CN86104176A - 弹性无机泡沫材料 - Google Patents

Abstract

一种由混合物生产耐火泡沫产品的方法。此混合物的第一组分主要由无机纤维、弹性化合物、悬浮剂、能与无机酸作用并放出气体的物质和液态溶剂组成，第二组分主要由无机酸组成。第一组分和第二组分的比为2∶1至5∶1。

Description

本发明涉及耐热材料及其产品，特别是泡沫绝缘耐火材料和生产这些耐火材料的方法。

典型的耐火泡沫材料产品的生产，是用机械方法把气体（如空气）导入予先混合好的耐火材料浆液中，或者加入一种或多种化合物，混合时能起化学反应，产生气体使之发泡。

在电缆或导线管道通过墙壁或设备隔板时，常用某种密封形式来保护电缆线路，特别是防止火灾漫延。

一段时间以来，这样的电缆封、导线管道等需要用廉价的防火材料，应具有热导率低、耐高温、有弹性和其它希望有的性质。

这种材料能用于商业、工业及各种实际应用上。

目前常用聚硅氧烷泡沫材料来封闭。然而，聚硅氧烷泡沫材料有种种缺陷。聚硅氧烷是100%的有机物，因此，在着火时可被烧掉。为了得到足够的防护，必须在可能着火处和需要防护处之间有很厚的聚硅氧泡沫层。由于聚硅氧泡沫材料成本高，因而不希望用这么厚的隔离层。此外，现在聚硅氧烷泡沫材料难于使用，并且散发出不愉快的气味。无机泡沫绝缘耐火材料在这类应用方面是令人感兴趣的，因为它们便宜，而且在着火时不会烧掉，但是它们通常缺乏有机材料的弹性。

在本领域中也有各种无机泡沫绝缘耐火材料。

美国专利№3，148，996（Vukasovich等）公开了硅灰石（Wollastonite），磷酸铝溶液和Momsanto公司生产的Alkophos-CE的复合材料。先把它们混合，然后放置约5分钟。部分凝结后，加入碳酸钙粉末。放出的二氧化碳气体起发泡作用，并在大约十分钟之内，材料变硬，但所得的材料是没有弹性的。

美国专利№3，223，537（Weigert等）指出将25%至31%矾土（alumina）、30%～40%三水合矾土（alumina    trihydrate）、0.01%～0.1%铝粉和8%～14%水混合形成浆液，然后将它与磷酸反应，也得到了一种无弹性的泡沫材料。

美国专利№3，625，723（Sicka）揭示一种含有煤灰（fly    ash）和磷酸的泡沫陶瓷，其中用硅灰石作为填料。得到一种无弹性的比较致密的产品，每立方英尺25～45磅。

美国专利№4，425，291（Beer等）公开了将硅酸钠溶液、无机填料、润湿剂、硬化剂和天然胶乳浆分散体混合。通入惰性气体以机械方法使此混合物发泡。添加天然胶乳浆分散体是为了提高尺寸的稳定性（dimensional    stability）、机械强度和防火性能。因为必须先形成泡沫，所以机械作用几乎不能使这种泡沫材料进入如电缆穿过墙壁这样的地区。这种材料一旦发泡，就很难用外力来迫使它完全充满狭窄地区而不破坏泡沫。

本发明使用独特的复合泡沫，使材料有弹性和抗震性，另外还有陶瓷材料的耐火性。本发明包括一双组分的发泡体系，使有可能用泵将此材料注入电缆、管道通过的地区或其它任何空隙，使材料就地发泡达到完全封闭的目的。这种新材料经空气干燥没有明显的收缩，而是变得具有弹性了。这种弹性是很重要的，因为这种耐火泡沫产品必须能经受得住电缆和管道产生的震动和弯曲，同时由于它不收缩，保证了良好的密封。

本发明以经济厚度经美国材料标准试验E119（ASTM    E119）进行试验，可提供1小时防火保护，保持结构完整。

按照本发明由混合物生产一种耐火泡沫产品，此混合物的第一组分主要由0%～35%的矿物纤维、0%～50%的弹性化合物、0%～0.3%的悬浮剂、0%～20%的与无机酸反应能放出气体的物质和45%～55%的水组成，均为重量百分;第二组分主要由无机酸组成。第一组分与第二组分之比为2∶1至5∶1。

本发明是提供一种有弹性的，主要是无机物组分的组合物。这种无机物会在模中发泡、膨胀、凝固包住电缆;并提供一种结实的有弹性的产品，能耐2000°F或更高的温度而不降低其特性，并且具有低热导率和高的防火性能。

