TWI588220B - 熱脹型塗料組合物 - Google Patents

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Description

熱脹型塗料組合物
本發明係關於一種熱脹型塗料組合物。特定言之，本發明係關於一種適宜沉積至要求改良抗纖維類火及抗烴類火之基板上之熱脹型塗料組合物，特定言之沉積至建築工業中所利用之基板上。
熱脹型材料為曝露於熱時可膨脹、產生炭之物質。此體積膨脹及炭化保護任何底層基板，因為炭作用為不良熱導體。因此，熱脹型塗料係用於被動消防及作為耐燃塗料施覆至基板來改善耐火性。在許多建築應用中(例如於鋼及/或混凝土結構中)，此等塗料係用於提供耐燃劑屏障。由於降低加熱速率而提供改良耐火性，從而延長建築材料達到臨界失效溫度之時間。
已發展極多種熱脹型塗料組合物用於被動消防。此等塗料組合物需具有某些性質，諸如可單一高速施覆、展現快速且徹底膨脹性並且具有極佳耐久性、可撓性及適宜其等最終用途之性質。
已知諸如於US 5,070,119中所揭示之此項技術中已知之熱脹型塗料組合物包含鋅及硼之來源。此等組合物(儘管可提供抗烴類火之保護)不適於纖維類火。一般而言，纖維類火(涉及含碳材料，諸如木及紙)具有相對較慢熱增加，然而烴類火(例如，涉及油或天然氣)極快達到高溫。此等不同特性意為要求熱脹型塗料具有不同性質，其取決於其所抗之火焰類型。
當前用作耐燃劑屏障之多種環氧基熱脹型塗料組合物展現有限 的膨脹因子及因其等高黏度，於環境溫度下應用時需要大量熱量。
因此，期望提供具有增強之耐燃劑性質且簡單、高速、改良施覆系統之適宜提供保護來抗纖維類及烴類火之熱脹型塗料組合物。
根據本發明之第一態樣，提供一種熱脹型塗料組合物，其包含：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及酸催化劑
其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度。
已令人驚訝且有利地發現，本發明之熱脹型塗料組合物於相對較低溫度下熱脹且快速膨脹以形成緻密炭。該炭層較此項技術中已知之熱脹型塗料組合物具有較高膨脹因子並且展現改良之可撓性及耐久性，其於短時內經受極端溫度變化情況下降低碳絕緣層中所觀察到之破裂程度。
根據本發明之熱脹型塗料組合物有利地提供額外展現軟化及熔融之熱塑性性質之熱固性塗料。因此，該熱脹型塗料組合物可用於提供抗纖維類及烴類火之抗性。
再者，已令人驚訝且有利地發現，根據本發明之環氧樹脂反應稀釋劑及固化劑之存在能夠產生撓性樹脂系統，該撓性樹脂系統於室溫下較前述組合物展現較低黏度且於纖維類火災曲線期間展現適宜熔融黏度。
可以任何適宜的方法製備根據本發明之環氧樹脂黏結劑。該環 氧樹脂黏結劑可包含一或多種環氧樹脂。此「環氧樹脂」可包含衍生自包含至少一種環氧化物官能度(諸如具有環共反應劑之縮水甘油，適宜為包含至少兩種羥基(諸如雙酚A)之芳族共反應劑)之化合物之組合的(均聚)聚合物及共聚物。如本文中所使用，術語「環氧樹脂」及「環氧化物」可互換使用。包含至少一種環氧化物官能度之適宜化合物之實例包含(但不限於)以下之一種或多種：縮水甘油；環氧氯丙烷；縮水甘油胺或其混合物。適宜環共反應劑、適宜芳族共反應劑之實例包含(但不限於)以下之一種或多種：雙酚A；雙酚F；酚醛清漆樹脂，諸如酚醛清漆樹脂及甲酚醛清漆樹脂或其混合物。
該環氧樹脂黏結劑可包含市售之環氧樹脂材料。於某些實施例中，該環氧樹脂黏結劑可包含雙酚二縮水甘油醚環氧樹脂，諸如雙酚A二縮水甘油醚及/或雙酚F二縮水甘油醚環氧樹脂。於另一實施例中，該環氧樹脂黏結劑可包含環氧酚醛清漆樹脂及/或環氧甲酚清漆樹脂。於又一實施例中，該環氧樹脂黏結劑可包含以下之一或多種：雙酚A二縮水甘油醚環氧樹脂；雙酚F二縮水甘油醚環氧樹脂；環氧酚醛清漆樹脂；環氧甲酚清漆樹脂或其混合物。根據本發明之適宜環氧樹脂黏結劑可包含以下之一種或多種：Eponex 1510；自Shell Chemical商業購得之Eponex 1513(氫化雙酚-表氯醇環氧樹脂)；自Monsanto商業購得之Santolink LSE-120；自Pacific Anchor商業購得之Epodil 757(環己烷二甲醇二縮水甘油醚)；自Ciba Geigy商業購得之Araldite XUGY358及PY327；自Huntsman商業購得之Araldite GY 2600、GY 281及EPN 1138；自Silmid商業購得之Epikote 828及自EVRoberts商業購得之Epikote 862；自Rhone-Poulenc商業購得之Epirez；自Reichold商業購得之Arofiint 393及607及自Union Carbide商業購得之ERL4221。其他適宜非芳族環氧樹脂可包括自Adeka商業購得之EP 4080E(環脂族環氧樹脂)；自Dow Chemical公司商業購得之DER 732、736、330及331。
