專利名稱：白糖作為防火涂料中成炭劑的新用途及其工藝配方的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白糖的新用途及其應(yīng)用工藝配方，特別是用于防火涂料用成炭劑的新用途，遇火后它具有很好的構(gòu)成發(fā)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(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
火災(zāi)是最常見、最頻繁地威脅人類生命安全和財(cái)產(chǎn)安全的主要災(zāi)害之一。隨著我國城市化的發(fā)展，越來越多的人集中在城市中，導(dǎo)致樓房越來越高，樓房密度越來越大，使撲滅火災(zāi)的難度增大和撲滅火災(zāi)的時(shí)間延長。而且，隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)建筑的裝飾越來越豐富，在裝修的過程中，不可避免的需要使用易燃的高分子材料，如涂料、膠黏劑、塑料產(chǎn)品，因此發(fā)生火
災(zāi)的可能性大大提高。比如2008年9月20日發(fā)生在深圳"舞王"俱樂部的火災(zāi)，導(dǎo)致43人死亡，事因是表演煙花引燃了聚氨酯泡沬天花板。發(fā)生在美國的"9.11"事件，導(dǎo)致高樓最后倒塌的重要原因是使用的鋼材沒有進(jìn)行防火保護(hù)處理，沒防火保護(hù)的鋼材僅在60(TC就開始軟化喪失強(qiáng)度，使樓房倒塌。
防火涂料可廣泛地應(yīng)用于建筑物的鋼材、修飾面、電纜、預(yù)應(yīng)力混凝土樓板、隧道等領(lǐng)域，它可以起到防火隔熱、降低火焰的傳播速度、防止火災(zāi)蔓延擴(kuò)散等作用。防火涂料按照防火形式分類為非膨脹型防火涂料和膨脹型防火涂料。非膨脹型防火涂料遇火時(shí)涂層基本上不發(fā)生體積變化，形成釉狀保護(hù)層。該保護(hù)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(yīng)的發(fā)生。但這類涂料所生成的釉狀保護(hù)層導(dǎo)熱率一般較大，隔熱效率差，因此需要較厚的涂層才能有一定的防火效果。即使使用厚涂層，防火隔熱的效果往往也不好。膨脹型防火涂料在遇火或高溫時(shí)涂層會(huì)膨脹發(fā)泡，形成高分子發(fā)泡層，這種發(fā)泡層在遇火和酸脫水情況下，會(huì)炭化，形成質(zhì)地疏松的既能防火又能隔熱的發(fā)泡炭層。涂層膨脹發(fā)泡產(chǎn)生泡沫層的過程中因?yàn)轶w積擴(kuò)大而呈吸熱反應(yīng)，也消耗了大量的熱量，所以膨脹型防火涂料防火隔熱效果顯著。由于膨脹型防火涂料所需涂層厚度較薄、防火隔熱效果好，因此是目前防火涂料的主流。
對(duì)于有機(jī)高分子型防火涂料， 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(zhì)，它在火焰作用的高溫下脫水，產(chǎn)生足夠數(shù)量的焦炭三維空間結(jié)構(gòu)，可以形成適當(dāng)密度和一定厚度的炭質(zhì)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(qiáng)酸性物質(zhì)，能促使高碳量物質(zhì)在高溫下迅速分解，形成海綿狀炭質(zhì)層，同時(shí)促進(jìn)生成不燃性氣體。
三、發(fā)泡劑在高溫下分解產(chǎn)生大量如NH3、 C02、 H20、 HC1和HBr等難燃燒氣體，
并使成膜高分子熔體氣泡膨脹，形成泡沫狀結(jié)構(gòu)。四、粘結(jié)劑實(shí)際上一般為
防火涂料的成膜物質(zhì)，它可以把涂料中各種組份緊密地粘結(jié)在一起，干燥后形成堅(jiān)韌的涂層，使防火涂料有必要的力學(xué)性能和其它性能。粘結(jié)劑在高溫時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)檎吵頎钊廴谖?，有一定的流?dòng)性，發(fā)泡劑分解產(chǎn)生的氣體鼓泡穿過粘稠狀熔融物后發(fā)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。膨脹型防火涂料的品種
和涂覆厚度也不一樣。 一般涂層的厚度為0.2 3mm,遇火后膨脹20 80倍，即隔熱距離延長了 20 80倍；從導(dǎo)熱系數(shù)的變化看， 一般涂層導(dǎo)熱系數(shù)入為l(TW/m2.K數(shù)量級(jí)，而發(fā)泡后的炭化層入為10—5W/m2.K數(shù)量級(jí)，即降低了 IO倍左右。根據(jù)傳熱方程可知傳遞到保護(hù)材料上的熱量僅為火災(zāi)熱量的幾百分之一。
成炭劑的效果一方面取決于成炭劑的含碳量和羥基數(shù)目，另一方面也取決于成炭劑的分解溫度。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(yīng)當(dāng)適量，用量過多，則抑制炭泡沫層的膨脹高度，使發(fā)泡炭層結(jié)構(gòu)致密，不能起到良好的隔熱效果。但成炭劑用量過少，則不利于形成完整的炭泡沫層，從而達(dá)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(yīng)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(gè)含有4個(gè)伯羥基的四元醇，為白色結(jié)晶，分子式為C晶必，純季戊四醇熔點(diǎn)為263°C，含炭量為44%，羥基含量為50%，它是一種熔點(diǎn)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，丙三醇具有吸濕性，丙三醇用于防火涂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%,主要用于透明膨脹型防火涂料， 但它熔點(diǎn)過低，容易滲出。聚乙烯醇是一種高分子材料，主鏈為-C-C-，側(cè)基含 有羥基，也可以在涂料中做成炭劑，不過成炭效率相對(duì)較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種白糖的新用途及其工藝配方，即作為防火涂料 中的新型成炭劑。該成炭劑具有廉價(jià)、無毒、高效等優(yōu)點(diǎn)，效果接近季戊四醇， 但價(jià)格僅相當(dāng)于季戊四醇的30%，可以用于部分取代季戊四醇。
本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下途徑實(shí)現(xiàn)的，它是將白糖作為成炭劑，加入 到防火涂料中，起到成炭劑的作用。
具體應(yīng)用配比為 一種聚氨酯涂料，各組成物按照每100重量份聚氨酯為
基準(zhǔn)，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(zhì)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(jī)硅消泡 劑2份。
