改进的可喷涂防火组合物的制作方法

专利名称：改进的可喷涂防火组合物的制作方法
技术领域：
本发明领域本发明涉及一种可喷涂施工的、石膏基的防火组合物，该组合物含有其量足以使组合物延迟凝固至少24小时、优选至少72小时的某种凝固抑制剂，该组合物还依然可与凝固促进剂一起混合喷涂施工并提供一种有效的防火组合物，其中一种是具有优异悬挂性能及收率的可泵送和可喷涂施工型的组合物。
本发明示例性的新型组合物使用了石膏基粘合剂及凝固抑制剂，包括其量足以使防火组合物延迟凝固至少24小时、优选最高可达72-96小时或更多的羟基羧酸、聚羧酸、磷酸，或其盐或衍生物。本发明另一个示例性的新型组合物包括使用石膏基粘合剂和其量为防火组合物中粘合剂重量的0.4-7.5％的蛋白质类凝固抑制剂，其中凝固延迟至少24小时。
本发明也涉及一种方法，其中采用抑制剂使石膏基防火组合物在喷涂设备中以流体的形态过夜，而在第二天与可注入的凝固促进剂(如硫酸铝)仍保持可喷涂施工的性能。
本发明背景众所周知，为了在金属构件和其他建筑表面上提供耐热涂层必须喷涂施用防火淤浆。美国专利3,719,513和3,839,059(此处通过引用并入本文)公开了石膏基制剂，除了石膏粘合剂外此制剂还含有轻质无机聚集体(如蛭石)、纤维状物(如纤维素)和携气剂。
美国专利4,751,024(此处通过引用并入本文)公开了含有作为防火组合物中轻质聚集体的聚苯乙烯屑的可喷涂防火组合物。
由于防火组合物通常以干混合物的形式被送至建筑施工现场，然后通过加入适量的水形成淤浆，其制备和施用过程可能花费许多小时的时间。因而通常尽量延迟混合物的凝固时间以便提供一个可为人接受的现场贮存期。这种在搅拌机的延迟与喷涂施用后要求的快速凝固时间相矛盾；人们急切希望当组合物喷涂施用后能得到快速的凝固时间以便提供防火主体。因此，需要在使用抑制剂和促进剂之间取得准确的平衡，然而这很难做到。显然，如果在进料斗或搅拌机中使混合物基本上硬化，则其将无法泵送，对其目的应用毫无用处可言。
这种防火淤浆通常在地面上制备并泵送至使用点，在使用点处喷涂施用于底材上。在包括高层建筑的情况中使用点通常超过二十或三十层。美国专利4,934,596和5,520,332(此处通过引用并入本文)分别公开了一种方法以及通过软管和喷嘴可用于喷涂施用防火组合物的设备。通过注入导入促进剂流体并均匀分配于流动的淤浆中以便在施用后加速喷涂施用的防火组合物的凝固。
因此，在可喷涂的防火淤浆中包含凝固抑制剂和凝固促进剂并非是偶然或凭直觉的选择。这种防火淤浆的配方和制备之所以复杂是因为可泵性是关键的特征所配制的组合物必须保持使其能够容易泵送并送至高处的大量的水，同时还必须维持足以防止各种成分发生分离或沉降并使底材以给定的厚度得到适宜的收率或覆盖率的稠度。组合物必须能够携带性质稳定的空气以便通过常规防火喷涂设备进行泵送。涂料混合物在淤浆状和干的状态下都必须能够粘附于底材上。同时，混合物凝固时必须不能出现因过度的膨胀或收缩而导致严重损害干燥涂层的隔离价值的裂纹的形成。
包括搅拌机、泵、软管、喷嘴和其他辅助设备的喷涂设备在完成施工作业后通常需要泵水进行清洗以确保不使可喷涂组合物在过夜后硬化并堵塞设备。因而，在每一个工作日结束时操作者都需要花费时间清除并清洗其设备。此外，从搅拌机和软管泵出的未使用淤浆也存在环境方面的问题。因此，目前的防火剂导致了损失生产时间并产生浪废的问题。目前可泵送的防火淤浆含有其量为组合物中粘合剂重量的0.2-0.25％的蛋白质基物质(如马蹄)，这种物质使淤浆的凝固时间延迟了约4-12小时。
但在本发明出现之前，在防火工业中一直未指出或提议能够将凝固时间延迟至少24小时和最高可达72-96小时的用于喷涂施用的石膏基防火组合物。本发明人私下推断，在其间可以使用数量足以使防火组合物延迟凝固过夜(如16-24小时)或延迟过周末的蛋白质基凝固抑制剂，而高浓度的蛋白质类凝固抑制剂将产生令人极其不适的气味。此外，在美学效果显得重要的场合中，大量的这种含蛋白质的凝固抑制剂可能产生不利的后果使施用并就地凝固的防火涂料产生色斑。