適宜地，該環氧樹脂黏結劑包含雙酚二縮水甘油醚環氧樹脂。
該環氧樹脂黏結劑可具有任何適宜重量平均分子量(Mw)。於某些實施例中，該環氧樹脂黏結劑可具有自約100至8000道耳頓(Da=g/莫耳)之Mw(適宜為自約100至1000Da、或甚至自約150至500Da)。
該環氧樹脂黏結劑可具有任何適宜數量平均分子量(Mn)。於某些實施例中，該環氧樹脂可具有自約100至5000道耳頓(Da=g/莫耳)之Mn(適宜自約100至1000Da，或甚至自約150至500Da)。
可藉由任何適宜方法測量重量平均分子量。熟習此項技術者將熟知測量重量平均分子量之技術。適宜地，可根據ASTM D6579-11使用聚苯乙烯標準物藉由凝膠滲透層析法來測定本文中所給出之Mw值及範圍(「Standard Practice for Molecular Weight Averages and Molecular Weight Distribution of Hydrocarbon,Rosin and Terpene Resins by Size Exclusion Chromatography」。UV偵測器：254nm，溶劑：非穩定THF(四氫葉酸塩)，停留時間標記：甲苯，樣品濃度：2mg/ml)。
熟習此項技術者應明白，用於測量重量平均分子量之方法亦可用於測量數量平均分子量。
該環氧樹脂黏結劑可具有任何適宜玻璃轉化溫度(Tg)。於某些實施例中，該環氧樹脂黏結劑可具有自約-50至80℃之Tg(適宜為自約-40至40℃、或甚至自約-30至20℃)。
可藉由任何適宜方法測量環氧樹脂黏結劑之Tg。熟習此項技術者將熟知測量Tg之方法。適宜地，根據ASTM D6604-00(2013)測量Tg(「Standard Practice for Glass Transition Temperatures of Hydrocarbon Resins by Differential Scanning Calorimetry」。熱通量示差掃描熱量法(DSC)，樣品盤：鋁，基準：空白，校準：銦及汞，樣品重量：10mg， 加熱速率：20℃/min)。
該環氧樹脂黏結劑可具有任何適宜羥值。於某些實施例中，該環氧樹脂黏結劑可具有高達150mg KOH/g(適宜高達175mg KOH/g，或甚至高達200mg KOH/g)之羥值。
該環氧樹脂黏結劑可具有任何適宜環氧當量。於某些實施例中，該環氧樹脂黏結劑可具有自約100至3000g/莫耳之環氧當量(適宜為自約100至1000g/莫耳、或甚至自約100至250g/莫耳)。
該環氧樹脂黏結劑可以任何適宜量存在於該熱脹型塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約1至60重量%(諸如約5至50重量%，或甚至約10至30重量%)之環氧樹脂黏結劑。適宜地，該熱脹型塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約15至20重量%之環氧樹脂黏合劑。於環氧樹脂黏結劑包含環氧樹脂黏結劑材料之混合物之實施例中，以上量意指熱脹型塗料組合物中所有存在之此等化合物之總量。
本發明之熱脹型塗料組合物包含環氧樹脂反應稀釋劑。適宜地，該環氧樹脂反應稀釋劑係可運作來降低該組合物之黏度。可藉由任何適宜方法來製備適宜環氧樹脂反應稀釋劑。此等環氧樹脂反應稀釋劑可由包含至少一種脂族環氧化物官能度(諸如二縮水甘油醚與脂族醇或多元醇)之組合物反應形成。包含至少一種環氧化物官能度之適宜化合物之實例包含(但不限於)以下之一種或多種：單縮水甘油醚；二縮水甘油醚；三縮水甘油醚或其混合物。適宜醇及多元醇之實例包括(但不限於)以下之一種或多種：己二醇；丁二醇；甘油；三羥甲基丙烷；三羥甲基乙烷；異戊四醇；新戊二醇及其混合物。
於某些實施例中，該環氧樹脂反應稀釋劑包含脂族醇之二縮水甘油醚。適宜地，該環氧樹脂反應稀釋劑包含己二醇之二縮水甘油醚 及/或新戊二醇之二縮水甘油醚。
