改進的可噴塗防火組合物的製作方法

2023-05-24 00:13:51 4

專利名稱：改進的可噴塗防火組合物的製作方法
技術領域：
本發明領域本發明涉及一種可噴塗施工的、石膏基的防火組合物，該組合物含有其量足以使組合物延遲凝固至少24小時、優選至少72小時的某種凝固抑制劑，該組合物還依然可與凝固促進劑一起混合噴塗施工並提供一種有效的防火組合物，其中一種是具有優異懸掛性能及收率的可泵送和可噴塗施工型的組合物。
本發明示例性的新型組合物使用了石膏基粘合劑及凝固抑制劑，包括其量足以使防火組合物延遲凝固至少24小時、優選最高可達72-96小時或更多的羥基羧酸、聚羧酸、磷酸，或其鹽或衍生物。本發明另一個示例性的新型組合物包括使用石膏基粘合劑和其量為防火組合物中粘合劑重量的0.4-7.5％的蛋白質類凝固抑制劑，其中凝固延遲至少24小時。
本發明也涉及一種方法，其中採用抑制劑使石膏基防火組合物在噴塗設備中以流體的形態過夜，而在第二天與可注入的凝固促進劑(如硫酸鋁)仍保持可噴塗施工的性能。
本發明背景眾所周知，為了在金屬構件和其他建築表面上提供耐熱塗層必須噴塗施用防火淤漿。美國專利3,719,513和3,839,059(此處通過引用併入本文)公開了石膏基製劑，除了石膏粘合劑外此製劑還含有輕質無機聚集體(如蛭石)、纖維狀物(如纖維素)和攜氣劑。
美國專利4,751,024(此處通過引用併入本文)公開了含有作為防火組合物中輕質聚集體的聚苯乙烯屑的可噴塗防火組合物。
由於防火組合物通常以幹混合物的形式被送至建築施工現場，然後通過加入適量的水形成淤漿，其製備和施用過程可能花費許多小時的時間。因而通常儘量延遲混合物的凝固時間以便提供一個可為人接受的現場貯存期。這種在攪拌機的延遲與噴塗施用後要求的快速凝固時間相矛盾；人們急切希望當組合物噴塗施用後能得到快速的凝固時間以便提供防火主體。因此，需要在使用抑制劑和促進劑之間取得準確的平衡，然而這很難做到。顯然，如果在進料鬥或攪拌機中使混合物基本上硬化，則其將無法泵送，對其目的應用毫無用處可言。
這種防火淤漿通常在地面上製備並泵送至使用點，在使用點處噴塗施用於底材上。在包括高層建築的情況中使用點通常超過二十或三十層。美國專利4,934,596和5,520,332(此處通過引用併入本文)分別公開了一種方法以及通過軟管和噴嘴可用於噴塗施用防火組合物的設備。通過注入導入促進劑流體並均勻分配於流動的淤漿中以便在施用後加速噴塗施用的防火組合物的凝固。
因此，在可噴塗的防火淤漿中包含凝固抑制劑和凝固促進劑並非是偶然或憑直覺的選擇。這種防火淤漿的配方和製備之所以複雜是因為可泵性是關鍵的特徵所配製的組合物必須保持使其能夠容易泵送並送至高處的大量的水，同時還必須維持足以防止各種成分發生分離或沉降並使底材以給定的厚度得到適宜的收率或覆蓋率的稠度。組合物必須能夠攜帶性質穩定的空氣以便通過常規防火噴塗設備進行泵送。塗料混合物在淤漿狀和幹的狀態下都必須能夠粘附於底材上。同時，混合物凝固時必須不能出現因過度的膨脹或收縮而導致嚴重損害乾燥塗層的隔離價值的裂紋的形成。
包括攪拌機、泵、軟管、噴嘴和其他輔助設備的噴塗設備在完成施工作業後通常需要泵水進行清洗以確保不使可噴塗組合物在過夜後硬化並堵塞設備。因而，在每一個工作日結束時操作者都需要花費時間清除並清洗其設備。此外，從攪拌機和軟管泵出的未使用淤漿也存在環境方面的問題。因此，目前的防火劑導致了損失生產時間並產生浪廢的問題。目前可泵送的防火淤漿含有其量為組合物中粘合劑重量的0.2-0.25％的蛋白質基物質(如馬蹄)，這種物質使淤漿的凝固時間延遲了約4-12小時。
但在本發明出現之前，在防火工業中一直未指出或提議能夠將凝固時間延遲至少24小時和最高可達72-96小時的用於噴塗施用的石膏基防火組合物。本發明人私下推斷，在其間可以使用數量足以使防火組合物延遲凝固過夜(如16-24小時)或延遲過周末的蛋白質基凝固抑制劑，而高濃度的蛋白質類凝固抑制劑將產生令人極其不適的氣味。此外，在美學效果顯得重要的場合中，大量的這種含蛋白質的凝固抑制劑可能產生不利的後果使施用並就地凝固的防火塗料產生色斑。