然而，直到本发明人完成以下将提出的内部试验后才认识到其早期关于采用延迟凝固的抑制剂而不会丧失石膏基防火组合物的防火性能的私下推断是多么地具有创造力。
本发明概要在克服先有技术各种缺点的基础上，本发明提供了一种当与水混合形成可喷涂淤浆时能够在常规喷涂设备中维持其流动性过夜(或周末)，并且在第二天当与注入的凝固促进剂一起使用时依然保持喷涂施用性能(如以上背景部分所述)的改进的石膏基防火组合物。因此，本发明涉及在喷涂施用操作期间具有“延迟凝固”性能的防火组合物及方法。
本发明的一个示例性防火组合物包括石膏基粘合剂、至少一种堆积密度为0.4-10磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的轻质聚集体，并且还包括(a)选自羟基羧酸或其盐或其衍生物、聚羧酸或其盐或其衍生物，或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂；或(b)基于防火组合物中粘合剂总的干重计算(35-150°F)其量至少为0.4％、更优选为0.4-7.5％(最优选为0.5-5.0％)的蛋白质类凝固抑制剂。
一种优选的凝固抑制剂包括聚丙烯酸钠，当将其置于防火组合物(通常以含有粘合剂的粉末和聚集体的形式提供，然后再与水混合)的含水淤浆环境时形成聚丙烯酸。基于防火组合物中粘合剂组分总的干重计算，优选聚丙烯酸钠的用量为至少0.25-4.5％。
一种用于延迟石膏基防火组合物凝固的示例性方法包括将以下物质掺合进组合物中至少一种堆积密度为0.4-10.0磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的轻质聚集体，和包括(a)选自羟基羧酸或其盐或其衍生物、聚羧酸或其盐或其衍生物，或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂；或(b)基于防火组合物中粘合剂总的干重计算(通常防火组合物的喷涂施用温度范围为35-150°F)其量至少为0.4％、更优选为0.4-7.5％(最优选为0.4-4.0％)的蛋白质类凝固抑制剂的凝固抑制剂。
本发明的新颖性和创造性在于具体描述的凝固抑制剂可用在采用如美国专利4,904,503、4,934,596或5,520,332(此处通过引用并入本文)所述的常规喷涂设备和方法的常规石膏基防火组合物中。
一种示例性的防火方法包括(a)通过搅拌机和软管喷涂施用包括蛋白质类凝固抑制剂(其中基于粘合剂组分的干重计算该凝固抑制剂的用量远低于0.4％)的第一种石膏基防火组合物；和(b)随后将包括(a)选自羟基羧酸或其盐或其衍生物、聚羧酸或其盐或其衍生物，或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂；或(b)基于组合物中粘合剂的干重计算其量为0.4-7.5％(更优选为0.4-4.0％)的蛋白质类凝固抑制剂的第二种石膏基防火组合物导入相同的搅拌机和相同的软管中。
第二种石膏基防火组合物可任选含有着色剂、染料或颜料以使操作者能够肉眼分辨出两种防火组合物，并且操作者可因此根据肉眼确定第二种组合物完全进入喷涂设备，这样安全地停止运转过夜或周末(视情况而定)。操作者可以在第二天采用注入的凝固促进剂继续喷涂施用，并可任选地回复到第一种防火组合物(具有较低含量的凝固抑制剂)。在以下将进一步详细描述本发明的各种特征及优点。
示例性实施方案的详述除非另有说明，否则此处所给的所有百分数及比例均按重量计(基于制备防火淤浆的干(粉末)混合物的总固体重量计算)。因此本发明涉及干粉形式的组合物(可向其加入水以提供淤浆)以及涉及在应用地点通过加水得到的淤浆的形式的组合物(以得到能水合的石膏基防火组合物的方式进行有效的泵送和喷涂施用的淤浆)。
如此处所用的术语“石膏基防火组合物”指的是包括石膏作为主要粘合剂(如在总的防火组合物中包括至少51％重量、更优选至少80％重量的粘合剂组分或成分)的组合物(干形式或淤浆形式)，并且当其为淤浆形式时可通过泵、软管和喷嘴采用常规喷涂施用设备喷涂施用于金属构件或底材(如钢梁架或钢板)上并提供防火和隔热保护。金属构件的保护通常体现在金属在高温条件下发生起皱或扭曲的可能性大幅减少。