該環氧樹脂反應稀釋劑可包含市售之環氧樹脂反應材料。根據本發明之適宜商業購得之環氧樹脂反應材料可包含以下之一種或多種：自Huntsman商業購得之Araldite CY 179；自Huntsman商業購得之Araldite DY-A(脂族單官能環氧樹脂反應稀釋劑-2-乙基己基縮水甘油醚)、DY-D(脂族雙官能環氧樹脂反應稀釋劑-1,4丁二醇二縮水甘油醚)、DY-H(脂族雙官能環氧樹脂反應稀釋劑-1,6己二醇二縮水甘油醚)、DY-T(脂族三官能環氧樹脂反應稀釋劑-三羥甲基丙烷三縮水甘油醚)及自Air Products商業購得之Epodil 749(脂族雙官能環氧樹脂反應稀釋劑-新戊二醇二縮水甘油醚)。
適宜地，該環氧樹脂稀釋劑包含Araldite DY-D及/或Araldite DY-H及/或Epodil 749。
該環氧樹脂反應稀釋劑可以任何適宜量存在於本發明之該熱脹型塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約1至30重量%(諸如約2至20重量%，或甚至約3至15重量%)之環氧樹脂反應稀釋劑。適宜地，該熱脹型塗料組合物可包含基於該塗料組合物之總固體重量計自約5至10重量%之環氧樹脂反應稀釋劑。
於某些實施例中，該環氧樹脂黏結劑：環氧樹脂反應稀釋劑之重量比可自0.05：1至4：1範圍變化(諸如自1：1至3：1，例如，2：1至3：1)。
根據本發明之固化劑包含適宜固化該環氧樹脂黏結劑之聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之組合。
可藉由任何適宜方法來製備適宜聚醯胺。此等聚醯胺可包括衍生自聚胺及二羧酸之組合之(均聚)聚合物或共聚物。適宜聚胺之實例包括(但不限於)以下之一種或多種：己二胺；乙二胺；二伸乙基三胺；三伸乙四胺；四伸乙五胺；異氟爾酮二胺(isophoronediamine)或 其混合物。適宜二羧酸(或酸酐或酯衍生物)之實例包含(但不限於)以下之一種或多種：己二酸；癸二酸或其混合物。二羧酸亦可以二羧酸之環酐形式使用，實例包括順丁烯二酸酐；磺酸酐；鄰苯二甲酸酐或其混合物。二羧酸亦可以二酯材料之形式使用，諸如丙二酸二乙酯；丙二酸二甲酯或其混合物。
適宜地，二羧酸係呈二聚脂肪酸之形式。適宜二聚脂肪酸之實例包括(但不限於)以下之一種或多種：硬酯酸之二聚物；軟脂酸之二聚物；月桂酸之二聚物或其組合/混合物。
於某些實施例中，聚醯胺可為咪唑啉聚醯胺。可藉由任何適宜方法來製備適宜咪唑啉聚醯胺。例如，此等咪唑啉聚醯胺可包括衍生自聚胺及二羧酸之組合之(均聚)聚合物或共聚物。適宜聚胺之實例包含(但不限於)以下之一種或多種：乙二胺；二伸乙基三胺；三伸乙四胺；四伸乙五胺或其混合物。適宜二羧酸之實例包括(但不限於)：二聚脂肪酸；己二酸及其組合。
該固化劑之聚醯胺可包括市售之聚醯胺材料。於某些實施例中，適宜市售之聚醯胺材料之實例包含(但不限於)以下之一種或多種：自BASF商業購得之Versamid 115、125、140及150；自Huntsman商業購得之Aradur 115及125；自Huntsman商業購得之Aradur 140(咪唑啉聚醯胺)；自Huntsman商業購得之Aradur 955、9130、9140及3376。
適宜地，聚醯胺材料包括咪唑啉聚醯胺。適宜地，聚醯胺材料包括Versamid 125、Versamid 140、Versamid 150及/或Aradur 140。最適宜為Versamid 140及/或Aradur 140。
聚醯胺可具有任何適宜重量平均分子量(Mw)。於某些實施例中，該固化劑之聚醯胺可具有自約100至5000道耳頓(Da=g/莫耳)之Mw(適宜為自約100至2000Da、或甚至自約100至1000Da)。
聚醯胺可具有任何適宜數量平均分子量(Mn)。於某些實施例中，聚醯胺可具有自約100至3000道耳頓(Da=g/莫耳)之Mn(適宜自約100至2000Da，或甚至自約100至1000Da)。
可藉由任何適宜方法測量重量平均分子量。熟習此項技術者將熟知測量重量平均分子量之技術。適宜地，可根據ASTM D6579-11使用聚苯乙烯標準物藉由凝膠滲透層析法來測定本文中所給出之Mw值及範圍(「Standard Practice for Molecular Weight Averages and Molecular Weight Distribution of Hydrocarbon,Rosin and Terpene Resins by Size Exclusion Chromatography」。UV偵測器：254nm，溶劑：非穩定THF，停留時間標記：甲苯，樣品濃度：2mg/ml)。
熟習此項技術者應明白，用於測量重量平均分子量之方法亦可用於測量數量平均分子量。
聚醯胺可具有任何適宜玻璃轉化溫度(Tg)。於某些實施例中，聚醯胺可具有自約-50至50℃之Tg(適宜自約-30至30℃，或甚至自約-20至20℃)。
