CN1215133C - 含水膨胀涂料组合物及应用 - Google Patents

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Abstract

公开一种含水膨胀涂料组合物和用其生产的防火材料。该含水膨胀涂料组合物，包括10-30%重的选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物中的至少一种载体、5-15%的炭化材料、15-35%重的用催化剂进行过表面处理的多磷酸铵、5-15%重的发泡剂、2-10%重的矿物纤维作为绝缘材料、2-10%重的染色材料和2-6%重的一种添加剂。可生产这种具有优良的防火及防水性能而不含任何有害卤素成分的膨胀材料。

Description

含水膨胀涂料组合物及应用
技术领域
本发明涉及一种含水膨胀涂料组合物及用它生产的防火材料。
本发明涂在底物上的涂料组合物具有优良的防水性、耐用性及耐化学性。此外当所得防火材料置于火焰中时，该材料膨胀干膜原厚度的约50至150倍，再形成一种绝缘层，阻止底物燃烧。通过防火涂层材料的相继热分解反应和由于温升而产生不燃烧气体，产生了这种现象。
背景技术
一般，钢铁制品是不可燃的，但其防火性能差，着火使该制品温度上升，使钢铁制品的容积、内部温度梯度以及拉伸强度、压缩强度和屈服极限发生变化。最终使由这些制品所构成的建筑遭到破坏。因此，应当根据建筑的结构、容积及应用，在建筑所用钢铁制品上涂上一层防火组合物。
可列举的传统防火涂料组合物有两类。一类是无机喷雾型涂料组合物，可通过将无机粘结剂、矿物纤维、蛭石等强制混合一起的方法获得；另一类为有机膨胀防火涂料，它包括作为载体的有机树脂。
无机喷雾型涂料组合物有些缺陷，干涂层膜的密度不够密实，因而使用寿命及耐风蚀性差。尤其，甚至在弱外力如震动的冲击下，都会使涂层变质，从而降低了涂层组合物的功效。而且，由于变质涂层的污染也会诱发对人体的不宜损害。由于这种致命损害，应当对这种无机组合物的实用范围加以限制。
有机膨胀防火涂料组合物会引起严重的环境污染问题。当这种有机组合物用于封闭空间或通风条件恶劣的场所，会聚集大量挥发性溶剂，引起失火。此外，这种挥发性溶剂对工人也是有害的。
因此，需要用包括大部为水而非有机组合物的含水防火涂料组合物，来替代包括大量有机溶剂并会引起上述恶化工作环境及造成环境污染严重问题的有机涂料组合物。当今，由于对挥发性有机化合物的日益强烈和严格控制，对有关含水涂料组合物的研究，正在加紧进行。
考虑到上述要求，本发明人已经发明了一种膨胀防火涂料组合物，采用的是一种含水树脂和利用膨胀理论的一种陶瓷或多孔硅酸盐颜料，于1996年7月22日提交，包括该技术的申请，其韩国专利申请号为：KR 96-29553，并于1998年12月22日颁布，专利号KR182662。
直至当今，对于所研究及报告的含水防火涂料组合物，大多数上述问题都可克服。但是，与有机防火组合物相比，含水涂料组合物的耐水性较差。另外，当涂敷含水涂料组合物的底物暴露于火焰中时，发泡和膨胀的特殊绝缘层由于火焰的快速包围易于分离和丧失。这就降低了涂敷材料的耐火特性。在上述引证的专利申请中，含水涂料组合物的耐水性也是不够的。
发明内容
由于上述在常规含水涂料组合物中发现的问题，本发明目的在于，提供一种含水膨胀涂料组合物，具有比有机防火涂料组合物更优异的耐水性，失火时由于不含卤素的化合物而不释放对人类有害的气体，并由于形成一种泡沫热绝缘层，直接保护了该底物免受着火，其防火特性可保持比常规含水防火涂料组合物的更为长久。本发明涂料组合物所形成的绝热层紧密，足以提供等于或优于常规涂料组合物的性能。可以克服在快速扩散的失火中发泡绝热层损失的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种用上述涂料组合物生产的防火材料。
为实现本发明上述目的，这里提供一种含水膨胀涂料组合物，包括按涂料组合物总重量百分数计的约10-30％的至少一种选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物的载体、约5-15％重的一种炭化材料、约15-35％重的用一种催化剂进行表面处理后的多磷酸铵、约5-15％重的一种发泡剂、约2-10％重的一种包括矿物纤维的绝缘材料、约2-10％重的一种染色材料和约2-6％重的添加剂。
特别是，该载体是单独的含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物，或含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物与含水乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物或含水醋酸乙烯酯-丙烯酸脂共聚物的混合物。