术语“石膏”指的是未水合的和水合的熟石膏，并且主要为包括硫酸钙的粘合剂。因而“石膏”包括如在加水前存在于干混合物中的熟石膏(未水合的)以及石膏本身(水合的熟石膏)。例如，术语“石膏”也可包括灰泥(半水合硫酸钙)以及全水合的硫酸钙。短语“石膏基粘合剂(或粘合剂组分)”将统称所用的粘合剂，如与少量卜特兰水泥混合的石膏(如石膏的量高于水泥或其他粘合剂的量)。
因此，在本发明的示例性石膏基防火组合物中，所用的粘合剂组分的总量可为组合物中固体总重量(干)的25-95％、更优选至少为组合物中总固体重量的30-90％、最优选至少为60-85％。
本发明源自以下意想不到的发现可包括(a)选自羟基羧酸或其盐或其衍生物、聚羧酸或其盐或其衍生物，或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂；或(b)基于组合物中粘合剂的总干重计算其量为0.4-7.5％的蛋白质类凝固抑制剂的凝固抑制剂可成功地用于石膏基防火组合物中从而延迟凝固至少24小时(如过夜)或在72-96小时内(如周末)。第二天这种防火组合物与常规凝固促进剂如硫酸铝(注入软管或喷嘴)一起喷涂施用，而依然保持作为可喷涂施用防火组合物的有效性。
本发明优选的凝固抑制剂可以是酸或盐的形式，如聚丙烯酸钠(以淤浆的形式)或聚丙烯酸盐(以粉末盐的形式)；聚丙烯酸钾或聚丙烯酸盐，以及磷酸钠或(聚)磷酸盐。为了获得延迟凝固的性能(如至少24小时至最长可达约96小时的流动性)，可以使用聚丙烯酸或其盐(如聚丙烯酸钠)(通常喷涂施用温度为35-150°F)，优选其量为防火组合物中粘合剂干重的0.1-4.5％，或如果按组合物中总固体的百分数计算，为0.1-1.5％、更优选为0.2-1.0％。对于磷酸或磷酸盐(如磷酸钠)而言，由于其延迟凝固性能较差，因此优选其量大致为聚丙烯酸盐的量的两倍。
在本发明其他的示例性实施方案中，本发明人也惊奇地发现，通过使蛋白质类凝固抑制剂的量增加一倍或甚至两倍，石膏基组合物的凝固可以延迟至少24小时或更长。基于防火组合物中粘合剂的干重计算，蛋白质类凝固抑制剂的用量应为0.4-7.5％、更优选为0.4-4.0％。
本发明人原私下推断可将增加量的蛋白质类凝固抑制剂掺合进石膏基的防火组合物中，但直到进行了大剂量的蛋白质类凝固抑制剂的实验室试验后他们才意识到此方法的新颖性。尽管人们可能认为加入凝固抑制剂使凝固得以延迟是自然的结果，但本发明人已证实其本身并不显著，或在喷涂施用石膏基防火的情况中甚至需要尽力去尝试，因对于保持可喷涂施用防火组合物的有效性而言有着许多要求。组合物需要混合，采用常规防火施用设备(有时高达30层楼或更高)通过长而窄的软管进行泵送，然后在使用点或其附近注入凝固促进剂。因此本发明人一开始即将注意力放在合成凝固抑制剂上，与使用蛋白质类凝固抑制剂相比合成凝固抑制剂具有避免产生色斑和难闻气味的优点，但又认识到在石膏基防火技术中获得延迟的凝固(24小时流动性和更长)确实是新颖和具有创造性(即使采用蛋白质类凝固抑制剂)。
对于羟基羧酸、聚羧酸以及磷酸类型的凝固抑制剂而言，本发明人相信很难按常规选择用于石膏基防火组合物中进行混合、泵送并在喷涂施用期间注入凝固促进剂的凝固抑制剂。
本发明人发现，对具体的凝固抑制剂而言证实其能够保持石膏基防火组合物的有效性具有许多要求，如(1)防火组合物在所需的延长期间内必须不能凝固；(2)凝固抑制剂的加入必须不能破坏组合物携带空气并在淤浆中保持稳定的微型空气空隙的性能(否则其在常规的防火组合物喷涂设备中将无法泵送)；(3)当含有凝固抑制剂的组合物滞留在垂直布置5-30层楼或更高的软管时必须不会发生分离或溶胀；(4)组合物“唤醒(woken up)”的性能或换言之当在喷涂施周期间注入常规凝固促进剂时悬挂在底材表面(如钢梁架和钢板)上的性能；和(5)组合物还允许泡沫的发生(增强所得防火涂层的热隔离性能)。
如果发生分离，分离下来的固体将堵塞软管和喷嘴。如果发生混合组合物的溶胀(或膨胀)，也可以出现堵塞情况，在组合物密度减少的情况中，当组合物为淤浆状时将由于太“松散”而无法进行有效的泵送。