可以任何適宜的方法測量根據本發明之固化劑之聚醯胺的Tg。熟習此項技術者將熟知測量Tg之方法。適宜地，根據ASTM D6604-00(2013)測量Tg(「Standard Practice for Glass Transition Temperatures of Hydrocarbon Resins by Differential Scanning Calorimetry」。熱通量示差掃描熱量法(DSC)，樣品盤：鋁，基準：空白，校準：銦及汞，樣品重量：10mg，加熱速率：20℃/min)。
本發明之固化劑可包括任何適宜固化該環氧樹脂黏結劑之適宜聚醚胺。可藉由任何適宜方法來製備適宜聚醚胺。適宜地，聚醚胺包括基於包含環氧化物官能度之聚醚主鏈的適宜化合物，該環氧化物官能度包含(但不限於)以下之一種或多種：環氧丙烯(PO)、環氧乙烷(EO)或其混合物。適宜地，聚醚主鏈係選自聚丙二醇及/或聚乙二 醇。該聚醚主鏈之末端羥基係適宜胺化以形成對應聚醚胺。
該固化劑之聚醚胺可包括市售之聚醚胺材料。於某些實施例中，市售之聚醚胺材料之實例包含(但不限於)以下之一種或多種：自Huntsman商業購得之Jeffamine D-230、D-400、D-2000及T-403。
適宜地，聚醚胺包括Jeffamine D-230。
聚醚胺可具有任何適宜重量平均分子量(Mw)。於某些實施例中，該固化劑之聚醚胺可具有自約200至7000道耳頓(Da=g/莫耳)之Mw(適宜為自約200至2500Da、或甚至自約200至500Da)。
聚醚胺可具有任何適宜數量平均分子量(Mn)。於某些實施例中，聚醚胺可具有自約200至5000道耳頓(Da=g/莫耳)之Mn(適宜自約200至2500Da，或甚至自約200至500Da)。
可藉由任何適宜方法測量重量平均分子量。熟習此項技術者將熟知測量重量平均分子量之技術。適宜地，可根據ASTM D6579-11使用聚苯乙烯標準物藉由凝膠滲透層析法來測定本文中所給出之Mw值及範圍(「Standard Practice for Molecular Weight Averages and Molecular Weight Distribution of Hydrocarbon,Rosin and Terpene Resins by Size Exclusion Chromatography」。UV偵測器：254nm，溶劑：非穩定THF，停留時間標記：甲苯，樣品濃度：2mg/ml)。
熟習此項技術者應明白，用於測量重量平均分子量之方法亦可用於測量數量平均分子量。
聚醚胺可具有任何適宜玻璃轉化溫度(Tg)。於某些實施例中，聚醚胺可具有自約-50至50℃之Tg(適宜自約-40至30℃，或甚至自約-40至20℃)。
可以任何適宜的方法測量根據本發明之固化劑之聚醚胺的Tg。熟習此項技術者將熟知測量Tg之方法。適宜地，根據ASTM D6604-00(2013)測量Tg(「Standard Practice for Glass Transition Temperatures of Hydrocarbon Resins by Differential Scanning Calorimetry」。熱通量示差掃描熱量法(DSC)，樣品盤：鋁，基準：空白，校準：銦及汞，樣品重量：10mg，加熱速率：20℃/min)。
該塗料組合物之固化劑可包括任何適宜胺多官能單體。適宜地，該胺多官能單體包括聚胺。多官能單體之適宜實例包括聚胺，諸如異氟爾酮二胺；間苯二甲胺；二伸乙基三胺(DETA)；三伸乙四胺(TETA)；四伸乙五胺(TEPA)及其組合。
聚醯胺可以任何適宜量存在於該塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約1至15重量%(諸如約2至10重量%，或甚至約3至10重量%)之聚醯胺。適宜地，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約3至8重量%之聚醯胺。
聚醚胺可以任何適宜量存在於該塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約0.1至10重量%(諸如約0.25至8重量%，或甚至約0.5至4重量%)之聚醚胺。適宜地，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約1至3重量%之聚醚胺。
