[发明专利]涂料用防火组成物

说明书

本发明涉及一种涂料用防火组成物，尤其是指一种适用于添加在水性基或油性基合成树脂涂料中，使其于受热火焰时膨胀具有防火效果的组成物，它可应用于钢构件、室内装潢、电线电缆或其他需要防火场合使用的涂料。

传统作为防火用途的膨胀型防火涂料，多是于涂料基材(Base，如水性压克力系、油性压克力系等合成树脂)中，加入碳层形成剂(如多元醇类、多醣类…等)、碳层催化剂(如磷酸化合物等)及发泡剂(如蜜胺、尿素系、氯化、有机胺系等)，并辅以其他有关助剂以涂覆于结构材上，利用其受热时形成碳质膨胀层，用以阻绝热源传递以达到防火效果。

然而，这种直接由碳层形成剂形成的碳质膨胀层，是属非结晶体结构(amorphous)的硬质碳(hard carbon)所组成，强度弱且松散，易被高温吹烧的火焰气流冲破、掉落，以致丧失防火效能。而且，此种非结晶体硬质碳膨胀层在高温下容易与空气中的氧原子反应形成一氧化碳、二氧化碳…，以及其他不易燃烧的灰烬，造成所谓灰化现象，其耐热特性远较结晶结构的软质碳(soft carbon)来得差。因此，上述传统膨胀型防火涂料的应用领域受到相当大的限制。

晚近，虽有美国专利第3,574,644号、日本专利特开昭55-118987、特开昭56-95941、特开平5-70540、特开平9-183978、特开平10-17796等专利案，陆续公开将具有软质碳结构的膨胀性石墨添加于油漆涂料、发泡材中，使分别具有抗拒火焰，刷涂性、防火性较佳的效果。然而，

1.该膨胀性石墨因石墨层间插入的酸根分子受热膨胀急速向外溢散，促使各石墨层间的距离拉开而形成蠕虫状物，致使膨胀后的蠕虫状石墨体积增加了100-200倍，比重减轻、强度降低，极易因火力作用或热对流而四处飞散，降低了对内部被涂覆物及基材(Base)的阻燃效果，在上述美、日专利中均未有有效解决辨法。

2.上述日本专利特开平9-183978虽曾提出膨胀性石墨与磷酸化合物的配比为10％-25％；日本专利特开平10-17796也将膨胀性石墨与涂料基材的重量配比限制在1％-30％。但上述美、日专利对整体防火组成物的其他成分并未提及调配比例，其究竞以何种比例调配始得制成？是否能形成高强度、高耐温性、不易灰化、不易龟裂、不会飞散的软质碳膨胀层不得而知，致使上述专利仅在于理论阶段，业界难以据以实施，难为产业所利用。

3.膨胀性石墨粉本身是以强酸氧化天然鳞片状石墨制得的层间化合物，常带有PH3-5的酸性特质，上述美、日专利将此粉末加入防火涂料或发泡材中，将会造成涂料基材(Base)合成树脂的质变，影响涂料的基本物性与化性；又此种带有酸性的防火涂料涂覆于钢构件上，极易引起钢材的锈化现象，对涂料或被涂覆物而言均易造成伤害。

4.一般市售的膨胀性石墨粉的粒径约在20目-100目，混合入防火涂料中涂覆，会形成表面凹凸不平的纹路，造成不平整也不美观的表面；又于喷涂作业时，喷涂口径极易被较大的石墨粒径堵塞，造成施工时不便。

本发明的目的在于提出一种由膨胀性软质碳、碳层形成剂、碳层催化剂以及发泡剂按重量比掺和组成的涂料用防火组成物，它能有效抑制受热膨胀的蠕虫状软质碳四处飞散情形，且当受热火焰时能迅速建立一种高强度、高韧性、高附着性，且不易灰化、不易龟裂、发烟少的膨胀层，以阻隔热源传递，从而解决了现有技术所存在的问题。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案在于它主要成分包括有：膨胀性软质碳、碳层形成剂、碳层催化剂、以及发泡剂，其重量比例为1∶2.5-4∶4-5∶1.5-2。

依据上述各成分重量比例关系混练好的防火组成物，将其以1份膨胀性软质碳对应3.5-4份涂料基材(Base)的比例掺和，如下表所载。

刷涂或喷涂上述掺和好的防火涂料于被涂覆物上，当受热火焰大于200℃时，由于碳层催化剂的催化反应及发泡剂的发泡作用，促使碳层形成剂于表面受热脱水膨胀形成厚实的碳壳层，而膨胀性软质碳也受热膨胀50倍-300倍成为纤维状软质碳材并掺插于碳壳层内，有如于碳壳层内混以含短纤维的软质碳而强化了碳壳层内部结构，形成一种类似碳纤维强化的膨胀层，由于软质碳对氧的稳定性高，故可有效阻隔火焰吹袭长达1小时以上，几无灰化损坏发生，被涂覆物背面温度低于300℃以下；并且，表面长成蠕虫状的石墨将被碳壳层牢牢地固持住，可抑制蠕虫状石墨四处飞散情形，达到本发明的目的。

本发明的防火组成物可用以添加于水性基合成树脂涂料中，也可添加于油性基合成树脂涂料中，均可达到上述目的。