白糖作為防火塗料中成炭劑的新用途及其工藝配方的製作方法

2023-04-25 06:33:41 2

專利名稱：白糖作為防火塗料中成炭劑的新用途及其工藝配方的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種白糖的新用途及其應用工藝配方，特別是用於防火塗料用成炭劑的新用途，遇火後它具有很好的構成發泡炭層的效果，可以起到部分替代較昂貴成炭劑——季戊四醇的用途。屬阻燃劑技術領域。
背景技術：
火災是最常見、最頻繁地威脅人類生命安全和財產安全的主要災害之一。隨著我國城市化的發展，越來越多的人集中在城市中，導致樓房越來越高，樓房密度越來越大，使撲滅火災的難度增大和撲滅火災的時間延長。而且，隨著人們生活水平的提高，人們對建築的裝飾越來越豐富，在裝修的過程中，不可避免的需要使用易燃的高分子材料，如塗料、膠黏劑、塑料產品，因此發生火
災的可能性大大提高。比如2008年9月20日發生在深圳"舞王"俱樂部的火災，導致43人死亡，事因是表演煙花引燃了聚氨酯泡沬天花板。發生在美國的"9.11"事件，導致高樓最後倒塌的重要原因是使用的鋼材沒有進行防火保護處理，沒防火保護的鋼材僅在60(TC就開始軟化喪失強度，使樓房倒塌。
防火塗料可廣泛地應用於建築物的鋼材、修飾面、電纜、預應力混凝土樓板、隧道等領域，它可以起到防火隔熱、降低火焰的傳播速度、防止火災蔓延擴散等作用。防火塗料按照防火形式分類為非膨脹型防火塗料和膨脹型防火塗料。非膨脹型防火塗料遇火時塗層基本上不發生體積變化，形成釉狀保護層。該保護層在一定程度上可起到隔絕氧氣的作用，從而避免或延緩了燃燒反應的發生。但這類塗料所生成的釉狀保護層導熱率一般較大，隔熱效率差，因此需要較厚的塗層才能有一定的防火效果。即使使用厚塗層，防火隔熱的效果往往也不好。膨脹型防火塗料在遇火或高溫時塗層會膨脹發泡，形成高分子發泡層，這種發泡層在遇火和酸脫水情況下，會炭化，形成質地疏鬆的既能防火又能隔熱的發泡炭層。塗層膨脹發泡產生泡沫層的過程中因為體積擴大而呈吸熱反應，也消耗了大量的熱量，所以膨脹型防火塗料防火隔熱效果顯著。由於膨脹型防火塗料所需塗層厚度較薄、防火隔熱效果好，因此是目前防火塗料的主流。
對於有機高分子型防火塗料， 一般需要包括以下四種組成 一、成炭劑需要有高含碳量物質，它在火焰作用的高溫下脫水，產生足夠數量的焦炭三維空間結構，可以形成適當密度和一定厚度的炭質泡沫層，有效起到防火隔熱的功效。二、脫水炭化催化劑在較低的溫度下分解，形成強酸性物質，能促使高碳量物質在高溫下迅速分解，形成海綿狀炭質層，同時促進生成不燃性氣體。
三、發泡劑在高溫下分解產生大量如NH3、 C02、 H20、 HC1和HBr等難燃燒氣體，
並使成膜高分子熔體氣泡膨脹，形成泡沫狀結構。四、粘結劑實際上一般為
防火塗料的成膜物質，它可以把塗料中各種組份緊密地粘結在一起，乾燥後形成堅韌的塗層，使防火塗料有必要的力學性能和其它性能。粘結劑在高溫時轉變為粘稠狀熔融物，有一定的流動性，發泡劑分解產生的氣體鼓泡穿過粘稠狀熔融物後發生膨脹和形成泡沫層。
不同的使用要求和使用場合，防火要求也不一樣。膨脹型防火塗料的品種
和塗覆厚度也不一樣。 一般塗層的厚度為0.2 3mm,遇火後膨脹20 80倍，即隔熱距離延長了 20 80倍；從導熱係數的變化看， 一般塗層導熱係數入為l(TW/m2.K數量級，而發泡後的炭化層入為10—5W/m2.K數量級，即降低了 IO倍左右。根據傳熱方程可知傳遞到保護材料上的熱量僅為火災熱量的幾百分之一。
成炭劑的效果一方面取決於成炭劑的含碳量和羥基數目，另一方面也取決於成炭劑的分解溫度。其中含碳量決定了它的炭化速度，羥基含量決定了它的脫水和形成泡沬的速度。成炭劑用量應當適量，用量過多，則抑制炭泡沫層的膨脹高度，使發泡炭層結構緻密，不能起到良好的隔熱效果。但成炭劑用量過少，則不利於形成完整的炭泡沫層，從而達不到防火隔熱的目的。較好的成炭劑一般具有含碳量高但炭化反應速度較慢的特性。
目前，主要的成炭劑為季戊四醇、丙三醇和聚乙烯醇。季戊四醇是一個含有4個伯羥基的四元醇，為白色結晶，分子式為C晶必，純季戊四醇熔點為263°C，含炭量為44%，羥基含量為50%，它是一種熔點高、效率高、使用廣泛的成炭劑，但成本高。丙三醇又稱甘油，為無色、透明、無臭、無毒的粘稠液體，
分子式為C3H803，丙三醇具有吸溼性，丙三醇用於防火塗料中可以起到成炭劑的 作用。丙三醇含炭量為39%，羥基含量為55%,主要用於透明膨脹型防火塗料， 但它熔點過低，容易滲出。聚乙烯醇是一種高分子材料，主鏈為-C-C-，側基含 有羥基，也可以在塗料中做成炭劑，不過成炭效率相對較低。