然而，直到本發明人完成以下將提出的內部試驗後才認識到其早期關於採用延遲凝固的抑制劑而不會喪失石膏基防火組合物的防火性能的私下推斷是多麼地具有創造力。
本發明概要在克服先有技術各種缺點的基礎上，本發明提供了一種當與水混合形成可噴塗淤漿時能夠在常規噴塗設備中維持其流動性過夜(或周末)，並且在第二天當與注入的凝固促進劑一起使用時依然保持噴塗施用性能(如以上背景部分所述)的改進的石膏基防火組合物。因此，本發明涉及在噴塗施用操作期間具有「延遲凝固」性能的防火組合物及方法。
本發明的一個示例性防火組合物包括石膏基粘合劑、至少一種堆積密度為0.4-10磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的輕質聚集體，並且還包括(a)選自羥基羧酸或其鹽或其衍生物、聚羧酸或其鹽或其衍生物，或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑；或(b)基於防火組合物中粘合劑總的乾重計算(35-150°F)其量至少為0.4％、更優選為0.4-7.5％(最優選為0.5-5.0％)的蛋白質類凝固抑制劑。
一種優選的凝固抑制劑包括聚丙烯酸鈉，當將其置於防火組合物(通常以含有粘合劑的粉末和聚集體的形式提供，然後再與水混合)的含水淤漿環境時形成聚丙烯酸。基於防火組合物中粘合劑組分總的乾重計算，優選聚丙烯酸鈉的用量為至少0.25-4.5％。
一種用於延遲石膏基防火組合物凝固的示例性方法包括將以下物質摻合進組合物中至少一種堆積密度為0.4-10.0磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的輕質聚集體，和包括(a)選自羥基羧酸或其鹽或其衍生物、聚羧酸或其鹽或其衍生物，或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑；或(b)基於防火組合物中粘合劑總的乾重計算(通常防火組合物的噴塗施用溫度範圍為35-150°F)其量至少為0.4％、更優選為0.4-7.5％(最優選為0.4-4.0％)的蛋白質類凝固抑制劑的凝固抑制劑。
本發明的新穎性和創造性在於具體描述的凝固抑制劑可用在採用如美國專利4,904,503、4,934,596或5,520,332(此處通過引用併入本文)所述的常規噴塗設備和方法的常規石膏基防火組合物中。
一種示例性的防火方法包括(a)通過攪拌機和軟管噴塗施用包括蛋白質類凝固抑制劑(其中基於粘合劑組分的乾重計算該凝固抑制劑的用量遠低於0.4％)的第一種石膏基防火組合物；和(b)隨後將包括(a)選自羥基羧酸或其鹽或其衍生物、聚羧酸或其鹽或其衍生物，或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑；或(b)基於組合物中粘合劑的乾重計算其量為0.4-7.5％(更優選為0.4-4.0％)的蛋白質類凝固抑制劑的第二種石膏基防火組合物導入相同的攪拌機和相同的軟管中。
第二種石膏基防火組合物可任選含有著色劑、染料或顏料以使操作者能夠肉眼分辨出兩種防火組合物，並且操作者可因此根據肉眼確定第二種組合物完全進入噴塗設備，這樣安全地停止運轉過夜或周末(視情況而定)。操作者可以在第二天採用注入的凝固促進劑繼續噴塗施用，並可任選地回復到第一種防火組合物(具有較低含量的凝固抑制劑)。在以下將進一步詳細描述本發明的各種特徵及優點。
示例性實施方案的詳述除非另有說明，否則此處所給的所有百分數及比例均按重量計(基於製備防火淤漿的幹(粉末)混合物的總固體重量計算)。因此本發明涉及乾粉形式的組合物(可向其加入水以提供淤漿)以及涉及在應用地點通過加水得到的淤漿的形式的組合物(以得到能水合的石膏基防火組合物的方式進行有效的泵送和噴塗施用的淤漿)。
如此處所用的術語「石膏基防火組合物」指的是包括石膏作為主要粘合劑(如在總的防火組合物中包括至少51％重量、更優選至少80％重量的粘合劑組分或成分)的組合物(幹形式或淤漿形式)，並且當其為淤漿形式時可通過泵、軟管和噴嘴採用常規噴塗施用設備噴塗施用於金屬構件或底材(如鋼梁架或鋼板)上並提供防火和隔熱保護。金屬構件的保護通常體現在金屬在高溫條件下發生起皺或扭曲的可能性大幅減少。
