TW201533183A - 膨脹型防火塗料組成物 - Google Patents

Abstract

一種膨脹型防火塗料組成物，包含54至80wt%的可受熱膨脹材料、10至21wt%的遇熱可釋出凝結水的無機材及5至25wt%的黏結劑，該無機材是選自於金屬氫氧化物、金屬氧化物、玻璃纖維、玻璃粉或前述的組合。本發明膨脹型防火塗料組成物於燃燒測試時可具有合宜的膨脹比例，以及本發明膨脹型防火塗料組成物所形成的膨脹隔熱層不易脫落且具備良好的防火性。

Description

膨脹型防火塗料組成物

本發明是有關於一種防火塗料組成物，特別是指一種含有可受熱膨脹材料的膨脹型防火塗料組成物。

現有市售防火塗料大多為膨脹型防火塗料，會因火災中的熱而產生氣體膨脹，以達到隔熱及防火效果。膨脹型防火塗料主要包含可受熱膨脹材料，如聚磷酸銨、異戊四醇、三聚氰胺、膨脹型石墨等。

TW 442549揭示一種形成絕緣層之防火塗料，包含5至30重量份的成膜黏合劑、15至50重量份的用於形成泡沫層的物質、5至25重量份的成碳物質、5至50重量份的發泡劑及10至50重量份的輔助劑及添加劑。此專利公告的防火塗料雖使用較高含量的成碳物質及發泡劑，而可於火災場中受熱膨脹並形成厚度較高的膨脹隔熱層，但是當膨脹比例越高，所形成的膨脹隔熱層的厚度越厚，反而會導致隔熱層的機械強度變差，容易在火災場中受氣流影響而脫落。

針對膨脹比例過高而導致膨脹隔熱層易脫落問題，雖可透過降低組成物中的成碳劑及發泡劑的用量比例 來解決，但又會造成膨脹比例較低，所形成的防火隔熱層的厚度不足，無法達到防火隔熱效果。

基於前述各項問題，目前業界仍亟欲研發各種膨脹型防火塗料，特別是在火災場中具有合宜膨脹比例、所形成的膨脹隔熱層不易脫落且可達到防火效果的膨脹型防火塗料。

因此，本發明之目的，即在提供一種於燃燒測試時可具有合宜的膨脹比例的膨脹型防火塗料組成物。

於是本發明膨脹型防火塗料組成物，包含54至80wt%的可受熱膨脹材料、10至21wt%的遇熱可釋出凝結水的無機材及5至25wt%的黏結劑。該無機材是選自於金屬氫氧化物、金屬氧化物、玻璃纖維、玻璃粉或前述的組合。

本發明之功效在於：該膨脹型防火塗料組成物包含特定含量範圍的可受熱膨脹材料及遇熱可釋出凝結水的無機材，因此該膨脹型防火塗料組成物於燃燒測試時可具有合宜的膨脹比例，以及該膨脹型防火塗料組成物於燃燒時所形成的膨脹隔熱層不易脫落且具備良好的防火性。

以下將就本發明內容進行詳細說明：

[可受熱膨脹材料]

該可受熱膨脹材料泛指各種適用於防火塗料且在受熱時可膨脹的材料。較佳地，該可受熱膨脹材料是選自於聚磷酸銨、異戊四醇、三聚氰胺、膨脹型石墨或前述 的一組合。於本發明之一具體例中，該可受熱膨脹材料為聚磷酸銨、異戊四醇與三聚氰胺的混合。

[遇熱可釋出凝結水的無機材]

該遇熱可釋出凝結水的無機材是選自於金屬氫氧化物、金屬氧化物、玻璃纖維、玻璃粉或前述的組合。該金屬氫氧化物例如但不限於：氫氧化鋁、氫氧化鎂、水鋁石或前述的組合。該金屬氧化物例如但不限於：二氧化鈦、三氧化二硼、二氧化矽或前述的組合。本發明之一具體例是使用二氧化鈦，本發明之另一具體例是使用二氧化鈦與氫氧化鋁的組合。在本發明膨脹型防火塗料組成物中加入適量的遇熱可釋出凝結水的無機材，除了可以讓組成物具有阻燃性外，該無機材還可強化該膨脹型防火塗料組成物遇熱所形成的膨脹隔熱層的機械性質，避免膨脹隔熱層的膨脹比例過高，同時可讓膨脹隔熱層不易脫落。

[黏結劑]

該黏結劑泛指任何適用於防火塗料的黏結劑。較佳地，該黏結劑是選自於多異氰酸酯、或多異氰酸酯與多元醇的混合物。於本發明之具體例中，該黏結劑為多異氰酸酯與多元醇的混合物。

