[发明专利]膨胀型涂料组合物

说明书

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。

一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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(Built Environment)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℃且随时间上升至超过1100℃[2012°F]。

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℃，且之后很快上升至1100℃。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。

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。

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。