發明內容
本發明的目的在於提出一種白糖的新用途及其工藝配方，即作為防火塗料 中的新型成炭劑。該成炭劑具有廉價、無毒、高效等優點，效果接近季戊四醇， 但價格僅相當於季戊四醇的30%，可以用於部分取代季戊四醇。
本發明的技術方案是通過以下途徑實現的，它是將白糖作為成炭劑，加入 到防火塗料中，起到成炭劑的作用。
具體應用配比為 一種聚氨酯塗料，各組成物按照每100重量份聚氨酯為
基準，添加聚磷酸銨20 25重量份，白糖30 45重量份，尿素18 30重量份， 雙氰胺6 15重量份，三聚氰胺8 20重量份，0P-10乳化劑1 2重量份，金 紅石型二氧化鈦12 20重量份，輕質碳酸鈣(600目)10 20重量份，二甲苯 40 60重量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡 劑2份。
根據以上技術方案所做防火塗料，具有施工簡便、裝飾好、發泡炭層有較 好的強度不易坍塌、防火能力強、與鋼板粘附力強等優點。白糖作為成炭劑可 以完全滿足防火塗料成炭劑的要求，可以代替或部分代替昂貴的成炭劑——季 戊四醇。
具體實施例方式
下面具體描述本發明的具體實施方式
。
本發明是將白糖作為成炭劑，加入到防火塗料中，起到成炭劑的作用，用 於塗敷在鋼板上的防火阻燃塗料。
白糖是由葡萄糖及果糖各一個分子脫水縮合而成的非還原性的雙糖，分子 式為C12H22011,白糖含炭量為42%，羥基含量為55%,白糖加熱至160°C，便熔化成為濃稠透明的液體，在高溫和酸作用下，白糖易脫水形成具有三維空間 結構的焦炭層。因此，從理論上講，白糖有很好的成炭效果。
具體應用配比為以聚氨酯塗料為例，各組成物按照每100重量份聚氨酯
為基準，添加聚磷酸銨20 25重量份，白糖30 45重量份，尿素18 30重量 份，雙氰胺6 15重量份，三聚氰胺8 20重量份，0P-10乳化劑1 2重量份， 金紅石型二氧化鈦12 20重量份，輕質碳酸鈣(600目)10 20重量份，二甲 苯40 60重量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消 泡劑2份。
生產工藝為按配方將聚氨酯塗料和阻燃用助劑，即聚磷酸銨、白糖、尿素、 雙氰胺、三聚氰胺、二甲苯、金紅石型二氧化鈦、輕質碳酸鈣、聚乙烯醇、羥 甲基纖維素、消泡劑混合於容器內攪拌機攪勻，使用時充分混勻，塗於鋼板上， 可得到膨脹型防火塗層。
使用噴塗工藝將該塗料噴塗於打磨、除油後的鋼板上。塗層厚度為1 3mm， 耐火極限時間為0. 5 1. 4小時。該防火塗料在25'C下表幹時間為8小時以內； 在水中浸泡24小時塗層無起層、發泡、脫落現象；耐冷熱循環16次塗層無開 裂、發泡、脫落現象；遇火後塗層發泡膨脹，發泡炭層膨脹倍率為35 60倍。
根據以上技術方案提出的防火塗料，在常溫下噴塗於處理好的鋼板上。需 要厚的防火塗膜時需要多次噴塗，每次待塗料表幹後再噴塗。
以聚氨酯防火塗料為例。
實施例1:
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸銨22重量份，白糖30重量份，尿 素18重量份，雙氰胺6重量份，三聚氰胺15重量份，0P-10乳化劑1重量份， 金紅石型二氧化鈦12重量份，輕質碳酸鈣(600目)18重量份，二甲苯40重 量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。 按工藝要求製備出防火塗料，塗層厚度為1.6 ram，耐火極限為42分鐘。
實施例2 :
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸銨25重量份，白糖40重量份，尿素21重量份，雙氰胺8重量份，三聚氰胺10重量份，OP-10乳化劑1重量份， 金紅石型二氧化鈦14重量份，輕質碳酸鈣(600目)IO重量份，二甲苯52重 量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。 按工藝要求製備出防火塗料，塗層厚度為2.0ram，耐火極限為51分鐘。 實施例3 :
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸銨20重量份，白糖36重量份，尿 素27重量份，雙氰胺6重量份，三聚氰胺8重量份，0P-10乳化劑1重量份， 金紅石型二氧化鈦12重量份，輕質碳酸鈣(600目)20重量份，二甲苯48重 量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。 按工藝要求製備出防火塗料，塗層厚度為1.0mm，耐火極限為32分鐘。