根據(jù)以上技術(shù)方案所做防火涂料，具有施工簡便、裝飾好、發(fā)泡炭層有較 好的強(qiáng)度不易坍塌、防火能力強(qiáng)、與鋼板粘附力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。白糖作為成炭劑可 以完全滿足防火涂料成炭劑的要求，可以代替或部分代替昂貴的成炭劑——季 戊四醇。
具體實(shí)施例方式
下面具體描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
本發(fā)明是將白糖作為成炭劑，加入到防火涂料中，起到成炭劑的作用，用 于涂敷在鋼板上的防火阻燃涂料。
白糖是由葡萄糖及果糖各一個(gè)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(jié)構(gòu)的焦炭層。因此，從理論上講，白糖有很好的成炭效果。
具體應(yīng)用配比為以聚氨酯涂料為例，各組成物按照每100重量份聚氨酯
為基準(zhǔn)，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(zhì)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(jī)硅消 泡劑2份。
生產(chǎn)工藝為按配方將聚氨酯涂料和阻燃用助劑，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(zhì)碳酸鈣、聚乙烯醇、羥 甲基纖維素、消泡劑混合于容器內(nèi)攪拌機(jī)攪勻，使用時(shí)充分混勻，涂于鋼板上， 可得到膨脹型防火涂層。
使用噴涂工藝將該涂料噴涂于打磨、除油后的鋼板上。涂層厚度為1 3mm， 耐火極限時(shí)間為0. 5 1. 4小時(shí)。該防火涂料在25'C下表干時(shí)間為8小時(shí)以內(nèi)； 在水中浸泡24小時(shí)涂層無起層、發(fā)泡、脫落現(xiàn)象；耐冷熱循環(huán)16次涂層無開 裂、發(fā)泡、脫落現(xiàn)象；遇火后涂層發(fā)泡膨脹，發(fā)泡炭層膨脹倍率為35 60倍。
根據(jù)以上技術(shù)方案提出的防火涂料，在常溫下噴涂于處理好的鋼板上。需 要厚的防火涂膜時(shí)需要多次噴涂，每次待涂料表干后再噴涂。
以聚氨酯防火涂料為例。
實(shí)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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。 按工藝要求制備出防火涂料，涂層厚度為1.6 ram，耐火極限為42分鐘。
實(shí)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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。 按工藝要求制備出防火涂料，涂層厚度為2.0ram，耐火極限為51分鐘。 實(shí)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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。 按工藝要求制備出防火涂料，涂層厚度為1.0mm，耐火極限為32分鐘。
實(shí)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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。 按工藝要求制備出防火涂料，涂層厚度為3.0mm，耐火極限為62分鐘。
實(shí)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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。 按工藝要求制備出防火涂料，涂層厚度為3.0mm，耐火極限為64分鐘。
實(shí)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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。按工藝要求制備出防火涂料，涂層厚度為2.0mm，耐火極限為51分鐘。 實(shí)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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。 按工藝要求制備出防火涂料，涂層厚度為2.0ram，耐火極限為44分鐘。
權(quán)利要求
1、一種白糖作為防火涂料中成炭劑的新用途，其特征在于白糖可以作為成炭劑，加入到防火涂料中，起到成炭劑的作用。
2、 一種實(shí)現(xiàn)如根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種白糖作為防火涂料中成炭劑的新用途，其特征在于它的應(yīng)用配方為 一種聚氨酯涂料，各組成物按照每100重量份聚氨酯為基準(zhǔn)，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(zhì)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(jī)硅消 泡劑2份。
3、 一種實(shí)現(xiàn)如根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種白糖作為防火涂料中成炭劑的新 用途，其特征在于它的應(yīng)用工藝是按照權(quán)利要求2所述配方得到的組分混合 于容器內(nèi)攪拌機(jī)攪勻，然后送入球磨機(jī)內(nèi)碾磨，磨到規(guī)定的細(xì)度后將該料漿轉(zhuǎn) 入混合缸內(nèi)，使用時(shí)充分混勻，涂于鋼板上，可得到膨脹型防火涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種白糖作為防火涂料中成炭劑的新用途及其應(yīng)用工藝配方，屬阻燃劑技術(shù)領(lǐng)域。它是將白糖作為成炭劑，加入到防火涂料中，用于涂敷在鋼板上的防火阻燃涂料。具體應(yīng)用配比為一種聚氨酯涂料，各組成物按照每100重量份聚氨酯為基準(zhǔn)，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(zhì)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(jī)硅消泡劑2份。本發(fā)明具有施工簡便、裝飾好、發(fā)泡炭層有較好的強(qiáng)度不易坍塌、防火能力強(qiáng)、與鋼板粘附力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。白糖作為成炭劑可以完全滿足防火涂料成炭劑的要求，可以代替或部分代替昂貴的成炭劑——季戊四醇。
文檔編號(hào)C09D175/04GK101550294SQ20091004337
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月13日
發(fā)明者劉躍軍, 曾廣勝, 李福枝, 璞 石, 顏愛國 申請(qǐng)人:湖南工業(yè)大學(xué)