術語「石膏」指的是未水合的和水合的熟石膏，並且主要為包括硫酸鈣的粘合劑。因而「石膏」包括如在加水前存在於幹混合物中的熟石膏(未水合的)以及石膏本身(水合的熟石膏)。例如，術語「石膏」也可包括灰泥(半水合硫酸鈣)以及全水合的硫酸鈣。短語「石膏基粘合劑(或粘合劑組分)」將統稱所用的粘合劑，如與少量卜特蘭水泥混合的石膏(如石膏的量高於水泥或其他粘合劑的量)。
因此，在本發明的示例性石膏基防火組合物中，所用的粘合劑組分的總量可為組合物中固體總重量(幹)的25-95％、更優選至少為組合物中總固體重量的30-90％、最優選至少為60-85％。
本發明源自以下意想不到的發現可包括(a)選自羥基羧酸或其鹽或其衍生物、聚羧酸或其鹽或其衍生物，或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑；或(b)基於組合物中粘合劑的總乾重計算其量為0.4-7.5％的蛋白質類凝固抑制劑的凝固抑制劑可成功地用於石膏基防火組合物中從而延遲凝固至少24小時(如過夜)或在72-96小時內(如周末)。第二天這種防火組合物與常規凝固促進劑如硫酸鋁(注入軟管或噴嘴)一起噴塗施用，而依然保持作為可噴塗施用防火組合物的有效性。
本發明優選的凝固抑制劑可以是酸或鹽的形式，如聚丙烯酸鈉(以淤漿的形式)或聚丙烯酸鹽(以粉末鹽的形式)；聚丙烯酸鉀或聚丙烯酸鹽，以及磷酸鈉或(聚)磷酸鹽。為了獲得延遲凝固的性能(如至少24小時至最長可達約96小時的流動性)，可以使用聚丙烯酸或其鹽(如聚丙烯酸鈉)(通常噴塗施用溫度為35-150°F)，優選其量為防火組合物中粘合劑乾重的0.1-4.5％，或如果按組合物中總固體的百分數計算，為0.1-1.5％、更優選為0.2-1.0％。對於磷酸或磷酸鹽(如磷酸鈉)而言，由於其延遲凝固性能較差，因此優選其量大致為聚丙烯酸鹽的量的兩倍。
在本發明其他的示例性實施方案中，本發明人也驚奇地發現，通過使蛋白質類凝固抑制劑的量增加一倍或甚至兩倍，石膏基組合物的凝固可以延遲至少24小時或更長。基於防火組合物中粘合劑的乾重計算，蛋白質類凝固抑制劑的用量應為0.4-7.5％、更優選為0.4-4.0％。
本發明人原私下推斷可將增加量的蛋白質類凝固抑制劑摻合進石膏基的防火組合物中，但直到進行了大劑量的蛋白質類凝固抑制劑的實驗室試驗後他們才意識到此方法的新穎性。儘管人們可能認為加入凝固抑制劑使凝固得以延遲是自然的結果，但本發明人已證實其本身並不顯著，或在噴塗施用石膏基防火的情況中甚至需要盡力去嘗試，因對於保持可噴塗施用防火組合物的有效性而言有著許多要求。組合物需要混合，採用常規防火施用設備(有時高達30層樓或更高)通過長而窄的軟管進行泵送，然後在使用點或其附近注入凝固促進劑。因此本發明人一開始即將注意力放在合成凝固抑制劑上，與使用蛋白質類凝固抑制劑相比合成凝固抑制劑具有避免產生色斑和難聞氣味的優點，但又認識到在石膏基防火技術中獲得延遲的凝固(24小時流動性和更長)確實是新穎和具有創造性(即使採用蛋白質類凝固抑制劑)。
對於羥基羧酸、聚羧酸以及磷酸類型的凝固抑制劑而言，本發明人相信很難按常規選擇用於石膏基防火組合物中進行混合、泵送並在噴塗施用期間注入凝固促進劑的凝固抑制劑。
本發明人發現，對具體的凝固抑制劑而言證實其能夠保持石膏基防火組合物的有效性具有許多要求，如(1)防火組合物在所需的延長期間內必須不能凝固；(2)凝固抑制劑的加入必須不能破壞組合物攜帶空氣並在淤漿中保持穩定的微型空氣空隙的性能(否則其在常規的防火組合物噴塗設備中將無法泵送)；(3)當含有凝固抑制劑的組合物滯留在垂直布置5-30層樓或更高的軟管時必須不會發生分離或溶脹；(4)組合物「喚醒(woken up)」的性能或換言之當在噴塗施周期間注入常規凝固促進劑時懸掛在底材表面(如鋼梁架和鋼板)上的性能；和(5)組合物還允許泡沫的發生(增強所得防火塗層的熱隔離性能)。