我们观察到，在一些市售的石膏(如熟石膏或灰泥粘合剂)中可能有极少量(基于石膏基组合物中的粘合剂重量计算通常远低于0.4％)在制造过程中结合的蛋白质类凝固抑制剂(衍生自动物副产物)。然而这种量的蛋白质类凝固抑制剂不足以使组合物的凝固延迟24小时或更长。就本发明而言，术语“蛋白质类凝固抑制剂”将指至少具有35-95％动物基蛋白质含量(其余为填料物质或其他添加剂)的组合物。
本发明的示例性防火组合物可含有其他本领域已知的各种添加剂和成分(如携气剂、纤维状物和聚集体)，只要组合物的防火有效性不受破坏即可。组合物还可包括水硬水泥如卜特兰水泥(通常为石灰、氧化铝、二氧化硅和氧化铁的混合物)、高铝水泥或其他非石膏水泥，在不影响本发明的前提下，只要可以使用注入的凝固促进剂以便继续喷涂施用本发明的含羧酸石膏基防火组合物即可。
本发明的一个优选示例性组合物包括石膏粘合剂、至少一种轻质聚集体、携气剂和纤维状组分。
此处所用的术语“轻质聚集体”是指堆积密度为0.4-10.0磅/立方英尺(1bs/ft3)或(6.4-160千克/立方米)的物质，这包括膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、膨胀粘土小球、玻璃珠、石纤维、碎纸(如报纸)、碎的膨胀型聚苯乙烯，或其混合物。术语“轻质”用来区别本发明考虑使用的聚集体与用于混凝土领域(如预混合的混凝土)的细小聚集体(如沙)或粗大聚集体(如砾石和石头)。虽然轻质聚集体的量可以变化很大，但根据聚集体的密度、存在于组合物中的其他物质以及所需的各种物理性能，基于总固体的干重计算，轻质聚集体的存在量可少至1％重量，多至80％重量或更多。
碎的膨胀型聚苯乙烯是一种优选的轻质聚集体，因发现其对防火效率及在金属底材上的粘附力方面均具有有益的提高。碎的报纸也提供一种示例性的轻质聚集体材料，它可单独使用，也可与上述其他的轻质聚集体一起使用。一种相信适用于本发明的优选防火组合物公开于例如Larry Shu等人的美国专利4,751,024(此处通过全部引用并入本文)中。另一种适宜的组合物公开于Dennis M.Hilton等人的美国专利4,904,503(此处通过全部引用也并入本文)中。一种适宜的石膏基防火组合物(以干品的形式销售，在施工现场与水混合后得到可喷涂的淤浆)由Grace Construction Products(Cambridge，Massachusetts)销售，商品名为MK-6。
本发明的示例性组合物还可包括起提高厚度或效率作用的携气剂。例如，常规的携气剂包括α-烯烃磺酸盐或月桂基磺酸钠。携气剂可任选地(虽然优选)以基于总固体干重的0.1-0.4％的量存在于本发明防火组合物中。
本发明示例性合成凝固抑制剂的一个优点是，它们能使石膏基防火组合物(当做成淤浆时)得到过夜“休息(sleeping)”(保持流体状态)的性能，当用量足以延迟防火组合物的凝固相等的时间，其用量约为常规蛋白质类凝固抑制剂所需的四分之一至三分之一。同时，合成凝固抑制剂可用于所喷涂施用的防火组合物处于显眼的情形，因与使用蛋白质类凝固抑制剂不同，羟基羧酸、聚羧酸和磷酸基的凝固抑制剂混入常规石膏基防火组合物时不会引起难闻的气味和产生色斑。相反，当蛋白质类的凝固抑制剂为优选用量0.4％和以上(更优选为至少1.0％)(基于组合物中粘合剂的重量计)时，最好能覆盖防火组合物以便遮掩其变色现象。同时可能还需要在防火组合物中或其上加入常用气味抑制剂、吸收剂、空气清新剂或掩蔽剂，或将其藏于墙或其他视觉障碍物后。
本发明的一个示例性方法包括将至少一种轻质聚集体和任选如上所述的其他添加剂、其量足以使组合物的凝固延迟至少24小时的合成或蛋白质类凝固抑制剂加入到石膏基防火组合物中。其他步骤包括在喷涂施工于底材之上期间往所述组合物中注射入凝固促进剂(如防火领域中公知的明矾凝固促进剂材料)。优选用于此用途的凝固抑制剂为聚丙烯酸钠，其优选用量约为防火组合物中粘合剂干重的至少0.1％。
