料，包含：
a）一种含有发泡剂、生气剂、炭化剂、成膜粘合剂，以及溶剂的液体膨胀基料;
b）分散在所说的膨胀基料中的耐火纤维料;
c）所说的耐火纤维料是由40%-55%重量的氧化铝（Al2O3）、40%-55%重量的二氧化硅（SiO2），以及一种或多种选自氧化铁（Fe2O3）、二氧化钛（TiO2）、氧化钾（K2O）、氧化钠（Na2O）、和氧化锆（ZrO2）中的化合物组成的，所说化合物的重量为0.1-5.0%。
d）所说的耐火纤维料至少含有大部分长度为2-35微米的磨碎了的纤维。
e）所说的阻燃涂料用于涂复住宅、建筑物、交通工具、电梯等等的内饰面，以及织物、赋予它们以高的阻燃性。
30、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的发泡剂为磷酸铵或多磷酸铵。
31、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的生气剂为蜜胺或尿素。
32、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的炭化剂为二（聚）季戊四醇（DPE）或多羟基化合物。
33、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的膨胀基料包括二氧化钛（TiO2）、一种磷酸铵化合物、蜜胺树脂、DPE，以及乙酸乙烯酯或丙烯酸树脂。
34、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化铁、以及二氧化钛组成的。
35、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化钾、以及氧化钠组成的。
36、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、氧化铁、以及氧化锆组成的。
37、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料是由氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、以及氧化锆组成的。
38、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料包括大部分长度为1/32″-1″的短纤维。
39、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料包括大部分长度为1/32″-1″的短纤维和大部分长度为1″-4″的长纤维。
40、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料的含量范围为每加仑膨胀基料6-20盎司。
41、根据权利要求29阻燃涂料，其中所说的耐火纤维料的含量范围为每加仑膨胀基料1-80盎司。
42、根据权利要求29的阻燃涂料，其中每加仑膨胀基料含有16盎司的所说的耐火纤维料。
43、根据权利要求1的阻燃涂料，其中所说的短纤维的大部分直径为1/32″-1/2″。
44、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的长纤维的大部分直径为1/4″-1/2″。
45、根据权利要求15的阻燃涂料，其中所说的长纤维的大部分长度为1″-4″。
46、根据权利要求29的阻燃涂料，其中所说的磨碎了的纤维具有大部分至少为2微米的直径。
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