此外，该炭化材料是至少一种选自山梨糖醇、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、羟甲基蜜胺、间苯二酚和亚麻籽油的化合物。
另外，发泡剂是选自至少为蜜胺、胍、尿素、甘油、双氰胺、中和磷酸脂、邻二苯甲酸二辛脂、壬二酸氢脂、邻苯二甲酸二异苯基脂中的一种。
本发明另一目的，可通过一种涂敷含水膨胀防火涂料组合物获得的膨胀防火材料而实现，按涂料组合物总重量百分数计，该含水膨胀防火涂料组合物包括，约10-30％的至少一种选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物的载体、约5-15％重的一种炭化材料、约15-35％重的用催化剂进行表面处理后的多磷酸铵、约5-15％重的一种发泡剂、约2-10％重的一种包括矿物纤维的绝缘材料、约2-10％重的一种染色材料和约2-6％重的一种添加剂，在加热时该防火材料形成膨胀绝热层。
优选地是，该涂料组合物涂敷在钢底物上，形成厚约0.8-1.4mm的干涂层。
发明详述
对按照本发明的膨胀涂料组合物及防火材料实施例的详细说明于下：
本发明涂料组合物包括约10-30％重的一种含水树脂，该含水树脂是一种构成涂层的主要树脂，是至少选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物中的一种，约5-15％重的一种炭化材料、约15-35％重的用催化剂进行表面处理后的多磷酸铵、约5-15％重的一种发泡剂、约2-10％重的一种矿物纤维作为绝缘颜料、约2-10％重的一种染色材料和约2-6％重的一种添加剂。
本发明膨胀防火材料是通过涂敷该含水膨胀防火涂料组合物而获得的，包括约10-30％重的一种含水树脂作为载体，它是至少选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物中的一种，约5-15％的一种炭化材料，约15-35％重的用催化剂进行表面处理后的多磷酸铵，约5-15％重的一种发泡剂，约2-10％重的包括矿物纤维的一种绝缘材料，约2-10％重的一种染色材料和2-6％重的一种添加剂。通过涂敷该材料，然后加热，所得防火材料可以产生绝热膨胀层。
至于作为载体所用树脂，可以使用含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物中的一种树脂或其混合物。这些共聚物树脂的玻璃转变温度在-50至50℃的范围。当使用含水树脂的数量低于10％重的总涂料组合物重量时，则不能得到连续的涂层膜。当含水树脂组合物用量超过30％重时，膨胀效应会下降。因此，含水树脂的用量在涂料组合物重量10-30％重的范围。
更优选地是，采用由含水醋酸乙烯酯与硅烷共聚得到的醋酸乙烯酯-硅烷共聚物或醋酸乙烯酯-硅烷共聚物与其它树脂的混合物作为主要树脂，用于改善防水性。
至于炭化材料，可以采用山梨糖醇、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、羟甲基蜜胺、间苯二酚和亚麻籽油等。该炭化材料通过着火而炭化，形成一种不燃陶瓷碳酸盐层。如果炭化材料数量低于该组合物总量的5％重，则炭化材料与催化剂组分进行的化学反应进行不充分。如果炭化材料数量超过该组合物总量的15％重，则膨胀效应显著下降。因此，炭化材料优选的数量为该组合物重的5-15％重的范围。
该组合物的构成组分之一，即改善化学反应的催化剂，与该炭化材料进行反应，形成聚合物层。至于适宜的组分，可以列举的有：无机酸、多磷酸铵、磷酸胺/磷酸酰胺、硫酸胺、磷酸蜜胺、磷酸二蜜胺、多磷酸蜜胺、磷酸三(甲苯酯)等。在本发明中，由于催化剂，具有良好的组合物防水性的表面处理后多磷酸铵，受热分解，形成不燃气体和酸类，并与炭化材料发生反应，生成聚合物，可单独使用或使用含有它的混合物。
多磷酸铵的表面处理，采用环氧树脂或蜜胺树脂进行。表面处理后的多磷酸铵水溶解度小于0.5％重，而且由此基于重复单元连接数的链长度在1000以上。此化合物中磷含量这25％重以上。
如果催化剂的数量在组合物总重量15％重以下，该炭化材料与催化剂进行化学反应所得到的产物数量不足。如果催化剂的数量在35％重以上，膨胀效应显著下降。因此，催化剂的数量在组合物重量的15-35％重的范围。
在该组合物的主成分中，发泡剂直接产生大量气体，使聚合物层发生膨胀。至于发泡剂，可以使用蜜胺、胍、尿素、甘油、双氰胺、中和磷酸脂、邻苯二甲酸二辛脂，壬二酸氢脂、邻苯二甲酸二苯基脂聚合物等。如果发泡剂用量在组合物总重量5％重以下，生成气的压力会变得过低，聚合物层的膨胀程度将不够。如果发泡剂数量超过15％重，生成气的压力会变得过高，并会使聚合物层破裂，因此，优选的发泡剂量是在该组合物重量的5-15％重的范围。