在本发明的一个具体实施方案中，把约35%（重量）的无机物纤维与约9%（重量）的弹性化合物、约0.3%（重量）的悬浮剂、约2.3%（重量）的能与无机酸作用并放出气体的物质及一种液体溶剂混合，得到的混合物浆再与无机酸混合。混合物浆与无机酸的比例约为3∶1。

优先选择的无机纤维是硅灰石，它是一种硅酸钙矿。NYCO公司提供的Nyad    G.硅灰石是合适的无机纤维。另外一个例子是R.T.Vanderbilt公司提供的VANSIL纤维。硅灰石中碳酸钙的含量是不同的。已经发现，如Nyad    G.硅灰石，其碳酸钙含量较低，特别适用于本发明。

低碳酸钙含量的混合物加入磷酸后，能较好地控制混合物浆发泡。因为硅灰石部分地起发泡剂的作用，所以在混合时低硅灰石含量会产生较低的泡沫，因而可得到较致密的产品。应用细纤维硅灰石，如用Nyad    400代替Nyad    G.将会改进组合物的发泡作用，这是增加了表面积的结果，这样就使更多的碳酸钙参加反应，但所得到的耐火产品的热导率和密度会增加，因为Nyad    400硅灰石的较高的容积密度超过了它的总发泡效应。细的纤维也需要大量的弹性化合物，以便在最终产品中保持一定的弹性。

硅灰石可能全部或部分地被其它无机纤维所取代，例如，氧化铝纤维、玻璃纤维、切断的氧化铝-硅酸盐（alumino-silicate）（例如The    Babcock和Wilcox公司制造的KAOWOOL陶瓷纤维）和石纤维（mineral    wool）。因此，无机纤维可能是人造的或者是天然的。用较低品位的纤维，如石纤维或玻璃纤维，将导致耐火产品的温度应用范围减小。如果希望得到一种致密的产品，可用不活泼的无机物，如煅烧过的高岭土或煅烧过的铝土矿部分或全部地取代硅灰石。

和本发明一起使用的两种优选的胶乳是2671胶乳（这是一种B.F.Goodrich公司生产的强阴离子聚丙烯酸胶乳）和115氯丁橡胶胶乳（Neoprene latex）（一种E. I.du Pont Nemours生产的非离子氯丁橡胶胶乳）。混合浆与无机酸反应的最佳发泡关键是用微阴离子胶乳组分。如果胶乳和其它弹性化合物全都是非离子型的，那么在发泡过程完成时会呈多水状并沉积下来。相反，如果胶乳是强阴离子的，则这种泡沫可在操作管口固化，并象挤出的粘土一样从管口出来。因此，2671胶乳和115氯丁橡胶胶乳是组合物最佳发

的优选的混合胶乳。2671胶乳的用量应不大于约3%，超过这个量，混合浆可能产生絮凝作用，这是不希望出现的。115氯丁橡胶胶乳的用量为0%到10%（重量）。可用任何非离子胶乳代替115氯丁橡胶胶乳，只要具有足够低的玻璃转化温度，以便使最后产品在室温下具有一定弹性。更一般地说，其它弹性化合物均可代替这两种胶乳，例如丙烯酸类胶乳、丙烯腈、丁苯橡胶胶乳、氯丁橡胶及腈类胶乳。胶乳是昂贵的，因此在混合浆中胶乳的总含量越高，耐火产品越贵，胶乳的总含量越高还使得热量更易散发。胶乳总含量低时，导致耐火产品的弹性减小，但它具有优良的耐热性。

甲基纤维素（如Dow化学公司生产的Methocel）是本发明的适合的悬浮剂。如果不用悬浮剂，则混合浆没有适用期（pot    life），在加入无机酸之前还要再混合。悬浮剂的含量在约0.3%以上时，则所得到的混合浆的粘度会过高。混合物的粘度随着悬浮剂量增加而成比例地增加。

适用于本发明的其它悬浮剂包括如藻酸钠（sodium    alginate）、呫吨胶（xanthan    gum）、膨润土或阳离子聚合物等。

硅酸钠是一种优先选用的能与无机酸反应并放出气体的物质。G-D硅酸钠是philadelphia    Quartz公司提供的一类硅酸钠。通常，最小量的硅酸钠就能产生足够的发泡作用，使泡沫能充分地填满要绝缘的电缆所处位置周围的全部空隙，而对于泡沫的弹性没有妨碍;并且当内衬遇火或受热时，它能起到潜在的粘合剂的作用。硅酸钠重量超过20%时，耐火泡沫材料会很快固化。

