膨胀型粉末组合物和使用该组合物制造的涂层制造技术

本发明专利技术提供了膨胀型粉末组合物及其使用方法，该组合物包含在第一引发温度引起发泡的发泡剂，优选为四唑；在第二引发温度作为发泡剂的含磷催化剂；羟基官能或环氧官能热固性树脂成碳化合物；含有杂环的热塑性树脂或（共）聚合物成碳化合物；以及咪唑之类的低温固化剂，该组合物在第一和第二引发温度引起发泡，所述第一引发温度和第二引发温度之差等于或大于１０℃，最高为１５０℃。该组合物在固化过程中不会发泡，并在结构钢之类的基材上形成固化的膨胀型涂层，当这些涂层处于火焰中时，它们会发生受控的发泡。本发明专利技术还提供塑料、覆盖材料或模塑料，它们包含可模塑或可成形的（共）聚合物或树脂，优选为聚丙烯；和膨胀型组合物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可用来形成能够在受热或处于火焰中时膨胀的涂层、膜和塑料的阻燃粉末组合物。更具体地说，本专利技术涉及阻燃粉末组合物，该组合物具有发泡剂的组合，使得由该组合物制成的制品在受热或处于火焰中而膨胀时，逐渐形成稠性的(consistent)泡沫体。
技术介绍
钢构架建筑结构体已经成为世界上许多钢产品的最终用途。当这些建筑发生火灾时，未受保护的钢结构建筑物快速升高到使钢铁“软化”的温度，使钢铁失去刚性对建筑物的整体性造成损害。随着时间的流逝，建筑物的挠曲造成嵌板和覆层松脱，从而对试图从建筑物逃脱的人们和试图在建筑物倒塌之前控制火势的消防人员构成严重的威胁。为了克服软化问题，对钢铁绝热可以相当程度地延长使建筑物变得不稳定所需的时间。与这种做法相一致，用各种官方试验(例如英国标准耐火试验)来确定绝热等级。例如，大多数结构钢要求一小时的耐火等级。通常使用三种钢绝热体系矿物绝缘材料、水泥喷涂物和膨胀型涂层。矿物绝缘材料主要包括能够得到类似编织毛皮的非常柔软无吸引力涂层的石棉、褐块石棉或硅酸盐纤维喷涂物。将褐块石棉层叠至3-4英寸(90-125毫米)厚，然后在其上覆盖装饰板从而得到极为庞大的结构。这种涂层可能会对健康和环境造成严重的危害。水泥喷涂物会形成非常重的厚涂层，这种涂层会裂开并脱落，在一些情况下，它们沉重的重量会加快建筑物的倒塌。仅当膨胀型涂层受热或处于火焰中时，它才会在钢铁的表面形成浓稠而高度绝热的泡沫。膨胀型涂层不像其它的供选材料，在通常条件下膨胀型涂层实际上不占空间，也不会使被涂布的结构另外增加重量。这种涂层非常像装饰涂层，而在受热或处于火焰中时发生膨胀。“膨胀”表示胀大和炭化，形成绝热泡沫层。有一段时间，可用的膨胀型涂料包括溶剂型涂料。最近开发出了水性体系。液体膨胀型涂层包含粘合剂聚合物、分为三部份的膨胀型组分——催化剂、炭化剂或碳化剂和发泡剂——以及任选的填料和添加剂。在膨胀组分中，催化剂发生分解，提供能够与炭化剂反应的磷酸之类的酸源；多元醇(例如(一缩二)季戊四醇)之类的炭化剂分解形成碳质炭；三聚氰胺和尿素之类的发泡剂产生不燃性气体，这些气体可用于在受热或处于火焰中时制造碳质炭泡沫。着火时，所述膨胀型组分分解和膨胀，形成不燃性的绝热隔离层。尽管目前液体膨胀型涂层的实际应用具有很大的困难，但是它们仍然包括重要的商业产品。膨胀型液体涂层是“软的”，因此容易损坏。另外，大多数膨胀型涂层需要底漆涂层和罩面涂层来改善耐候性，而且它们需要几次涂布膨胀型材料以达到所需的材料厚度。已经证明，在涂层的“非就地”施涂中，液体膨胀型体系施涂困难而且缓慢，并且一旦安装了结构，需要进行大量的修整。因此优选在已经建立了钢结构之后，将膨胀型涂料“就地”施涂在完成的结构上。即使在“就地”施涂中，湿涂层也必须干燥两天，而且一旦干燥就很容易损坏，因此需要进行大量的就地修补涂布。在WO 02/077110 A1中，申请人揭示了一种膨胀型粉末涂料组合物，该组合物包含含磷材料、羟基化的热固性树脂粘合剂、氧化的杂环热塑性粘合剂和固化剂，从而热塑性粘合剂和热固性粘合剂使涂料具有炭化功能和发泡功能。当受热或处于火焰中时，所得的粉末组合物以无法预知的速率膨胀形成泡沫，所形成泡沫的泡孔尺寸无法预知，而且泡沫不稳定，容易破裂。另外，在加热过程中粉末组合物保持高粘度，其形成泡沫时的涨高比施涂相同涂层厚度的液体组合物少。由所得组合物制成的约4毫米(4000微米)厚的粉末涂层保护被涂布的基材，使基材能够通过60分钟的英国标准耐火试验。