对于用于改善涂层本体粘结作用和获得陶瓷层中的发泡效应的特定防火陶瓷颜料，可以采用陶瓷颜料、多孔氧化硅基颜料、矿物纤维、玻璃丝、金属氧化物及海泡石等。如果特定陶瓷颜料含量在该组合物总重量的2％以下，特定的防火效应不充分。如果该数量超过10％重，则膨胀效应显著下降，因此，优选的特定防火颜料的数量在该组合物总重量的2-10％重的范围。
更优选地是，可以采用直径约5μm、长约300-1000μm的矿物纤维或该特定防火陶瓷材料和矿物纤维的混合物。这些材料改善了膨胀材料的耐冲击性能。而且在着火时这些颜料在碳酸盐层中以纤维形式存在，形成硬质膨胀绝缘层，从而可防止着火时该膨胀绝缘层消失。用本发明的含水防火材料，这个在常规含水防火材料中的缺陷可以得到解决，而且防火特征也可显著改善。
至于涂料组合物中的添加剂，按一般含水涂料组合物所须的该涂料组合物的总重量计，可用2-10％重的染色材料。如果染色材料数量在2％重以下，染色度不够。如果数量超过10％重，则膨胀效应大大下降。因此，染色材料的数量优选在该组合物的重的2-10％的范围。此外，少量的筛分颜料、表面平整材料、分散材料、消泡材料、增塑剂、稳定剂、粘度增加材料等均可包括在本发明的涂料组合物中。为达到涂料组合物的适宜形态和涂敷特征，添加剂的数量优选在该组合物总重量的2-6％的范围。
本发明的膨胀防火涂料，可通过涂敷含水膨胀防火涂料组合物的方法获得，包括约10至30％重含水树脂作为载体，该载体选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸脂共聚物中至少一种，约5-15％重的炭化材料，约15-35％重的用催化剂进行表面处理后的多磷酸铵，约5-15％重的发泡剂，约2-10％重的包括矿物纤维的绝缘材料，约2-10％重的染色材料和2-6％重的添加剂。该涂料经加热可形成一种膨胀绝缘层。
将这种涂料组合物涂敷在以钢为主的结构上，形成厚度0.8-1.4mm的干涂料层时，即可获得防火及防水性。
具体实施方式
通过对比下述实施例及对照例，将详细对该涂层的物理及防火特性加以说明。但应当明白，本发明并非限于这些实施例的，其中％和份数均分别表示％重和重量份数。
实施例1
取24.5份水、1.2份分散材料X-100(Triton X-100，牌号名称，联合碳化物公司)、3.7份乙二醇作为防冻材料和0.3份消泡剂HDW(弘山化学公司，商品牌号，韩国)作为消泡剂，加以混合及搅拌，直至成为均质的。在低速搅拌时，向此混合物中加入20.7份的表面用蜜胺树脂处理后的多磷酸铵、8.1份二季戊四醇、9.5份蜜胺、5.7份二氧化钛(TiO2)作为染色材料和3.7份矿物纤维作为特定防火颜料，再高速搅拌该所得混合物。然后向所得反应物中加入0.1份skycide PG-520(SK工业公司，牌号名，韩国)和22.1份醋酸乙烯酯-丙烯酸脂树脂，低速搅拌所得的混合物，直至反应物变得均匀。然后，加入0.4份稠化剂，使所得的产物粘度调节至100-120KU。得到含水膨胀防火涂料组合物。
实施例2
按照实施例所述同样方法，制得一种含水膨胀涂料组合物，不同的是采用22.3份蜜胺多磷酸脂、4.8份中和磷酸脂树脂、6.5份蜜胺和18.7份醋酸乙烯酯-硅烷树脂替代20.7份的多磷酸铵、9.5份蜜胺22.1醋酸乙烯酯-丙烯酸脂树脂。
实施例3
按照实施例所述的方法制得一种含水膨胀涂料组合物，但不同的是，采用13.7份季戊四醇、3.4份二氧化钛(TiO2)、2.2份多孔陶瓷颜料作为特定防火颜料、1.6份矿物纤维和18.7份的醋酸乙烯酯-硅烷树脂替代8.1份的二季戊四醇、5.7份的二氧化钛(TiO2)作为染色材料，3.7份矿物纤维作为特定防火颜料和22.1醋酸乙烯酯-丙烯酸脂树脂。
对照例1
按照韩国专利182662披露的方法，1998年12月22日为申请人所提出及颁布，得到一种含水膨胀涂料组合物。尤其是，按照实施例1所述方法制得含水膨胀防火涂料组合物，但不同的是采用20.7份表面处理后的多磷酸铵、3.7份氧化硅#325(商品牌号，Kyungin Chemicals昆井化学公司生产，韩国)，它属于一般含硅灰泥土，作为一种特定防火颜料，替代20.7份的用蜜胺树脂进行表面处理后的多磷酸铵和3.7份矿物纤维作为特定的防火颜料。
对照例2
按照韩国专利182662披露的方法，1998年12月22日为申请人所提出及颁布，得到一种含水膨胀涂料组合物。尤其是，按照实施例2所述方法制得该含水膨胀防火涂料组合物，但不同的是采用18.7份醋酸乙烯酯树脂及3.7份多孔陶瓷颜料，替代18.7份的醋酸乙烯酯-硅烷树脂和3.7份矿物纤维作为特定的防火颜料。