磷酸是用作混合物第二组分的适合无机酸，典型的磷酸浓度是75%的溶液。第一组分（混合浆）与第二组分（无机酸）的最佳配比是3∶1，但是约2∶1到5∶1的比例都是可以的。比例小于2∶1，则生成的耐火产品具有很低的密度，并且强度极低。2∶1和5∶1之间的各种比例产生令人满意的产品。大于5∶1时，由于所提供的无机酸的相对量低了，发泡活性减少，得到较高密度的耐火产品。当然，改变无机酸溶液的百分浓度，例如用85%溶液代替75%溶液，那么以上讨论的比例就要作适当的调整。也可用其他的无机酸，如硝酸和硫酸等。

本发明一般可按照美国专利№4，341，561（Britt等）之方法进行实施。该方法是先混合干组分，然后加水。将所得的浆液在无源混合器中与酸混合，典型的是使用75%的磷酸。立即把混合物从混合器中加到需要发泡的地方，使其发泡和固化。在Britt等的发明中，干组分是预先包装好的，然后就地与水混合，再与酸混合。本发明不仅是干混合，而是预先包装好的稳定的浆液，可就地与无机酸混合。

由于本发明的发泡材料能十分迅速地发泡和固化，可使用比Britt等公开的混合器更短的混合器。本发明不使用水泥粘合剂，因为这种粘合剂产生的耐火材料很坚硬，没有本发明的弹性和柔性。

混合物发泡完毕后，不需单独另加固化步骤，只让其自然空气固化即可。最后的耐火产品具有抗酸性好、弹性好、强度好、热导率低、防火、连续加热极限高等特点，其密度为16磅/立方英尺或更高（决定于发泡程度）。

在墙壁、天花板或地板的电缆通过处的封闭应用中，可用暂时的措施扶持住发泡材料，直至其固化。如果是还没有放置电缆或管道的空洞，可用层板做模以保持住发泡材料较为合适。然后在耐火材料上打孔，并把孔堵塞起来以备以后敷设电缆和管道等。另一种情况是洞中已敷设了电缆和管道，这时可做一分成两片的结构，适当切割出弯弓形使其具有被封物的外径。然后可在其上做一小孔以灌注泡沫混合物，例如可在此结构的顶部做孔。

除能将发泡混合物用泵注入模中外，还可喷到金属、混凝土、或木结构墙壁上。混合物能很好粘附在墙面。这一特点与它的好的防火特性相结合，可用作商业或工业建筑物用的耐火喷涂层，也为本发明的一项优秀产品。

根据本发明说明及具体实施方案之条件规定，本领域技术人员应该了解：由权利要求所概括的本发明的内容有可能改变，有时可突出本发明的某些特征而不相应地使用其它特征。

Claims (19)

1、一种由混合物生产的耐火泡沫产品，其特征在于此混合物包括两种组分，以重量计，第一组分主要由0%至35%。的无机纤维、0%至50%的弹性化合物、0%至0.3%的悬浮剂、0%至20%的能与无机酸反应并放出气体的物质以及一种液态溶剂组成；第二组分主要由无机酸组成；第一组分与第二组分的比例为2∶1至5∶1。

2、权利要求1所述的耐火泡沫产品，其特征在于其中的纤维是硅灰石。

3、权利要求1所述的耐火泡沫产品，其特征在于其中的弹性化合物是胶乳。

4、权利要求1所述的耐火泡沫产品，其特征在于其中的悬乳剂是甲基纤维素。

5、权利要求1所述的耐火泡沫产品，其特征在于其中能与无机酸反应并放出气体的物质在遇火和热时也能起潜在粘合剂的作用。

6、权利要求5所述的耐火泡沫产品，其特征在于其中能与无机酸反应并放出气体的物质是硅酸钠。

7、权利要求1所述的耐火泡沫产品，其特征在于其中的液态溶剂是水。

8、权利要求1所述的耐火泡沫产品，其特征在于其中的无机酸是磷酸。

9、一种由混合物生产的耐火泡沫产品，其特征在于此混合物包含主要由约35%的无机纤维、约9%的弹性化合物、约0.3%的悬浮剂、约2.3%的能与无机酸作用并放出气体的物质和约53%的水（均以重量计）组成的第一组分，以及主要由无机酸组成的第二组分，第一组分和第二组分的比约为3∶1。

10、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中无机纤维是硅灰石。

11、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中弹性化合物是胶乳。

12、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中悬浮剂是甲基纤维素。

13、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中能与无机酸反应并放出气体的物质在遇火或热时也可起潜在粘合剂的作用。

14、权利要求13所述耐火泡沫产品，其特征在于能与无机酸反应并放出气体的物质是硅酸钠。

15、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中液态溶剂是水。

16、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中无机酸是磷酸。

17、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中无机酸是硝酸。

18、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中无机酸是盐酸。

19、权利要求9所述耐火泡沫产品，其特征在于其中无机酸是硫酸。