膨胀型涂料组合物的制作方法
【专利说明】膨胀型涂料组合物
[0001] 本发明涉及液体膨胀型组合物、用该组合物涂布的基材及保护结构抵抗火的方 法。自本发明涂料形成的炭具有优良强度及绝热性质。因此，膨胀型涂料组合物可用于保 护结构（例如海上设施）抵抗紊流烃火。
[0002] -般使用钢框架作为建造建筑物的方法。世界上生产的钢大部分用于建造建筑 物。钢框架建筑物相对于传统建筑方法提供许多优点，但有一个严重缺点，即在着火时未保 护钢的温度快速升高至使钢"软化"的点，从而丧失其刚性并危害结构的整体性。随着时间 推移，建筑物将倒塌，但早在此发生之前，结构的挠曲将使可连接至钢框架的镶板、包层等 松脱，从而对试图撤离该建筑物的人群及试图救火的消防员造成巨大危险。
[0003] 试图克服上文所提及的钢框架的缺点的最简单方式为以某种手段使钢绝热。绝热 程度影响达到结构变得不稳定且使用法定测试达成各种评级的点所耗时间。
[0004] 膨胀型涂料在多种结构上用于延迟火的加热效应。涂料减慢施加有涂料的基材的 温度上升速率。因此，涂料延长结构因火的热而损坏前的时间。多余时间使得消防员更有 可能能把火扑灭或至少在结构损坏之前施用冷却水。
[0005] 膨胀意指膨大及成炭。在暴露于热/火中时，膨胀型涂料在其所覆盖的表面上形 成多孔高绝热（不可燃）的固体厚泡沫障壁。
[0006] 这些膨胀型材料相对于其他各种可得选择的主要益处在于，在正常条件下，其实 际上不占空间（典型涂料厚度在5mm范围内）且其使结构增加的额外重量可忽略不计。膨 胀型涂料已在市场上销售多年。大部分膨胀型涂料需要底漆，需要一个或多个膨胀型材料 层以累积所需厚度的材料，且需要面漆以改进耐气候性。业内需要以较少层产生更硬涂料 且较不易受损的膨胀型涂料。
[0007] 包含聚合粘合剂的常规膨胀型涂料通常也包含使得涂料能在暴露于热/火后膨 胀的以下组分：酸来源、成炭剂及发泡剂。
[0008] 在常规膨胀型涂料暴露于火或过量热时，酸来源分解以提供酸。成炭剂或炭形成 剂（也称为成炭化合物（carbonific))与该酸反应以形成碳质炭。炭形成剂的实例包括 (例如）多元醇（例如季戊四醇或二季戊四醇）或其混合物。碳质炭基于多元醇的分解而 获得。发泡剂在经受热或火焰时产生不可燃气体（通常为氨）。最常用发泡剂为三聚氰胺 及三聚氰胺衍生物。THEIC为三-(2-羟基乙基）异氰脲酸酯，其也为已知发泡剂。自发泡 剂放出的气体用于使碳质炭发泡形成泡沫。
[0009] 膨胀型涂料应与耐火剂涂料相区分。耐火剂或阻燃剂涂料的目的为降低其所涂布 基材的可燃性并延迟其燃烧。纯耐火剂不需要或不必需膨胀。因此，耐火剂涂料的组成通 常与传统膨胀型涂料显著不同。例如，耐火剂涂料有时含有大量用于防止火焰通过的材料 (某些填充剂及颜料），但这些材料也抑制涂料膨胀。
[0010] 膨胀型涂料可根据其经设计以提供保护所抵抗的火的类型来分类。例如，一些膨 胀型涂料经设计以提供抵抗纤维素火的保护，其他涂料经设计以提供抵抗烃火的保护。 [0011] 纤维素火保护意指经调配以保护结构组件免于纤维素火暴露的涂料。纤维素火的 一个特征为燃料源如木料、纸、纺织品等。这些燃料为当今建成环境（BuiltEnvironment) 中商业及基础结构项目的典型燃料，通常用于建成环境中的建筑应用，包括内部及外部暴 露的结构型钢框架。纤维素标准火测试曲线在约5分钟内达到500°C且随时间上升至超过 1100°C[2012°F]〇
[0012] 烃火保护意指已经特定调配以保护钢结构组件免于烃火暴露的涂料。烃火或池 火为在汽化烃燃料池上方燃烧的火。已发现烃火极度紊乱且在5分钟内极快生热至约 1000°C，且之后很快上升至1100°C。池火可在几分钟内危害用于油气设施的典型钢框架的 结构完整性。喷射火为具体一组因在高压（2巴或更高）下连续释放的燃料燃烧所致的以 烃为燃料的火。喷射火由于其产生的高热通量及冲蚀力而代表对海上设施的重大风险。
[0013] 抵抗烃火的膨胀型涂料必须比抵抗纤维素火的膨胀型涂料更强、更耐用、具有更 好抗气候性。此外，抵抗烃火的膨胀型涂料必须能形成极强炭，该炭具有良好结构完整性 及对基材的粘着性，使得其在暴露于烃火的高热通量及极高冲蚀力时不会破裂或自基材脱 落。