将由实施例1-3和对照例1及2所获得的组合物分别涂敷于底物上，达到涂层膜厚度0.8-1.4mm。对该含水膨胀防火涂料组合物的检测，该干涂层膜的防水性及防火特性列于表1及2之中。
                                             表1
实施例1 实施例2 实施例3 对照例2)1 对照例2
防水(小时)   168   192   240   96   72  25℃下水中浸泡试验
防火温度，℃，时间：15分钟之后30分钟之后45分钟之后60分钟之后 242332403487 239331395474 260355420504 253357483552 255358452535  加热条件1)
1)按照表2所示时间的温度变化；
2)指对照实施例
                                                                   表2
  时间(分)     5     10     20     30     40     50     60     120     180     240
  加热温度(℃)     540     705     795     840     880     905     925     1010     1050     1095
如表1所示，本发明的含水膨胀防火涂料组合物具有各种优点如下：
首先，本发明的涂料组合物的防水性比常规含水膨胀防火涂料组合物的防水性好很多。尤其是，当采用醋酸乙烯酯酯-硅烷共聚物作为主树脂和用催化剂进行表面处理后的多磷酸铵形成涂层时，可以达到显著效果。
第二，由于在本发明的涂料组合物中不包括卤素化合物，失火时该防火材料不释放对人类有害的气体。
第三，由于各组分的混合比是经过最佳化的，该膨胀效应非常好。由于本发明使用了矿物纤维和特定的防火颜料，失火对，可形成坚硬发泡隔热层。因此，本发明的组合物具有比常规组合物更好的防火特性，
在参照所附实施方案对本发明进行详细说明时，可以采用各种改选、另外的结构和等同内容，而不会偏离本发明的实质和范围。

Claims (6)

1、一种含水膨胀涂料组合物，按所述涂料组合物总重量百分数计，包括10-30％重的选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物中的至少一种的载体、5-15％重的一种炭化材料、15-35％重的一种用催化剂进行过表面处理的多磷酸铵、5-15％重的一种发泡剂、2-10％重的一种包括矿物纤维的绝缘材料、2-10％重的一种染色材料和2-6％重的一种添加剂。
2、按照权利要求1的一种含水膨胀涂料组合物，其中所述载体是单独的所述含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物，或一种所述含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物与所述含水乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、所述含水丙烯酸丁脂共聚物或所述含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物的混合物。
3、按照权利要求1的一种含水膨胀涂料组合物，其中所述炭化材料是选自山梨糖醇、季戊四醇、二季戊四醇、三季戊四醇、羟甲基蜜胺、间苯二酚和亚麻籽油中的至少一种化合物。
4、按照权利要求1的一种含水膨胀涂料组合物，其中所述发泡剂是选自蜜胺、胍、尿素、甘油、双氰胺、中和磷酸脂、邻苯二甲酸二辛脂，壬二酸氢脂及邻苯二甲酸二苯基脂中的至少一种。
5、权利要求1-4记载的含水膨胀防火涂料组合物在生产膨胀防火材料中的应用，其中所述膨胀防火材料，按所述涂料组合物总重量百分数计，包括10-30％重的选自含水醋酸乙烯酯-硅烷共聚物、含水乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、含水丙烯酸丁脂共聚物及含水醋酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物中的至少一种的载体、5-15％重的一种炭化材料、15-35％重的一种用催化剂进行过表面处理的多磷酸铵、5-15％重的一种发泡剂、2-10％重的一种包括矿物纤维的绝缘材料、2-10％重的一种染色材料和2-6％重的一种添加剂，所述防火材料经加热形成一种膨胀绝缘层。
6、按照权利要求5的应用，其中将所述涂料组合物涂敷在钢底物上形成一层干涂料膜，其厚度0.8-1.4mm。
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