[发明专利]基于多异氰酸酯的膨胀型涂料

说明书

膨胀型涂料组合物，其包含多异氰酸酯、异氰酸酯反应性多官能化合物和膨胀成分，其中所述膨胀成分含有至少一种或多种含磷、氮和硼原子的化合物且所述膨胀成分中磷与氮的重量比为0.5/1至1.5/1，且硼的量为1至5重量%，基于所述涂料组合物计。

本发明涉及膨胀型涂料组合物，其特别但非排它性地用于在火灾情况下保护钢结构。具体而言，本发明涉及膨胀型聚氨酯涂料，其包含含多元醇的粘合剂和多异氰酸酯组分、膨胀添加剂和任选无机填料。

钢是广泛用于建造工业（桥梁、建筑、汽车）中的材料并还在其它市场例如航海、军事和海上平台中起重要作用。结构钢是对于所有这些应用可选择的材料并通常是建筑和工程中的第一选择。它提供设计灵活性且是不可燃材料。

但在火灾情况下，其高导热性导致结构性能随着升高的温度而迅速丧失。在约500℃下，其显著部分的负载能力丧失。为了在火灾期间使居住者安全疏散或使急救服务人员安全进入建筑物中，使钢组件能保持其承载强度的时间量最大化是至关重要的。耐火梁所需的耐火期在建筑法规中通常以30、60、90或120分钟的防火来规定（这是指当梁暴露于火灾中时在该时间段内不失效）。例如，通常可要求高达三层的钢结构在屈服前具有至少60分钟，甚至高达120或180分钟的防火。

设法实现所需使用寿命的一种方式是通过向钢结构施涂膨胀型涂料（例如膨胀型漆料）。这样的涂料包含被各种膨胀成分“染色”的树脂，这些膨胀成分在热作用下共同反应以产生具有低导热性的隔热泡沫或“炭层(char)”，其具有多倍于初始涂料的体积。基于丙烯酸类的膨胀型涂料在暴露于热时典型地膨胀50至100倍并形成使钢保持冷却的耐热屏障；环氧基膨胀型涂料在暴露于热时典型地膨胀5至10倍。

所述炭层保护下面的结构组件免于受热，由此延迟结构组件达到其临界失效温度（CFT）的时间。CFT是钢组件的结构完整性受损时的温度。如果上述组件构成建筑物结构的一部分，则这可导致建筑物坍塌。延迟达到CFT能够确保建筑物的安全疏散并同时增加消防队可用于灭火的时间，由此大大减小建筑物坍塌的风险。

膨胀型涂料经设计以在严苛条件下起作用并在环境温度超过1100˚C时保持钢完整性高达三小时。

膨胀成分通常由提供下列功能的三种活性组分构成：酸源（催化性酸性物类的前体）、碳源和起泡或气体源。优选还存在无机“成核剂”。可任选地添加可为固体或液体性质的添加剂，以在燃烧时辅助炭层形成和/或强化炭层。

在第一阶段中，发生酸性物类与碳化剂的反应并形成酯混合物，随后进行碳化过程。在第二阶段中，起泡剂分解以产生致使炭层膨胀的气态产物。

典型现有技术的膨胀填料包（package）包括二氧化钛、季戊四醇或二季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺或含三聚氰胺的化合物例如磷酸三聚氰胺和氰脲酸三聚氰胺。优选的膨胀填料包可具有如下组成：

• 二氧化钛（整个涂料组合物的5-15重量%）

• 季戊四醇（整个涂料组合物的5-15重量%）

• 聚磷酸铵（整个涂料组合物的20-40重量%）

• 三聚氰胺（整个涂料组合物的5-15重量%）。

膨胀型涂料组合物通常用于保护钢组件免受包括纤维素（纸张、木材等的燃烧）、烃类（石油化学液体和气体）和/或喷射火（在高压下射出的烃类燃料）的本领域中已知的着火条件的影响。

用于纤维素火灾的现有技术膨胀型涂料倾向基于热塑性树脂体系例如丙烯酸酯或乙烯基树脂；典型厚度为250 μm至5 mm。然而，烃类防火主要基于热固性环氧树脂技术并要求厚度为3 mm至18 mm。

然而，丙烯酸类体系的耐气候性差，且环氧体系需要较长的干燥时间。

传统上，将膨胀型涂料在建筑物建造阶段原位施涂到钢结构上。近来，店内（in-shop）施涂已成为更常见的做法，因为可以更好地控制施涂条件。