如果發生分離，分離下來的固體將堵塞軟管和噴嘴。如果發生混合組合物的溶脹(或膨脹)，也可以出現堵塞情況，在組合物密度減少的情況中，當組合物為淤漿狀時將由於太「鬆散」而無法進行有效的泵送。
我們觀察到，在一些市售的石膏(如熟石膏或灰泥粘合劑)中可能有極少量(基於石膏基組合物中的粘合劑重量計算通常遠低於0.4％)在製造過程中結合的蛋白質類凝固抑制劑(衍生自動物副產物)。然而這種量的蛋白質類凝固抑制劑不足以使組合物的凝固延遲24小時或更長。就本發明而言，術語「蛋白質類凝固抑制劑」將指至少具有35-95％動物基蛋白質含量(其餘為填料物質或其他添加劑)的組合物。
本發明的示例性防火組合物可含有其他本領域已知的各種添加劑和成分(如攜氣劑、纖維狀物和聚集體)，只要組合物的防火有效性不受破壞即可。組合物還可包括水硬水泥如卜特蘭水泥(通常為石灰、氧化鋁、二氧化矽和氧化鐵的混合物)、高鋁水泥或其他非石膏水泥，在不影響本發明的前提下，只要可以使用注入的凝固促進劑以便繼續噴塗施用本發明的含羧酸石膏基防火組合物即可。
本發明的一個優選示例性組合物包括石膏粘合劑、至少一種輕質聚集體、攜氣劑和纖維狀組分。
此處所用的術語「輕質聚集體」是指堆積密度為0.4-10.0磅/立方英尺(1bs/ft3)或(6.4-160千克/立方米)的物質，這包括膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、膨脹粘土小球、玻璃珠、石纖維、碎紙(如報紙)、碎的膨脹型聚苯乙烯，或其混合物。術語「輕質」用來區別本發明考慮使用的聚集體與用於混凝土領域(如預混合的混凝土)的細小聚集體(如沙)或粗大聚集體(如礫石和石頭)。雖然輕質聚集體的量可以變化很大，但根據聚集體的密度、存在於組合物中的其他物質以及所需的各種物理性能，基於總固體的乾重計算，輕質聚集體的存在量可少至1％重量，多至80％重量或更多。
碎的膨脹型聚苯乙烯是一種優選的輕質聚集體，因發現其對防火效率及在金屬底材上的粘附力方面均具有有益的提高。碎的報紙也提供一種示例性的輕質聚集體材料，它可單獨使用，也可與上述其他的輕質聚集體一起使用。一種相信適用於本發明的優選防火組合物公開於例如Larry Shu等人的美國專利4,751,024(此處通過全部引用併入本文)中。另一種適宜的組合物公開於Dennis M.Hilton等人的美國專利4,904,503(此處通過全部引用也併入本文)中。一種適宜的石膏基防火組合物(以幹品的形式銷售，在施工現場與水混合後得到可噴塗的淤漿)由Grace Construction Products(Cambridge，Massachusetts)銷售，商品名為MK-6。
本發明的示例性組合物還可包括起提高厚度或效率作用的攜氣劑。例如，常規的攜氣劑包括α-烯烴磺酸鹽或月桂基磺酸鈉。攜氣劑可任選地(雖然優選)以基於總固體乾重的0.1-0.4％的量存在於本發明防火組合物中。
本發明示例性合成凝固抑制劑的一個優點是，它們能使石膏基防火組合物(當做成淤漿時)得到過夜「休息(sleeping)」(保持流體狀態)的性能，當用量足以延遲防火組合物的凝固相等的時間，其用量約為常規蛋白質類凝固抑制劑所需的四分之一至三分之一。同時，合成凝固抑制劑可用於所噴塗施用的防火組合物處於顯眼的情形，因與使用蛋白質類凝固抑制劑不同，羥基羧酸、聚羧酸和磷酸基的凝固抑制劑混入常規石膏基防火組合物時不會引起難聞的氣味和產生色斑。相反，當蛋白質類的凝固抑制劑為優選用量0.4％和以上(更優選為至少1.0％)(基於組合物中粘合劑的重量計)時，最好能覆蓋防火組合物以便遮掩其變色現象。同時可能還需要在防火組合物中或其上加入常用氣味抑制劑、吸收劑、空氣清新劑或掩蔽劑，或將其藏於牆或其他視覺障礙物後。
本發明的一個示例性方法包括將至少一種輕質聚集體和任選如上所述的其他添加劑、其量足以使組合物的凝固延遲至少24小時的合成或蛋白質類凝固抑制劑加入到石膏基防火組合物中。其他步驟包括在噴塗施工於底材之上期間往所述組合物中注射入凝固促進劑(如防火領域中公知的明礬凝固促進劑材料)。優選用於此用途的凝固抑制劑為聚丙烯酸鈉，其優選用量約為防火組合物中粘合劑乾重的至少0.1％。