該胺多官能單體可以任何適宜量存在於該塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約0.1至10重量%(諸如約0.25至5重量%，或甚至約0.5至4重量%)之胺多官能單體。適宜地，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約1至3重量%之胺多官能單體。
根據本發明之固化劑可包括聚醯胺：聚醚胺：胺多官能單體之任何適宜重量比。於某些實施例中，聚醚胺：胺多官能單體之重量比可自約40至80：5至50：1至50範圍變化(諸如自40至70：15至35：15至35，例如，60至70：15至25：15至25)。
適宜地，該熱脹型塗料組合物可另外包括碳供體。熟習此項技術者將熟知適宜碳供體。根據一實施例，此碳供體可以一種或多種多元醇(polyhydric alcohol或polyol)(諸如季戊四醇或其衍生物)之形式來於與磷酸源接觸時有效形成磷酸酯。適宜碳供體之實例可選自有機多羥基化合物，諸如季戊四醇；二聚季戊四醇；三聚季戊四醇；纖維素；澱粉及糖。適宜地，該碳供體為季戊四醇。該碳供體可以任何適宜量存在於該塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約0至20重量%(諸如約5至15重量%，適宜自約8至12重量%)之碳供體。
根據本發明之塗料組合物另外包括酸催化劑，其中該酸催化劑有效形成磷酸，較佳為熱分解過程中之聚磷酸。熟習此項技術者將熟知適宜催化酶。此等酸催化劑適宜在曝露於極熱條件下(諸如在火中，例如高於200℃)熱分解。應明白，在此等條件下所形成之磷酸係隨後可用於與該碳供體反應，適於與其接觸於此等溫度下形成磷酸酯。於一實施例中，適宜酸催化劑可包括多羥基化合物之磷酸酯類(部分磷酸鹽酯)及/或胺磷酸鹽類(諸如銨及/或胺磷酸鹽)。尤其適宜之磷酸鹽為胺磷酸鹽(諸如銨磷酸鹽及/或三聚氰胺磷酸鹽，適宜為聚磷酸銨)。然而，熟練者應知曉用於熱脹型塗料之技術中之含酸性含磷化物之氮的多種變化。於某些實施例中，無機化合物(諸如硼酸鋅及/或五硼酸銨)可作為酸催化劑。該酸催化劑可以任何適宜量存在於該塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約10至50重量%(適宜自約20至35重量%，諸如25至35重量%)之酸催化劑。
該熱脹型塗料組合物可另外包括可膨脹之熱脹型材料(發泡劑)。該發泡劑係一般藉由排放惰性氣體來有效形成炭。熟習此項技術者將熟知適宜發泡劑。適宜發泡劑較佳以超過200℃之溫度分解來提供惰 性氣體(例如於250至390℃之範圍內)。市售之發泡劑之適宜實例包括(但不限於)含有化合物之氮，諸如三聚氰胺；三聚氰胺鹽及衍生物；脲；二聚胺基氰；胍或其混合物。適宜地，該發泡劑包括三聚氰胺。該發泡劑可以任何適宜量存在於該塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約3至20重量%(適宜自約4至17重量%，諸如自約5至15重量%)之發泡劑。
於某些實施例中，該塗料組合物可另外包括適宜炭強化之纖維材料。此等纖維材料可包括有機、玻璃或礦物。該纖維材料可以任何適宜量存在於該塗料組合物中。於某些實施例中，該塗料組合物可包含基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量自約0.5至10重量%之纖維材料(適宜為約1至8重量%)。該纖維材料可存在於測有任何適宜長度之該塗料組合物中。於某些實施例中，該纖維材料具有高達1000微米之長度。
根據本發明之熱脹型塗料組合物可另外含有添加物或添加物之組合。熟習此項技術者將熟知適宜添加物。適宜添加物之實例包括(但不限於)以下：增塑劑；顏料；消泡劑；觸變劑；殺生物劑；香精；填充劑；黏合劑；額外熱脹及防火劑；緩衝劑；分散劑；界面活性劑；脫氣劑；表面控制添加物；疏水劑；潤濕添加劑；流變劑；防縮孔添加劑；輻射固化添加劑；耐蝕添加劑；pH調節劑；抗塗鴉添加劑或其組合。
熟習此項技術者將熟知適宜流變改質劑(流變劑)。流變改質劑之適宜實例包括(但不限於)以下：發煙二氧化矽(fumed silica)；膨潤土；蓖麻油及其衍生物；微米尺寸化醯胺蠟或其組合。於某些實施例中，可於塗料組合物中以基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量至少0.01重量%之量使用該流變改質劑(當存在時)。
熟習此項技術者將熟知適宜顏料。適宜顏料可為(例如)二氧化鈦及/或碳黑。可於該塗料組合物中以任何適宜量之顏料(當存在時)使用。於某些實施例中，可於塗料組合物中以基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計高達約90重量%(諸如高達約50重量%，或甚至高達約15重量%)之量使用該顏料(當存在時)。於某些實施例中，該顏料可以介於3至20重量%(諸如5至15重量%)之間之量存在。