[0014] 在一些情况中，若膨胀型涂料产生强度（抵抗烃火的紊流力）不足的炭泡沫时，可 将各种添加剂如填充剂、纤维、二氧化硅、玻璃增强材料添加至膨胀型涂料组合物以提高炭 强度。然而，在常规膨胀型涂料组合物中使用过多量的添加剂减小涂料在暴露于过量热/ 火时的膨大量，从而危害其热保护。
[0015] 在其他情况中，若膨胀型涂料产生绝热不充分的炭泡沫，则添加其他发泡剂，例如 胺官能基发泡剂，例如脲、双氰胺、三聚氰胺及三聚氰胺衍生物。添加额外发泡剂的目的为 增加在膨胀过程期间产生的气体量，使得形成更发泡、密度更低且更高绝热的泡沫。然而， 通常高度发泡泡沫具有较差强度及粘着性。
[0016] 综上所述，（i)产生足够强可抵抗烃火的极强冲蚀力的良好强致密炭的膨胀型涂 料通常使其所涂布的基材绝热的能力较差，且（ii)产生具有良好热保护性的高度发泡炭 的膨胀型涂料，所述炭的强度不足以抵抗烃火的极强冲蚀力。
[0017] 提供可提供强度、粘着性及良好绝热性的涂料体系的已知解决方案为提供包含两 个涂层的涂料体系，如W096/03854中所述。W096/03854的涂料体系包含形成具有韧度及 密度的刚性成炭化合物炭泡沫的第一涂层，且第二涂层形成密度为第一涂层炭泡沫的密度 的约一半的绝热成炭化合物炭泡沫。第一层欲防止基材断裂及直接暴露于火条件中（即强 度）且第二层欲提供绝热性。然而，W096/03854未能教示如何使用单一涂料组合物同时提 供强度及绝热性。
[0018] 业内需要一（即一种）膨胀型涂料组合物，其产生在暴露于热时产生既具有优良 强度也提供优良热保护的炭的涂料，使得其适用于紊流烃火中。
[0019] 业内需要一（一种）膨胀型涂料组合物，其产生在暴露于热时产生既具有优良强 度也提供优良热保护的炭的涂料，达到使其适用于紊流烃火中的程度。
[0020] 本文提供膨胀型涂料组合物，其在固化且随后暴露于热时膨胀形成不可燃障壁， 该障壁既强也具有良好防火性能（绝热性质），达到使其适于抵抗烃火的程度。
[0021] 本发明涂料组合物提供耐久坚固、耐用且抗气候（水/腐蚀）的具有良好粘着性 的膜。在暴露于热时，由本发明组合物形成的涂料产生具有足够强度至也不需要增强材料 (例如网）的程度的涂料。
[0022] 另一优点在于，涂料组合物易于施加且在固化时对基材具有良好粘着性，达到其 能在无增强网的情况下使用的程度。由于涂料可在无网情况下施加并使用，故可更快地施 加涂料组合物。
[0023] 本发明的液体涂料组合物可有利地通过常规方法来施加，例如刷涂、倾倒、无气喷 雾或镘涂。
[0024] 在本发明膨胀型涂料暴露于热时，自磷酸或磺酸来源、硼酸来源与固化有机聚合 物之间的反应产生气体。
[0025] 这些气体起发泡剂的作用以使碳质炭发泡。令人惊讶的是，本发明人已发现，在 将最常用发泡剂（包括三聚氰胺、三聚氰胺衍生物及异氰脲酸酯衍生物）添加至本发明涂 料组合物时，炭提供的热保护降低或无改进，且对炭强度及炭对基材的粘着性存在有害效 应。炭强度及炭粘着性的降低导致炭自基材脱离并出现裂缝，这进一步降低了炭提供的热 保护。因此，本发明人发现，组合物需要包含尽可能少的这些类型的组分，且优选不含这些 组分。
[0026] 可预期将添加剂如填充剂、纤维、玻璃增强材料添加至涂料组合物可改进炭强度， 但预期同时会减少涂料膨胀量并危害炭的热保护。令人惊讶的是，在将玻璃纤维添加至本 发明涂料组合物时，未见此危害；与之相比，炭具有优良热保护及强度二者。
[0027] 本发明涂料组合物的优良性质为由于本文所定义组分的特定组合及用量所致。本 发明的液体膨胀型涂料组合物包含以下组分：
[0028] (a) 25. 0体积％至75. 0体积％的一或多种有机热固性聚合物及一或多种用于有 机热固性聚合物的固化剂，
[0029] (b) 1 · 0体积％至70. 0体积％的磷酸或磺酸来源，
[0030] (c) 6. 0体积％至60. 0体积％的硼酸来源，
[0031] (d) 0体积％至2. 0体积％的三聚氰胺或三聚氰胺衍生物，
[0032] (e) 0体积％至1. 0体积％的一或多种异氰脲酸酯衍生物，
[0033] 其中体积％为基于涂料组合物中非挥发性组分的总体积来计算。
[0034] 除非本文中另外陈述，否则本文所述的所有体积％ (vol% )值皆为基于涂料组合 物中的非挥发性组分在室温（2