本發明的其他示例性方法能使操作者在要求超過一天才能完全的工作中使用上述新型石膏基防火組合物而無須清除(清洗)和清潔(衝洗)噴塗設備(如泵、攪拌機、軟管、噴嘴等)。例如，操作者可以使用常規的噴塗施工設備和常規的石膏基防火組合物製劑(其中之一為蛋白質類凝固抑制劑的量為石膏基組合物中粘合劑的乾重的0.2-0.25％)；並且在一天工作結束時，用以下物質替代常用蛋白質類凝固抑制劑(1)基於組合物中粘合劑的重量計增加量為0.4-7.5％的蛋白質類凝固抑制劑；或(2)選自羥基羧酸或其鹽或其衍生物、聚羧酸或其鹽或其衍生物，或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑。然後可簡單地關閉噴塗設備，使防火組合物在攪拌機和軟管中「休息」而無須擔心其將硬化並堵塞噴塗設備。第二天(或周末後的周一)操作者可以立即繼續防火組合物的施工(採用注入的凝固促進劑)，並任選轉換回步驟(1)的常規防火組合物。
著色劑、染料或顏料可任選用於具有延遲凝固抑制劑的防火組合物中以使操作者能夠肉眼檢測其何時完全替代了攪拌設備(和軟管及噴嘴)中的常規製劑，並且隨後關閉噴塗設備過夜或甚至過周末。
因此，本發明的另一示例性方法包括(1)通過攪拌機和軟管噴塗施用其量為0.2-0.25％(乾重，基於組合物中石膏重量計算)的蛋白質類凝固抑制劑和輕質聚集體的第一種防火組合物；和(2)將第二種石膏基防火組合物導入到相同的攪拌機和相同的軟管中，不同於第一種的第二種石膏基組合物包括凝固抑制劑(包括羥基羧酸、聚羧酸、磷酸，或其鹽或其衍生物，或基於組合物中粘合劑的乾重計其量為0.4-7.5％的蛋白質類凝固抑制劑)和至少一種輕質聚集體(優選其量為組合物乾重的1-80％)。優選在步驟(2)中的凝固抑制劑包括丙烯酸的衍生物(如鹽)，例如聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀。另一種優選用於步驟(2)的凝固抑制劑為聚磷酸鈉。然後可以關閉噴塗設備過夜或周末。第二天操作者可以採用凝固促進劑(如按慣例注入軟管或噴嘴的硫酸鋁)繼續噴塗施工。優選第二種防火組合物的顏色不同於第一種防火組合物，以便使噴塗設備的操作者能夠肉眼檢測何時第二種組合物已全部替代噴塗設備中的第一種組合物。不同的顏色可通過採用著色劑、染料或顏料來得到，這將使得操作者肉眼確定第二種防火組合物完全裝滿攪拌機和軟管，然後可以關閉噴塗施工設備而無須擔心組合物將發生硬化並堵塞設備。示例性的著色劑、染料或顏料可包括酞菁藍，如售自ROMA Color，Inc.，Fall River，Massachusetts。或者以商品名STRAT-LINETM售自Wilmington，Ohio的AmericanTool Companies的著色劑。在第二天(或周末或節日後的第二天)，可按已知的方法(如美國專利4,904,503、4,934,596或5,520,332(此處通過引用併入本文)中所述的噴塗施用法)將在攪拌機和軟管中「休息」的第二種防火(淤漿)組合物噴塗施用(如與注入的凝固促進劑一起)進淤漿組合物。
在另外的示例性方法中，操作者可以回復到較便宜且具有較快凝固特性的第一種防火組合物(步驟(a)所用)以便最大限度地減少剩餘項目的費用。使用包括丙烯酸衍生物(任選具有著色劑、染料或顏料)的新型合成凝固抑制劑可以節省勞動力及材料費用同時還避免產生廢物。
在本發明另外示例性組合物和方法中，本發明人考慮本發明的延遲凝固的抑制劑，它包括羥基羧酸、聚羧酸、磷酸(或其鹽或其衍生物)，或甚至0.4-7.5％(基於粘合劑乾重計)的蛋白質類凝固抑制劑可與任選的染料、著色劑或顏料一起包裝並在使用點處導入到石膏基防火組合物中。因此，例如聚丙烯酸鹽和著色劑可包裝在可開啟或直接扔入攪拌機的水溶性或非水溶性(如牛皮紙)容器中；或其可以在容器(如可在使用點開啟並倒入到攪拌機的瓶子或盒子)中可流動液體的形式提供。