本发明的其他示例性方法能使操作者在要求超过一天才能完全的工作中使用上述新型石膏基防火组合物而无须清除(清洗)和清洁(冲洗)喷涂设备(如泵、搅拌机、软管、喷嘴等)。例如，操作者可以使用常规的喷涂施工设备和常规的石膏基防火组合物制剂(其中之一为蛋白质类凝固抑制剂的量为石膏基组合物中粘合剂的干重的0.2-0.25％)；并且在一天工作结束时，用以下物质替代常用蛋白质类凝固抑制剂(1)基于组合物中粘合剂的重量计增加量为0.4-7.5％的蛋白质类凝固抑制剂；或(2)选自羟基羧酸或其盐或其衍生物、聚羧酸或其盐或其衍生物，或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂。然后可简单地关闭喷涂设备，使防火组合物在搅拌机和软管中“休息”而无须担心其将硬化并堵塞喷涂设备。第二天(或周末后的周一)操作者可以立即继续防火组合物的施工(采用注入的凝固促进剂)，并任选转换回步骤(1)的常规防火组合物。
着色剂、染料或颜料可任选用于具有延迟凝固抑制剂的防火组合物中以使操作者能够肉眼检测其何时完全替代了搅拌设备(和软管及喷嘴)中的常规制剂，并且随后关闭喷涂设备过夜或甚至过周末。
因此，本发明的另一示例性方法包括(1)通过搅拌机和软管喷涂施用其量为0.2-0.25％(干重，基于组合物中石膏重量计算)的蛋白质类凝固抑制剂和轻质聚集体的第一种防火组合物；和(2)将第二种石膏基防火组合物导入到相同的搅拌机和相同的软管中，不同于第一种的第二种石膏基组合物包括凝固抑制剂(包括羟基羧酸、聚羧酸、磷酸，或其盐或其衍生物，或基于组合物中粘合剂的干重计其量为0.4-7.5％的蛋白质类凝固抑制剂)和至少一种轻质聚集体(优选其量为组合物干重的1-80％)。优选在步骤(2)中的凝固抑制剂包括丙烯酸的衍生物(如盐)，例如聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾。另一种优选用于步骤(2)的凝固抑制剂为聚磷酸钠。然后可以关闭喷涂设备过夜或周末。第二天操作者可以采用凝固促进剂(如按惯例注入软管或喷嘴的硫酸铝)继续喷涂施工。优选第二种防火组合物的颜色不同于第一种防火组合物，以便使喷涂设备的操作者能够肉眼检测何时第二种组合物已全部替代喷涂设备中的第一种组合物。不同的颜色可通过采用着色剂、染料或颜料来得到，这将使得操作者肉眼确定第二种防火组合物完全装满搅拌机和软管，然后可以关闭喷涂施工设备而无须担心组合物将发生硬化并堵塞设备。示例性的着色剂、染料或颜料可包括酞菁蓝，如售自ROMA Color，Inc.，Fall River，Massachusetts。或者以商品名STRAT-LINETM售自Wilmington，Ohio的AmericanTool Companies的着色剂。在第二天(或周末或节日后的第二天)，可按已知的方法(如美国专利4,904,503、4,934,596或5,520,332(此处通过引用并入本文)中所述的喷涂施用法)将在搅拌机和软管中“休息”的第二种防火(淤浆)组合物喷涂施用(如与注入的凝固促进剂一起)进淤浆组合物。
在另外的示例性方法中，操作者可以回复到较便宜且具有较快凝固特性的第一种防火组合物(步骤(a)所用)以便最大限度地减少剩余项目的费用。使用包括丙烯酸衍生物(任选具有着色剂、染料或颜料)的新型合成凝固抑制剂可以节省劳动力及材料费用同时还避免产生废物。
在本发明另外示例性组合物和方法中，本发明人考虑本发明的延迟凝固的抑制剂，它包括羟基羧酸、聚羧酸、磷酸(或其盐或其衍生物)，或甚至0.4-7.5％(基于粘合剂干重计)的蛋白质类凝固抑制剂可与任选的染料、着色剂或颜料一起包装并在使用点处导入到石膏基防火组合物中。因此，例如聚丙烯酸盐和着色剂可包装在可开启或直接扔入搅拌机的水溶性或非水溶性(如牛皮纸)容器中；或其可以在容器(如可在使用点开启并倒入到搅拌机的瓶子或盒子)中可流动液体的形式提供。
在另外实施方案中，常规的石膏基防火组合物可以粉末形式销售，包括石膏粘合剂、在一个或多个袋中的至少一种轻质聚集体，以及分开包装的延迟凝固的抑制剂(具有任选的着色剂、染料或颜料)作为包装系统的组成部分，其中延迟凝固的抑制剂(如(聚)丙烯酸钠、(聚)磷酸钠)可以进行适当地计量并当操作者希望关停喷涂设备直到第二天时将其导入到防火组合物中。