實施例4:
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸銨25重量份，白糖45重量份，尿 素18重量份，雙氰胺15重量份，三聚氰胺18重量份，0P-10乳化劑2重量份， 金紅石型二氧化鈦14重量份，輕質碳酸鈣(600目)IO重量份，二甲苯60重 量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。 按工藝要求製備出防火塗料，塗層厚度為3.0mm，耐火極限為62分鐘。
實施例5:
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸銨25重量份，白糖45重量份，尿 素22重量份，雙氰胺9重量份，三聚氰胺12重量份，0P-10乳化劑1. 5重量份， 金紅石型二氧化鈦12重量份，輕質碳酸鈣(600目)20重量份，二甲苯50重 量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。 按工藝要求製備出防火塗料，塗層厚度為3.0mm，耐火極限為64分鐘。
實施例6:
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸銨24重量份，白糖38重量份，尿 素20重量份，雙氰胺15重量份，三聚氰胺20重量份，0P-10乳化劑2重量份， 金紅石型二氧化鈦20重量份，輕質碳酸鈣(600目)10重量份，二甲苯55重 量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。按工藝要求製備出防火塗料，塗層厚度為2.0mm，耐火極限為51分鐘。 實施例7:
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸銨20重量份，白糖30重量份，尿 素18重量份，雙氰胺7重量份，三聚氰胺8重量份，0P-10乳化劑1重量份， 金紅石型二氧化鈦14重量份，輕質碳酸鈣(600目)IO重量份，二甲苯48重 量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。 按工藝要求製備出防火塗料，塗層厚度為2.0ram，耐火極限為44分鐘。
權利要求
1、一種白糖作為防火塗料中成炭劑的新用途，其特徵在於白糖可以作為成炭劑，加入到防火塗料中，起到成炭劑的作用。
2、 一種實現如根據權利要求1所述的一種白糖作為防火塗料中成炭劑的新用途，其特徵在於它的應用配方為 一種聚氨酯塗料，各組成物按照每100重量份聚氨酯為基準，添加聚磷酸銨20 25重量份，白糖30 45重量份，尿素 18 30重量份，雙氰胺6 15重量份，三聚氰胺8 20重量份，0P-10乳化劑l 2重量份，金紅石型二氧化鈦12 20重量份，輕質碳酸鈣10 20重量份，二甲 苯40 60重量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消 泡劑2份。
3、 一種實現如根據權利要求1所述的一種白糖作為防火塗料中成炭劑的新 用途，其特徵在於它的應用工藝是按照權利要求2所述配方得到的組分混合 於容器內攪拌機攪勻，然後送入球磨機內碾磨，磨到規定的細度後將該料漿轉 入混合缸內，使用時充分混勻，塗於鋼板上，可得到膨脹型防火塗層。
全文摘要
本發明涉及一種白糖作為防火塗料中成炭劑的新用途及其應用工藝配方，屬阻燃劑技術領域。它是將白糖作為成炭劑，加入到防火塗料中，用於塗敷在鋼板上的防火阻燃塗料。具體應用配比為一種聚氨酯塗料，各組成物按照每100重量份聚氨酯為基準，添加聚磷酸銨20～25重量份，白糖30～45重量份，尿素18～30重量份，雙氰胺6～15重量份，三聚氰胺8～20重量份，OP-10乳化劑1～2重量份，金紅石型二氧化鈦12～20重量份，輕質碳酸鈣10～20重量份，二甲苯40～60重量份，防沉劑聚乙烯醇2份、增稠劑羥甲基纖維素2份、有機矽消泡劑2份。本發明具有施工簡便、裝飾好、發泡炭層有較好的強度不易坍塌、防火能力強、與鋼板粘附力強等優點。白糖作為成炭劑可以完全滿足防火塗料成炭劑的要求，可以代替或部分代替昂貴的成炭劑——季戊四醇。
文檔編號C09D175/04GK101550294SQ20091004337
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月13日 優先權日2009年5月13日
發明者劉躍軍, 曾廣勝, 李福枝, 璞 石, 顏愛國 申請人:湖南工業大學