在另外實施方案中，常規的石膏基防火組合物可以粉末形式銷售，包括石膏粘合劑、在一個或多個袋中的至少一種輕質聚集體，以及分開包裝的延遲凝固的抑制劑(具有任選的著色劑、染料或顏料)作為包裝系統的組成部分，其中延遲凝固的抑制劑(如(聚)丙烯酸鈉、(聚)磷酸鈉)可以進行適當地計量並當操作者希望關停噴塗設備直到第二天時將其導入到防火組合物中。
因此本發明的示例性方法包括噴塗施用含有常用量(基於粘合劑組分重量的0.2-0.25％)的蛋白質類凝固抑制劑的常規石膏基防火組合物；其後將合成凝固抑制劑(如聚丙烯酸鈉、聚磷酸鈉)或其量為粘合劑重量的0.4-4.0％的蛋白質類凝固抑制劑以足以使組合物在泵及噴塗設備中防止發生硬化至少24小時的量導入到該組合物中。
以下的實施例僅用於說明的目的而非對本發明的範疇構成限制。
實施例1常規防火組合物與本發明的新型組合物的對比試驗顯示了在取得抑制凝固方面的優異性能。常規的防火組合物可通過混合石膏(如固體總乾重的25-95％)、輕質聚集體如膨脹型聚苯乙烯屑(約0.5-4％重量)、攜氣劑(許多常規發泡表面活性劑也能起作用)、作為另一種輕質聚集體的碎報紙(約為1-6％重量)和包括蛋白質類凝固抑制劑的凝固抑制劑(約為粘合劑重量的0.2-0.25％)進行製備。例如，市售的蛋白質類凝固抑制劑可得自National Gypsum，商品名為REDTOP。
可類似於上述第一種組合物的製備方法製備第二種防火組合物，不同之處在於用基於粘合劑乾重0.1-2.0％的聚丙烯酸鈉代替剛剛提及的蛋白質類凝固抑制劑。
將第一種和第二種組合物如下法分別進行施用並評價將組合物放置於攪拌機(可以是槳式攪拌機、螺旋漿式攪拌機、連續或間歇式攪拌機)中，然後通過25-100英尺或更長、約四分之三至三英寸厚的軟管進行泵送，注入硫酸鋁凝固抑制劑，然後通過壓縮空氣動力噴嘴噴塗至鋼板底材上。我們將觀察對比這些可噴塗的防火組合物，具有聚丙烯酸鈉的第二種組合物在攪拌機和軟管中可以保持流態(如「休息」)1-3天或更久，並且仍能與注入的硫酸鋁一起進行噴塗施用，並具有防火性能。另一方面，具有蛋白質類凝固抑制劑的第一種組合物在攪拌機和軟管中發生硬化，如果噴塗設備需要關閉過夜則需從噴塗設備中清洗及衝洗出來。
實施例2就本發明而言，如果各種化學藥品在與水混合形成可噴塗施用的淤漿在至少72小時後無法維持足夠流動性的淤漿(12維卡或更高，參見ASTM472-93)，則認為其無法作為石膏基防火組合物的延遲凝固抑制劑。
將以下各種化學組分混入標準石膏基防火組合物中並在塑料樣品杯(加以密封以防水的蒸發)中在70°F下進行試驗，並在下表1中註明了其作為延遲凝固抑制劑的相對程度(皆延長了凝固的延遲時間以及當與常規凝固促進劑如硫酸鋁混合時可以出現發泡及凝固現象)。同時還註明了每一種化學組分基於防火組合物總乾重的量。
表1
上述數據表明本發明選擇的凝固抑制劑使石膏基防火組合物的凝固延遲72小時並非是例行試驗的問題。
實施例3採用包括石膏(總固體的25-90％重量)、輕質聚集體(總固體的1-50％重量)和水的防火組合物再進行試驗。使用常規凝固抑制劑出現了意想不到的事情在凝固抑制劑的用量和石膏基防火組合物凝固前的持續時間之間沒有線性關係。實際上，已發現在較高的濃度下，一些常規凝固抑制劑對防火組合物極其不利。
常見的凝固抑制劑包括硼砂、EDTA鈉、檸檬酸鈉和酒石酸。葡糖酸和馬來酸由於具有羧酸基團也用於試驗這組已知的石膏抑制劑。
已知為石膏的凝固抑制劑的硼砂在2％時無法有效地延遲防火組合物的凝固。在10％時，硼砂確實延遲了組合物的凝固，但由於空氣的不穩定性而使流體組合物的體積減少。同時，在組合物乾燥期間在其表面上生成鹽膜，這將使防火組合物的外觀變差，使產物積塵，並降低粘結強度。
當EDTA鈉為2％時無法延遲石膏防火組合物凝固抑制超過24小時。當其量增加至組合物重量的10％時，組合物依然在72小時內凝固。觀察到組合物的體積增加，顯示出凝固抑制劑量的增加產生了氣泡。這將造成無法泵送。這種體積的增加在噴塗施工過程中可以導致軟管爆裂。
檸檬酸鈉也是一種已知的石膏凝固抑制劑。當其用量為組合物重量的10％時，組合物在少於72小時內凝固。在組合物的乾燥過程中也生成了鹽層。