因此本发明的示例性方法包括喷涂施用含有常用量(基于粘合剂组分重量的0.2-0.25％)的蛋白质类凝固抑制剂的常规石膏基防火组合物；其后将合成凝固抑制剂(如聚丙烯酸钠、聚磷酸钠)或其量为粘合剂重量的0.4-4.0％的蛋白质类凝固抑制剂以足以使组合物在泵及喷涂设备中防止发生硬化至少24小时的量导入到该组合物中。
以下的实施例仅用于说明的目的而非对本发明的范畴构成限制。
实施例1常规防火组合物与本发明的新型组合物的对比试验显示了在取得抑制凝固方面的优异性能。常规的防火组合物可通过混合石膏(如固体总干重的25-95％)、轻质聚集体如膨胀型聚苯乙烯屑(约0.5-4％重量)、携气剂(许多常规发泡表面活性剂也能起作用)、作为另一种轻质聚集体的碎报纸(约为1-6％重量)和包括蛋白质类凝固抑制剂的凝固抑制剂(约为粘合剂重量的0.2-0.25％)进行制备。例如，市售的蛋白质类凝固抑制剂可得自National Gypsum，商品名为REDTOP。
可类似于上述第一种组合物的制备方法制备第二种防火组合物，不同之处在于用基于粘合剂干重0.1-2.0％的聚丙烯酸钠代替刚刚提及的蛋白质类凝固抑制剂。
将第一种和第二种组合物如下法分别进行施用并评价将组合物放置于搅拌机(可以是桨式搅拌机、螺旋浆式搅拌机、连续或间歇式搅拌机)中，然后通过25-100英尺或更长、约四分之三至三英寸厚的软管进行泵送，注入硫酸铝凝固抑制剂，然后通过压缩空气动力喷嘴喷涂至钢板底材上。我们将观察对比这些可喷涂的防火组合物，具有聚丙烯酸钠的第二种组合物在搅拌机和软管中可以保持流态(如“休息”)1-3天或更久，并且仍能与注入的硫酸铝一起进行喷涂施用，并具有防火性能。另一方面，具有蛋白质类凝固抑制剂的第一种组合物在搅拌机和软管中发生硬化，如果喷涂设备需要关闭过夜则需从喷涂设备中清洗及冲洗出来。
实施例2就本发明而言，如果各种化学药品在与水混合形成可喷涂施用的淤浆在至少72小时后无法维持足够流动性的淤浆(12维卡或更高，参见ASTM472-93)，则认为其无法作为石膏基防火组合物的延迟凝固抑制剂。
将以下各种化学组分混入标准石膏基防火组合物中并在塑料样品杯(加以密封以防水的蒸发)中在70°F下进行试验，并在下表1中注明了其作为延迟凝固抑制剂的相对程度(皆延长了凝固的延迟时间以及当与常规凝固促进剂如硫酸铝混合时可以出现发泡及凝固现象)。同时还注明了每一种化学组分基于防火组合物总干重的量。
表1
上述数据表明本发明选择的凝固抑制剂使石膏基防火组合物的凝固延迟72小时并非是例行试验的问题。
实施例3采用包括石膏(总固体的25-90％重量)、轻质聚集体(总固体的1-50％重量)和水的防火组合物再进行试验。使用常规凝固抑制剂出现了意想不到的事情在凝固抑制剂的用量和石膏基防火组合物凝固前的持续时间之间没有线性关系。实际上，已发现在较高的浓度下，一些常规凝固抑制剂对防火组合物极其不利。
常见的凝固抑制剂包括硼砂、EDTA钠、柠檬酸钠和酒石酸。葡糖酸和马来酸由于具有羧酸基团也用于试验这组已知的石膏抑制剂。
已知为石膏的凝固抑制剂的硼砂在2％时无法有效地延迟防火组合物的凝固。在10％时，硼砂确实延迟了组合物的凝固，但由于空气的不稳定性而使流体组合物的体积减少。同时，在组合物干燥期间在其表面上生成盐膜，这将使防火组合物的外观变差，使产物积尘，并降低粘结强度。
当EDTA钠为2％时无法延迟石膏防火组合物凝固抑制超过24小时。当其量增加至组合物重量的10％时，组合物依然在72小时内凝固。观察到组合物的体积增加，显示出凝固抑制剂量的增加产生了气泡。这将造成无法泵送。这种体积的增加在喷涂施工过程中可以导致软管爆裂。
柠檬酸钠也是一种已知的石膏凝固抑制剂。当其用量为组合物重量的10％时，组合物在少于72小时内凝固。在组合物的干燥过程中也生成了盐层。
酒石酸是一种已知的石膏凝固抑制剂，当其用量为10％重量时将造成组合物极其不利的膨胀。组合物在少于72小时内凝固，同时还产生大量的空气空隙，导致防火粘结强度的降低。