增塑劑可視需要添加至該塗料組合物來提高可撓性。熟習此項技術者將熟知適宜增塑劑。適宜增塑劑包括(但不限於)以下：芳醇(諸如苯甲醇及壬基酚)；磷酸酯(諸如異丙基化三芳基磷酸酯)或其組合。該增塑劑(當存在時)可以基於該熱脹型塗料組合物之總固體重量計自約1至10重量%之量存在。
適宜地，該塗料組合物可包括介於30至70重量%(諸如介於40至60重量%，例如介於45至55重量%)之間之顏料容積濃度。「顏料容積濃度」意指總塗料組合物中固體含量之容積。此值排除環氧樹脂黏結劑、環氧樹脂反應稀釋劑、固化劑、任何增塑劑及任何蓖麻油衍生物或醯胺蠟存在於該熱脹型塗料組合物。
已令人驚訝且有利地發現，本發明之熱脹型塗料組合物不要求額外溶劑且仍具有相對低黏度來使易於應用，於室溫下應用期間不要求管式加熱器。
適宜地，本發明之塗料組合物不含額外溶劑。於某些實施例中，塗料組合物之固體含量為基於該塗料組合物之總重量計至少約85重量%(諸如高達約90重量%，或甚至高達約95重量%)。於一實施例中，該塗料組合物之固體含量可為大於99重量%(諸如高達100重量%)。
根據本發明之熱脹型塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度(適宜根據ASTM D2196-10測 量)。於某些實施例中，該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時可具有自約25,000至125,000mPa/s之黏度(適宜自30,000至110,000mPa/s，諸如自約35,000至95,000mPa/s)。適宜地，該熱脹型塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時可具有自約40,000至80,000mPa/s之黏度。
該黏度係於開始混合該熱脹型塗料組合物之組分之5分鐘內測量(諸如2分鐘內或甚至1.5分鐘內)。適宜地，該黏度係於開始混合該熱脹型塗料組合物之組分之1分鐘內測量。
熟習此項技術者將熟知測量黏度之方法。適宜地，根據ASTM D2196-10(「Standard Test Methods for Rheological Properties of Non-Newtonian Materials by Rotational(Brookfield type)Viscometer」)使用布魯克菲爾德(Brookfield)RV主軸s7以6rpm及剪切速率1.5s-1測量該黏度。
適宜地，根據本發明之熱脹型塗料組合物於300℃或以下之溫度(適宜250℃或以下，或甚至200℃或以下)熱脹。
適宜地，該熱脹型塗料組合物當根據EN1363-1(ISO 834)燃燒試驗加熱時，於少於20分鐘內溶脹至少10倍(1000%)(較佳至少20倍(2000%))於其原始厚度。於此試驗10分鐘後，燃燒室中溫度為大約678℃及於30分鐘後其係大約842℃。
如本文中所使用，除非另外指明，單數包含其複數及使用複數包含其單數。例如，使用單數(即「一」)包括「一或多」此外，如本文中所使用，除非另作明確敘述，使用術語「或」係意指「及/或」，雖然於某些例子中可明確使用「及/或」。
可將該熱脹型塗料組合物施覆至任何適宜基板上。適宜基板之實例包括(但不限於)鋼及/或混凝土結構單元(諸如樑；空心樑；蜂窩樑；柱及空心柱)。本發明之熱脹型塗料組合物係特別有利，在於其等可施覆至多種基板(特定言之鋼及/或混凝土基板且適宜地，鋼基 板)。
可將根據本發明之塗料組合物藉由任何適宜方法施覆至基板。熟習此項技術者將熟知施覆該塗料組合物之方法。適宜施覆方法包含(但不限於)以下：噴塗、輥塗、浸塗、澆鑄及/或塗刷。適宜地，可覆蓋全部或部分表面。
於某些實施例中，該熱脹型組合物可於室溫下使用電氣或含氣之單個或雙進料無氣施覆系統施覆。適宜地，施覆噴嘴處之壓力為至少20MPa。於另一實施例中，當周遭溫度為15℃或以下時，使用有管式加熱器之改良無氣系統施覆該塗料組合物。該管式加熱器可使該等塗料組合物加熱至高達60℃之溫度。
可將該塗料組合物作為單層或多層系統之部分施覆至基板。於某些實施例中，可將該塗料組合物作為多層系統之部分施覆至底漆之上部或其作為底漆層。該塗料組合物可形成頂塗層。可將該塗料組合物施覆至基板一次或多次。