根据本专利技术，专利技术人尽力提供了一种阻燃的膨胀型粉末组合物，该组合物能够提供耐久的涂层、膜和塑料，这些涂层、膜和塑料能够膨胀提供稠性的泡沫绝缘，本专利技术的组合物避免了前面的膨胀型液体组合物和粉末组合物的缺点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种膨胀型粉末组合物，该组合物包含能够在第一引发温度引起发泡的一种或多种发泡剂，一种或多种含磷催化剂，一种或多种羟基官能或环氧官能热固性树脂成碳化合物，一种或多种含有氧杂环或氮杂环的热塑性树脂或(共)聚合物成碳化合物，以及一种或多种固化剂，所述组合物在第二引发温度引起发泡，使所述第一引发温度和第二引发温度之间的差等于或大于10℃，该差值最高为150℃。所述组合物在固化时不会形成泡沫，用该组合物形成的任何涂层在处于燃烧、火焰中、或受热而达到上述第一引发温度之前，也不会产生泡沫。因此，所述固化剂包括一种或多种低温固化剂，例如咪唑、咪唑的环氧树脂加合物、或多胺的环氧树脂加合物，多胺是例如脂族多胺、脂环族多胺或芳族多胺。固化剂优选包括2-甲基咪唑。在第一引发温度引起发泡的一种或多种发泡剂优选包含以下结构式的四唑， 式中R表示选自以下基团的一价有机基团C3-C12烷基、氨基烷基或二氨基烷基、C6-C18芳基、烷基芳基、氨基烷基芳基和二氨基烷基芳基。该四唑化合物更优选包括芳基取代的四唑，例如5-苯基四唑。一种或多种含磷催化剂在第二引发温度作为起泡剂或发泡剂，该催化剂优选包括多磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、尿素磷酸盐或它们的混合物，最优选多磷酸铵。在本专利技术另一实施方式中，所述粉末组合物还包含一种或多种多元醇成碳化合物，优选三羟甲基丙烷(TMP)。在又一实施方式中，塑料或模塑料包括一种或多种可模塑或可成形的(共)聚合物或树脂，优选为聚丙烯之类的聚烯烃；还包括含有以下组分的膨胀型组合物一种或多种含磷催化剂、一种或多种包含氧杂环的热塑性树脂或(共)聚合物成碳化合物、以及一种或多种能够在第一引发温度引起发泡的发泡剂，该组合物在第二引发温度引起发泡，使第一引发温度和第二引发温度之差等于或大于10℃，该差值最高为150℃。这些模塑料可用作阻燃覆盖材料(capstock)。在另一实施方式中，本专利技术提供了一种形成涂层、膜或成形制品的方法，在此方法中，所述粉末组合物在以涂层形式施涂、或形成膜、或混入热固性基质内并对该基质成形之后，在大约160℃固化，因此发泡剂不会在固化过程中被活化。在固化过程中不会起泡，涂层在处于燃烧或火焰中之前才会起泡。本专利技术还在结构钢之类的基材上提供固化的膨胀型组合物的涂层。具体实施例方式可以将其中发泡引发温度即起泡温度超过(共)聚合物或树脂的固化或硬化温度的包含(共)聚合物或树脂的膨胀型组合物涂布在基材上、或成形或形成任意形状的制品和膜，然后进行固化，而不会使组合物起泡。热固性树脂固化形成耐久的涂层、膜或成形的制品，热塑性树脂在固化过程中是化学惰性的。加注燃料通过燃烧、炭形成和膨胀可以是不受控制的剧烈反应。在高于250℃的燃烧或加热快速地激活四唑，从而引发涂层、膜或成形材料的膨胀。持续的加热激活了含磷催化剂，催化剂释放出如磷酸的游离酸，游离酸与热固性树脂主链以及含氧杂环或氮杂环的热塑性树脂上的羟基、缩醛基、缩酮基、自由基氧或环氧基反应，生成耐高温的磷酸盐。同时，热塑性树脂软化或熔融形成柔性物质，柔性物质将生成的气体包含在其中，从而形成泡沫体。另外，在高于发泡引发温度下燃烧或加热的过程中，所述涂层或制品变成塑性的，组合物发生热解释放出气体，使膜或制品膨胀。另外，随着加热的增强，磷酸盐分解成磷酸、水蒸汽、二氧化碳和碳质炭。水蒸汽和二氧化碳使物质进一步膨胀，热塑性树脂提供挠性使炭膨胀。在炭逐渐膨胀时，炭比较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨胀型粉末组合物，该组合物包含：　　　　在第一引发温度引起发泡的一种或多种发泡剂；　　　　一种或多种含磷催化剂；　　　　一种或多种羟基官能或环氧官能热固性树脂成碳化合物；　　　　一种或多种含有杂环的热塑性树脂或（共）聚合物成碳化合物；以及，　　　　一种或多种固化剂，　　　　所述组合物在第二引发温度引起发泡，所述第一引发温度和第二引发温度之差等于或大于１０℃，该差值最高为１５０℃。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：N瑟普利斯，JE瓦茨，KR沃斯霍恩，
申请(专利权)人：罗门哈斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]