采用已知为水泥凝固抑制剂的葡糖酸进行试验。样品也在少于72小时内凝固，导致组合物体积膨胀，具有大量的空气空隙，并具有盐层。
观察到马来酸使石膏防火组合物在少于72小时内凝固，同时还使组合物收缩。空气变得不稳定及破裂。这将使组合物无法泵送。
因此，上述的各种凝固抑制剂的试验表明，仅简单地通过互换和/或改变凝固抑制剂来改变石膏防火组合物以获得延迟凝固的特性，同时还保持所需的防火性能的效果并不明显。
相反，使用其量约为粘合剂重量的0.25％的聚丙烯酸钠和使用其量为粘合剂重量的1％的蛋白质类凝固抑制剂不会引起防火组合物膨胀或收缩，并且显示出将凝固推延至72小时以上的性能；另外，它们不会引起大量的空气空隙或在防火组合物上形成盐层(目视为带白色的膜)。因此，本发明具有延迟凝固抑制剂的发明性防火组合物的示例性特征为其提供防火有效性而不会造成体积的膨胀或收缩，并且不会形成盐层或带白色层。
以上所提供的讨论及实施例仅出于说明的目的，并非对所要求权利保护的本发明的范畴进行限制。
权利要求
1.一种防火组合物，所述组合物包括石膏基粘合剂；至少一种堆积密度为0.4-10磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的轻质聚集体；还包括(a)选自羟基羧酸或其盐或其衍生物、聚羧酸或其盐或其衍生物，或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂；或(b)基于所述组合物中粘合剂干重计算其量至少为0.4％的蛋白质类凝固抑制剂。
2.权利要求1的组合物，其中所述凝固抑制剂包括基于所述组合物中粘合剂干重计算其量为0.4-7.5％的蛋白质类凝固抑制剂。
3.权利要求2的组合物，其中所述蛋白质类凝固抑制剂占所述组合物中石膏重量的至少1.0-3.0％。
4.权利要求1的组合物，其中所述凝固抑制剂包括选自羟基羧酸或其盐或其衍生物、聚羧酸或其盐或其衍生物，或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂。
5.权利要求4的组合物，其中所述凝固抑制剂包括其量至少为所述石膏基防火组合物中粘合剂干重的0.05％的合成抑制剂。
6.权利要求4的组合物，其中所述凝固抑制剂的平均分子量不超过15,000。
7.权利要求1的组合物，其中所述凝固抑制剂为聚丙烯酸钠。
8.权利要求1的组合物，其中所述凝固抑制剂为磷酸或其盐或其衍生物。
9.权利要求8的组合物，其中所述凝固抑制剂为聚磷酸钠。
10.权利要求1的组合物，其中所述轻质聚集体的存在量为所述组合物中固体干重的1-80％。
11.权利要求1的组合物，其中所述至少一种轻质聚集体包括膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、膨胀粘土小球、玻璃珠、石纤维、碎纸或碎的膨胀型聚苯乙烯。
12.权利要求11的组合物，其中所述至少一种轻质聚集体包括碎的膨胀型聚苯乙烯，并且所述组合物还包括第二种包括碎纸的轻质聚集体。
13.权利要求1的组合物，其中所述凝固抑制剂包括其量为石膏基组合物中粘合剂干重的0.1-4.5％的聚丙烯酸钠。
14.权利要求13的组合物，其中所述凝固抑制剂的用量足以使凝固延迟至少24小时，并且当使用常规凝固促进剂进行喷涂施用时有效地提供一种体积基本上不溶胀或收缩并在防火组合物的表面上不形成肉眼可见的盐层的防火组合物。
15.权利要求14的组合物，其中所述聚丙烯酸钠的分子量为1,000-15,000。
16.权利要求1的组合物，其中所述组合物为干粉的形式，往其中加水可得到可泵送的淤浆。
17.权利要求1的组合物，其中所述组合物还包括水，并且其形式为可泵送的淤浆。
18.权利要求1的组合物，所述组合物还包括携气剂。
19.权利要求4的组合物，所述组合物还包括蛋白质类凝固抑制剂。
20.权利要求1的组合物，所述组合物还包括着色剂、染料或颜料。
21.权利要求1的组合物，其中所述凝固抑制剂包括聚丙烯酸钠或聚丙烯酸钾，或其盐或其衍生物。