可將該熱脹型塗料組合物施覆至基板上達任何適宜乾膜厚度。於某些實施例中，可將該塗料組合物施覆至自約10μm(微米)至5cm(適宜自約100μm至4cm，諸如自約120μm至3cm，或甚至自約140μm至2.5cm)之乾膜厚度。於某些實施例中，可將該等塗料組合物施覆至自約150μm至2cm(適宜自約200μm至1.5cm)之乾膜厚度。
於某些實施例中，該塗料組合物係呈具有第一組分組合物及第二組分組合物之兩種組分組合物之形式。於施覆至基板之前，此等第一及第二組分組合物係適宜一起接觸。於一實施例中，該第一組分組合物包含環氧樹脂黏結劑及該第二組分組合物包含固化劑。於另一實施例中，該第一組分組合物包含環氧樹脂黏結劑及/或環氧樹脂反應稀釋劑及該第二組分組合物包含固化劑。第一及第二組分組合物均包括額外組分，一般選擇組分來使各組合物組分內反應性最小化。可將 纖維材料添加至第一或第二組分組合物。
於某些實施例中，本發明之熱脹型塗料組合物可藉由加熱固化方法固化。適宜地，可於自約5至60℃(諸如約20至25℃)之溫度固化該塗料組合物。適宜地，該塗料組合物係經一段約10至30小時之時間加熱固化。
根據本發明之第二態樣，提供塗覆物件，用熱脹型塗料組合物塗覆至少其部分，該熱脹型塗料組合物包含：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及酸催化劑
其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度。
根據本發明之第三態樣，提供用熱脹型塗料組合物塗覆至少其部分之鋼及混凝土基板，該熱脹型塗料組合物包含：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及酸催化劑
其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度。
根據本發明之另一態樣，提供提高基板之被動消防之方法，其 包括將熱脹型塗料組合物施覆於其中，該熱脹型塗料組合物包括：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及酸催化劑
其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度。
可將文中所含之全部特徵與上述任何態樣及以任何組合方式組合。
為可更好瞭解本發明且顯示其實施例如何生效，現將以實例方式參考以下實驗數據。
實例 塗料組合物
由兩種組分組合物製備塗料組合物1及2及對照塗料組合物1。使用dispermat型高速溶解器製備兩種組分組合物。將固體材料引入液體材料同時以低俗攪拌並隨後於45℃以高速研磨直至磨碎狀顏料之細度低於120μm(微米)。使用Hegmann型刮板細度儀測量研磨細度。在施覆之前，混合兩種組分組合物直至均勻。
根據表1中之配方製備塗料組合物1及2及對照塗料組合物1。以重量份(pbw)形式給出所有量。
經由以下方法測試該等塗料組合物之性質。表2顯示結果。
製備測試基板：將塗料施覆至150x75x3mm鋼屏達8mm乾膜厚度並於環境條件下固化一週及於40℃另外固化一週。用丙烷噴燈以15cm之距離灼燒該等樣本達3分鐘。
測試該等塗料組合物之炭化密度、炭化破裂、炭化收縮及炭化黏著性。亦根據以下步驟測量該等塗料組合物之黏度、膠化時間及膨脹因子。
黏度：根據ASTM D2196-10使用布魯克菲爾德(Brookfield)RV主軸s7以6rpm及剪切速率1.5s-1評估黏度。在20℃時於開始混合該等組 分之1分鐘內測量黏度。
膠化時間：膠化時間意指將初始黏度提高100%之時間。根據ASTM D2196-10使用布魯克菲爾德(Brookfield)RV主軸s7以6rpm及剪切速率1.5s-1評估膠化時間。
膨脹因子：使用以下公式計算該等塗料組合物之膨脹因子：
噴焰測試後炭化高度 初始乾膜厚度
炭化密度：根據整個炭上之氣囊數量及大小計算炭化密度，使用1至5評價，5為最佳。
炭化破裂：根據出現在該塗料表面上之破裂數量及程度評估炭化破裂並使用1至5評價，5為最佳。
炭化收縮：根據炭化自水平面中之屏之邊緣收縮水平評估炭化收縮並使用1至5評價，5為最佳。
炭化黏著性：根據自屏之剝離水平評估該塗料組合物之炭化黏著性並使用1至5評價，5為最佳。
結果顯示於下表2中。
該等結果顯示本發明之熱脹型塗料組合物與此項技術中已知之塗料具有較低黏度、容許較快乾燥之較短膠化時間及改良炭化膨脹因子及物理性質。
請注意關於本申請案在與本說明書同時或之前提出申請及連同本說明書公開供公眾審查之所有文獻及文件，將所有該等文獻及文件之內容以引用的方式併入本文中。