該多異氰酸酯為每分子具有兩個或兩個以上異氰酸酯基之化合物，包括：芳香族多異氰酸酯、脂肪族多異氰酸酯、脂環族多異氰酸酯、雜環族多異氰酸酯等，亦可將兩種以上之多異氰酸酯混合使用。多異氰酸酯之NCO含量較佳約5~50重量%。多異氰酸酯的具體實例包括：二 異氰酸甲苯酯(toluene diisocyanate；TDI)、4,4'-二異氰酸二苯甲烷酯(diphenylmethane-4,4'-diisocyanate；MDI)、二異氰酸異佛爾酮酯(isophorone diisocyanate；IPDI)、二異氰酸六亞甲基酯(hexamethylene diisocyanate；HDI)、4,4'-二異氰酸二環己基甲烷酯(4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate；H₁₂MDI)、對-二異氰酸苯酯(p-phenylene diisocyanate；PPDI)、二異氰酸p,p'-二苯基酯(p,p'-bisphenyl diisocyanate；BPDI)等。

該多元醇包括各種具有兩個或兩個以上活性官能基之聚酯多元醇或聚醚多元醇，其中較佳者例如丁二醇-己二酸共聚物[poly(butanediol-co-adipate)glycol；PBA]、聚丁二醇(polytetramethylene glycol；PTMEG)、己二醇-己二酸共聚物[Poly(hexanediol-co-adipate)glycol；PHA]、乙烯-己二酸共聚物[Poly(ethylene-co-adipate)glycol；PEA]、聚丙二醇(Polypropylene Glycol)、聚乙二醇(Polyethylene Glycol)、聚醚二醇(polyether diol)、含甘油基或蔗糖基之聚醚多元醇(glyceryl-based or sucrose-based polyether polyol，例如Bayer公司所販售的DESMOPHEN^® POLYOL 3607)。多元醇的數目平均分子量範圍在200~6,000之間，較佳在300~3,000之間。在本發明中亦可使用一種或一種以上之多元醇進行反應。

[溶劑]

較佳地，該膨脹型防火塗料組成物更包含一溶劑。該溶劑例如但不限於：二甲苯、甲苯、丙酮、乙酸乙 酯、醋酸丁酯或前述的組合。

[其他添加助劑]

較佳地，該膨脹型防火塗料組成物更包含一添加助劑。該添加助劑例如但不限於：催化劑、濕潤分散劑、增稠劑。適合的催化劑包括金屬化合物，例如是二月桂酸二丁基錫(T-12,dibutyltin dilaurate)、辛酸亞錫(T-9,stannous octanoate)、油酸亞錫(stannous oleate)等；適合的濕潤分散劑例如是BYK公司生產之Disperbyk系列分散劑，適合之增稠劑例如有機黏土。前述的添加助劑可以單獨或組合使用。

[膨脹型防火塗料組成物]

該膨脹型防火塗料組成物的製法是將該可受熱膨脹材料、該遇熱可釋出凝結水的無機材、黏結劑與選擇性添加的溶劑及其他添加助劑於不影響各成份功能的溫度(如室溫)下進行混合。

該可受熱膨脹材料的含量範圍為54至80wt%，較佳為54至70wt%。當該可受熱膨脹材料的含量高於80wt%，將可能致使該膨脹型防火塗料組成物於燃燒時的膨脹比例過高，導致所形成的膨脹隔熱層的機械強度變差，且容易在火災場中受氣流影響而脫落。當該可受熱膨脹材料的含量低於54wt%，可能導致該膨脹型防火塗料組成物所形成膨脹隔熱層厚度不夠，而無法達到防火效果。

該無機材的含量範圍為10至21wt%，較佳為10至16wt%。當該無機材的含量高於21wt%，可能讓該 可受熱膨脹材料的含量低於54wt%，而導致該膨脹型防火塗料組成物所形成膨脹隔熱層厚度不夠，無法達到防火效果。當該無機材的含量低於10wt%，將可能致使該膨脹型防火塗料組成物於燃燒時的膨脹比例過高，或者於使用較低含量的可受熱膨脹材料時，將無法提昇防火效果。

該黏結劑的含量範圍為5至25wt%，且可以依據後續所欲施用的物件進行調整。

較佳地，以該膨脹型防火塗料組成物的總重為100wt%計算，該添加助劑的用量範圍為1至10wt%。

該溶劑的用量可依據後續施用的方式或條件進行調整，較佳地，以該膨脹型防火塗料組成物的總重為100重量份計算，該溶劑的用量範圍為1至30重量份。

本發明的膨脹型防火塗料組成物可以施用於各種有防火需求的物品上，施用方式可以運用各種已知製程進行(如刷塗、噴塗等)，後續亦可依據一般塗層形成製程進行烘乾。

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

[化學品]以下實施例及比較例分別使用下列 化學品進行製備：

1.可受熱膨脹材料：實施例1至6及比較例1至6分別使用三聚氰胺(購自台灣肥料公司，品名為美耐皿)、聚磷酸銨(購自新合興公司，品名為APP101)及異戊四醇(購自李長榮化學公業公司，品名為異戊四醇98% grade)的混合(混合比例以重量計為3：5：2)。