酒石酸是一種已知的石膏凝固抑制劑，當其用量為10％重量時將造成組合物極其不利的膨脹。組合物在少於72小時內凝固，同時還產生大量的空氣空隙，導致防火粘結強度的降低。
採用已知為水泥凝固抑制劑的葡糖酸進行試驗。樣品也在少於72小時內凝固，導致組合物體積膨脹，具有大量的空氣空隙，並具有鹽層。
觀察到馬來酸使石膏防火組合物在少於72小時內凝固，同時還使組合物收縮。空氣變得不穩定及破裂。這將使組合物無法泵送。
因此，上述的各種凝固抑制劑的試驗表明，僅簡單地通過互換和/或改變凝固抑制劑來改變石膏防火組合物以獲得延遲凝固的特性，同時還保持所需的防火性能的效果並不明顯。
相反，使用其量約為粘合劑重量的0.25％的聚丙烯酸鈉和使用其量為粘合劑重量的1％的蛋白質類凝固抑制劑不會引起防火組合物膨脹或收縮，並且顯示出將凝固推延至72小時以上的性能；另外，它們不會引起大量的空氣空隙或在防火組合物上形成鹽層(目視為帶白色的膜)。因此，本發明具有延遲凝固抑制劑的發明性防火組合物的示例性特徵為其提供防火有效性而不會造成體積的膨脹或收縮，並且不會形成鹽層或帶白色層。
以上所提供的討論及實施例僅出於說明的目的，並非對所要求權利保護的本發明的範疇進行限制。
權利要求
1.一種防火組合物，所述組合物包括石膏基粘合劑；至少一種堆積密度為0.4-10磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的輕質聚集體；還包括(a)選自羥基羧酸或其鹽或其衍生物、聚羧酸或其鹽或其衍生物，或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑；或(b)基於所述組合物中粘合劑乾重計算其量至少為0.4％的蛋白質類凝固抑制劑。
2.權利要求1的組合物，其中所述凝固抑制劑包括基於所述組合物中粘合劑乾重計算其量為0.4-7.5％的蛋白質類凝固抑制劑。
3.權利要求2的組合物，其中所述蛋白質類凝固抑制劑佔所述組合物中石膏重量的至少1.0-3.0％。
4.權利要求1的組合物，其中所述凝固抑制劑包括選自羥基羧酸或其鹽或其衍生物、聚羧酸或其鹽或其衍生物，或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑。
5.權利要求4的組合物，其中所述凝固抑制劑包括其量至少為所述石膏基防火組合物中粘合劑乾重的0.05％的合成抑制劑。
6.權利要求4的組合物，其中所述凝固抑制劑的平均分子量不超過15,000。
7.權利要求1的組合物，其中所述凝固抑制劑為聚丙烯酸鈉。
8.權利要求1的組合物，其中所述凝固抑制劑為磷酸或其鹽或其衍生物。
9.權利要求8的組合物，其中所述凝固抑制劑為聚磷酸鈉。
10.權利要求1的組合物，其中所述輕質聚集體的存在量為所述組合物中固體乾重的1-80％。
11.權利要求1的組合物，其中所述至少一種輕質聚集體包括膨脹蛭石、膨脹珍珠巖、膨脹粘土小球、玻璃珠、石纖維、碎紙或碎的膨脹型聚苯乙烯。
12.權利要求11的組合物，其中所述至少一種輕質聚集體包括碎的膨脹型聚苯乙烯，並且所述組合物還包括第二種包括碎紙的輕質聚集體。
13.權利要求1的組合物，其中所述凝固抑制劑包括其量為石膏基組合物中粘合劑乾重的0.1-4.5％的聚丙烯酸鈉。
14.權利要求13的組合物，其中所述凝固抑制劑的用量足以使凝固延遲至少24小時，並且當使用常規凝固促進劑進行噴塗施用時有效地提供一種體積基本上不溶脹或收縮並在防火組合物的表面上不形成肉眼可見的鹽層的防火組合物。
15.權利要求14的組合物，其中所述聚丙烯酸鈉的分子量為1,000-15,000。
16.權利要求1的組合物，其中所述組合物為乾粉的形式，往其中加水可得到可泵送的淤漿。
17.權利要求1的組合物，其中所述組合物還包括水，並且其形式為可泵送的淤漿。
18.權利要求1的組合物，所述組合物還包括攜氣劑。
19.權利要求4的組合物，所述組合物還包括蛋白質類凝固抑制劑。
20.權利要求1的組合物，所述組合物還包括著色劑、染料或顏料。
21.權利要求1的組合物，其中所述凝固抑制劑包括聚丙烯酸鈉或聚丙烯酸鉀，或其鹽或其衍生物。