22.权利要求2的组合物，其中所述凝固抑制剂包括其量为所述石膏基组合物中粘合剂干重的0.4-4.0％的蛋白质类凝固抑制剂，并且还包括掩味剂或吸收剂。
23.一种用于抑制石膏基防火组合物凝固的方法，包括将至少一种堆积密度为0.4-10磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的轻质聚集体以及其量有效地使所述防火组合物的凝固抑制至少24小时的凝固抑制剂加入到所述组合物中。
24.权利要求23的方法，其中所述防火组合物包括在将所述组合物喷涂施用于底材之上期间将一种凝固促进剂注入所述组合物的步骤，并且所述凝固抑制剂的用量足以使所述防火组合物的凝固延迟至少72小时。
25.权利要求24的方法，其中所述凝固抑制剂的有效量基本不会引起所述防火组合物的体积的溶胀或收缩，或当与没有所述有效量的所述凝固抑制剂的防火组合物相比时，在喷涂施用期间不会在所述防火组合物的表面上形成肉眼可见的盐层。
26.权利要求25的方法，其中所述凝固抑制剂包括聚丙烯酸钠。
27.权利要求25的方法，其中所述凝固抑制剂包括聚磷酸钠。
28.权利要求25的方法，其中所述凝固抑制剂包括其量为所述组合物中粘合剂重量的至少0.4％的蛋白质类凝固抑制剂，籍此使所述组合物的凝固延迟至少24小时。
29.一种防火方法，包括(a)通过搅拌机和软管喷涂施用包括蛋白质类凝固抑制剂的第一种石膏基防火组合物；和(b)随后将具有(i)不同的凝固抑制剂，或(ii)其量大于步骤(a)中用量的抑制剂的第二种石膏基防火组合物导入相同的搅拌机及相同的软管，步骤(b)的凝固抑制剂的用量有效地使所述防火组合物的凝固延迟至少24小时。
30.权利要求29的方法，其中所述第二种石膏基防火组合物还包括着色剂、染料或颜料以便使操作者在所述喷涂施用期间能够肉眼分辨出所述第一种和第二种防火组合物。
31.权利要求29的方法，所述方法还包括使所述第二种石膏基防火组合物在所述搅拌机及软管中保存过夜，并随后在第二天喷涂施用所述组合物。
32.一种包括喷涂施用石膏基防火组合物的方法，所述组合物包括其量低于所述组合物中粘合剂重量的0.4％的蛋白质类凝固抑制剂，并且(i)将包括羟基羧酸、聚羧酸、磷酸，或其盐或其衍生物的凝固抑制剂导入到所述组合物中；或(ii)将所述蛋白质类凝固抑制剂的总量提高至所述组合物中粘合剂重量的0.4％以上，籍此使所述组合物的凝固延迟至少24小时。
33.权利要求29的方法，其中使用了包括丙烯酸或磷酸或其盐或其衍生物的合成凝固抑制剂。
34.一种防火包装系统，包括第一种防火组合物，所述第一种防火组合物包括石膏粘合剂和蛋白质类凝固抑制剂，两者均装于第一个包装袋中；和第二种防火组合物，所述第二种防火组合物包括有效地使其凝固延迟至少24小时的量的凝固抑制剂，所述第二种防火组合物装于第二个包装袋中。
35.权利要求34的包装系统，还包括装有凝固促进剂的第三个包装袋。
36.权利要求34的包装系统，其中所述第二个包装袋还包括着色剂、染料或颜料以便当装于所述第一个包装袋内的防火组合物为淤浆形式时改变其颜色，籍此肉眼将所述第二种防火组合物从所述第一种防火组合物中分辨出来。
37.一种用于延迟石膏基防火组合物过夜的组合物，包括羟基羧酸、聚羧酸或磷酸，或其盐或其衍生物；和着色剂、染料或颜料。
38.权利要求37的组合物，其中将所述组合物包装于即将在石膏基防火组合物淤浆中分散及打开的包装袋中，籍此包装袋内容物可从中释放并分散于淤浆内。
全文摘要
包括轻质聚集体和凝固抑制剂的改进可喷涂石膏基防火组合物,其中所述凝固抑制剂的量为能有效地使所述组合物的凝固延迟至少24小时、优选至少72－96小时而不会引起组合物溶胀或收缩或喷涂施工时在组合物上形成盐层。此防火组合物可在常规喷涂软管中保持流动性过夜,同时在第二天或接连的工作日中当喷涂施用于底材上时还能注入凝固促进剂(如硫酸铝)。
文档编号E04B1/94GK1346390SQ00805460
公开日2002年4月24日 申请日期2000年1月12日 优先权日1999年1月27日
发明者L·J·金德特, D·M·希尔顿, R·P·佩里托 申请人:格雷斯公司