於本說明書(包括任何隨附之申請專利範圍、摘要及附圖)中揭示之所有特徵、及/或所揭示任何方法或製程之所有步驟可以任何組合方式組合，其中至少一些該等特徵及/或步驟相互排斥之組合除外。
除非明確地另作敘述，否則揭示於本說明書(包括任何隨附之申請專利範圍、摘要及附圖)中之各特徵可經提供相同、等效或類似目的之替代特徵取代。因此，除非明確地另作敘述，否則所揭示之各特徵僅為一般等效或類似特徵系列之一實例。
本發明並不受限於一或多個上述實施例之詳細內容。本發明可擴展至本說明書(包括任何隨附之申請專利範圍、摘要或附圖)中所揭示特徵之任一新穎特徵或其任一新穎組合，或擴展至所揭示任何方法或製程之步驟之任一新穎步驟或其任一新穎組合。

Claims (15)

  1. 一種熱脹型塗料組合物，其包含：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及酸催化劑，其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度。
  2. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該環氧樹脂黏結劑包含雙酚二縮水甘油醚環氧樹脂。
  3. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該環氧樹脂反應稀釋劑包含脂族醇之二縮水甘油醚。
  4. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該固化劑之聚醯胺包含咪唑啉聚醯胺。
  5. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該固化劑之聚醚胺包含選自聚丙二醇及/或聚乙二醇之聚醚主鏈。
  6. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該固化劑之胺多官能單體包含聚胺。
  7. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該塗料組合物包含基於該塗料組合物之總固體重量計之自1至60重量%之環氧樹脂黏結劑。
  8. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該塗料組合物包含基於該塗料組合物之總固體重量計之自1至30重量%之環氧樹脂反應稀 釋劑。
  9. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該塗料組合物包含基於該組合物之總固體重量計之自1至15重量%之聚醯胺。
  10. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該塗料組合物包含基於該塗料組合物之總固體重量計之自0.1至10重量%之聚醚胺。
  11. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該塗料組合物包含基於該塗料組合物之總固體重量計之自0.1至10重量%之胺多官能單體。
  12. 如請求項1之熱脹型塗料組合物，其中該塗料組合物係由兩種組分組合物形成，其中該第一組分組合物包含環氧樹脂黏結劑及該第二組分組合物包含固化劑。
  13. 一種用熱脹型塗料組合物塗覆其至少一部分之經塗覆基板，該熱脹型塗料組合物包括：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及酸催化劑，其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20，000與140,000mPa/s之間之黏度。
  14. 一種用熱脹型塗料組合物塗覆其至少一部分之經塗覆鋼或混凝土基板，該熱脹型塗料組合物包括：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及 酸催化劑，其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度。
  15. 一種提高基板之被動消防之方法，其包括將熱脹型塗料組合物施覆至該基板，該熱脹型塗料組合物包括：環氧樹脂黏結劑，環氧樹脂反應稀釋劑，固化劑，及酸催化劑，其中該固化劑係由聚醯胺、聚醚胺及胺多官能單體之混合物所組成，且其中該酸催化劑對於熱分解時形成磷酸有效，且其中該塗料組合物於20℃及剪切速率1.5s-1時具有介於20,000與140,000mPa/s之間之黏度。
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