22.權利要求2的組合物，其中所述凝固抑制劑包括其量為所述石膏基組合物中粘合劑乾重的0.4-4.0％的蛋白質類凝固抑制劑，並且還包括掩味劑或吸收劑。
23.一種用於抑制石膏基防火組合物凝固的方法，包括將至少一種堆積密度為0.4-10磅/立方英尺(6.4-160千克/立方米)的輕質聚集體以及其量有效地使所述防火組合物的凝固抑制至少24小時的凝固抑制劑加入到所述組合物中。
24.權利要求23的方法，其中所述防火組合物包括在將所述組合物噴塗施用於底材之上期間將一種凝固促進劑注入所述組合物的步驟，並且所述凝固抑制劑的用量足以使所述防火組合物的凝固延遲至少72小時。
25.權利要求24的方法，其中所述凝固抑制劑的有效量基本不會引起所述防火組合物的體積的溶脹或收縮，或當與沒有所述有效量的所述凝固抑制劑的防火組合物相比時，在噴塗施用期間不會在所述防火組合物的表面上形成肉眼可見的鹽層。
26.權利要求25的方法，其中所述凝固抑制劑包括聚丙烯酸鈉。
27.權利要求25的方法，其中所述凝固抑制劑包括聚磷酸鈉。
28.權利要求25的方法，其中所述凝固抑制劑包括其量為所述組合物中粘合劑重量的至少0.4％的蛋白質類凝固抑制劑，籍此使所述組合物的凝固延遲至少24小時。
29.一種防火方法，包括(a)通過攪拌機和軟管噴塗施用包括蛋白質類凝固抑制劑的第一種石膏基防火組合物；和(b)隨後將具有(i)不同的凝固抑制劑，或(ii)其量大於步驟(a)中用量的抑制劑的第二種石膏基防火組合物導入相同的攪拌機及相同的軟管，步驟(b)的凝固抑制劑的用量有效地使所述防火組合物的凝固延遲至少24小時。
30.權利要求29的方法，其中所述第二種石膏基防火組合物還包括著色劑、染料或顏料以便使操作者在所述噴塗施用期間能夠肉眼分辨出所述第一種和第二種防火組合物。
31.權利要求29的方法，所述方法還包括使所述第二種石膏基防火組合物在所述攪拌機及軟管中保存過夜，並隨後在第二天噴塗施用所述組合物。
32.一種包括噴塗施用石膏基防火組合物的方法，所述組合物包括其量低於所述組合物中粘合劑重量的0.4％的蛋白質類凝固抑制劑，並且(i)將包括羥基羧酸、聚羧酸、磷酸，或其鹽或其衍生物的凝固抑制劑導入到所述組合物中；或(ii)將所述蛋白質類凝固抑制劑的總量提高至所述組合物中粘合劑重量的0.4％以上，籍此使所述組合物的凝固延遲至少24小時。
33.權利要求29的方法，其中使用了包括丙烯酸或磷酸或其鹽或其衍生物的合成凝固抑制劑。
34.一種防火包裝系統，包括第一種防火組合物，所述第一種防火組合物包括石膏粘合劑和蛋白質類凝固抑制劑，兩者均裝於第一個包裝袋中；和第二種防火組合物，所述第二種防火組合物包括有效地使其凝固延遲至少24小時的量的凝固抑制劑，所述第二種防火組合物裝於第二個包裝袋中。
35.權利要求34的包裝系統，還包括裝有凝固促進劑的第三個包裝袋。
36.權利要求34的包裝系統，其中所述第二個包裝袋還包括著色劑、染料或顏料以便當裝於所述第一個包裝袋內的防火組合物為淤漿形式時改變其顏色，籍此肉眼將所述第二種防火組合物從所述第一種防火組合物中分辨出來。
37.一種用於延遲石膏基防火組合物過夜的組合物，包括羥基羧酸、聚羧酸或磷酸，或其鹽或其衍生物；和著色劑、染料或顏料。
38.權利要求37的組合物，其中將所述組合物包裝於即將在石膏基防火組合物淤漿中分散及打開的包裝袋中，籍此包裝袋內容物可從中釋放並分散於淤漿內。
全文摘要
包括輕質聚集體和凝固抑制劑的改進可噴塗石膏基防火組合物,其中所述凝固抑制劑的量為能有效地使所述組合物的凝固延遲至少24小時、優選至少72－96小時而不會引起組合物溶脹或收縮或噴塗施工時在組合物上形成鹽層。此防火組合物可在常規噴塗軟管中保持流動性過夜,同時在第二天或接連的工作日中當噴塗施用於底材上時還能注入凝固促進劑(如硫酸鋁)。
文檔編號E04B1/94GK1346390SQ00805460
公開日2002年4月24日 申請日期2000年1月12日 優先權日1999年1月27日
發明者L·J·金德特, D·M·希爾頓, R·P·佩裡託 申請人:格雷斯公司