2.遇熱可釋出凝結水的無機材：實施例1及比較例1分別使用二氧化鈦(購自杜邦公司，品名為R960)；實施例2至6及比較例2至6分別使用氫氧化鋁(購自昭和電工公司，品名為H42M)，二氧化鈦(購自杜邦公司，品名為R960)的混合物(混合比例如下表1所示)。

3.黏結劑：實施例1至6及比較例1至6分別使用4,4'-二異氰酸二苯甲烷酯(購自廣隆興股份有限公司，品名為UR-398B)及含蔗糖基之聚醚多元醇(購自Bayer公司，型號為DESMOPHEN® POLYOL 3607)的混合物。

4.添加助劑：實施例1至6及比較例1至6分別使用濕潤分散劑(購自Byk公司，品名為Disperbyk 170)及催化劑二月桂酸二丁基錫(購自友和貿易公司，品名為T-12)。

[實施例1至6及比較例1至6]

實施例1至6及比較例1至6的共同製法：依據下表1的組成及用量比例，將可受熱膨脹材料、遇熱可釋出凝結水的無機材、黏結劑及添加助劑於40-55℃溫度下進行混合，以製得防火塗料組成物。

燃燒測試：將前述所製得的100重量份防火塗料組成物 與12重量份的二甲苯進行混合，以形成一防火塗料。將該防火塗料噴塗於做為建材的鋼筋(H型鋼，W28×28)上，於室溫下進行乾燥，以於鋼筋上形成一塗層(塗層厚度為13mm)。接著，將具有塗層的鋼筋放置於1100℃的火爐中進行燃燒測試，待燃燒2小時後，利用溫度計測試燃燒後的最終溫度，以及用肉眼觀察塗層最終的燃燒狀況。測試結果整理於下表1，其中當燃燒後的最終溫度越低，顯示防火性越佳。

由表1之結果可以發現，當該可受熱膨脹材料的含量範圍為54至68wt%及無機材的含量範圍為10至21wt%，該膨脹型防火塗料組成物所形成的塗層在經燃燒測試後會膨脹且無脫落狀況，而燃燒後的最終溫度範圍為445至510℃，證明本發明膨脹型防火塗料組成物所形成的塗層具有不錯的防火性。

將比較例1及2與實施例1的結果進行比較，可知當無機材的含量小於10wt%，該防火塗料組成物所形成的塗層在燃燒測試後將會有脫落狀況，且燃燒後最終溫度高達620℃及605℃，顯示比較例1的塗層具備不佳的防火性。

由比較例3至5的結果可以發現，當該可受熱膨脹材料的含量範圍小於54wt%以及該無機材的含量範圍大於21wt%，除了會使該防火塗料組成物所形成的塗層在燃燒測試後不會膨脹外，更會讓塗層於燃燒後的最終溫度高達640至750℃，且因為無機材中的氫氧化鋁含量較低，使得塗層於燃燒後的結構呈現中空而易脫落，因此比較例3至5的防火塗料組成物也無法形成具有良好防火性的塗層。

在比較例6中，因使用52wt%的氫氧化鋁，使該防火塗料組成物所形成的塗層在燃燒測試後的結構良好而不易脫落，但因為可受熱膨脹材料的含量僅為6wt%，使得該塗層在燃燒測試後不會膨脹，且於燃燒後的最終溫度高達654℃。

綜上所述，本發明膨脹型防火塗料組成物因含 有特定含量範圍的可受熱膨脹材料及遇熱可釋出凝結水的無機材，而可讓該膨脹型防火塗料組成物所形成的膨脹隔熱層具有合宜的膨脹比例且不易脫落，且於燃燒測試後的最終溫度低於600℃而具備極佳的防火性，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (6)

1. 一種膨脹型防火塗料組成物，包含：54至80wt%的可受熱膨脹材料；10至21wt%的遇熱可釋出凝結水的無機材，該無機材是選自於金屬氫氧化物、金屬氧化物、玻璃纖維、玻璃粉或前述的組合；及5至25wt%的黏結劑。
2. 如請求項1所述的膨脹型防火塗料組成物，其中，該可受熱膨脹材料是選自於聚磷酸銨、異戊四醇、三聚氰胺、膨脹型石墨或前述的一組合。
3. 如請求項1所述的膨脹型防火塗料組成物，其中，該金屬氫氧化物是選自於氫氧化鋁、氫氧化鎂、水鋁石或前述的組合。
4. 如請求項1所述的膨脹型防火塗料組成物，其中，該金屬氧化物是選自於二氧化鈦、三氧化二硼、二氧化矽或前述的組合。
5. 如請求項1所述的膨脹型防火塗料組成物，其中，該黏結劑是選自於多異氰酸酯、或多異氰酸酯與多元醇的混合物。
6. 如請求項1所述的膨脹型防火塗料組成物，更包含一溶劑。