白糖作为防火涂料中成炭剂的新用途及其工艺配方.pdf

本发明涉及一种白糖作为防火涂料中成炭剂的新用途及其应用工艺配方，属阻燃剂技术领域。它是将白糖作为成炭剂，加入到防火涂料中，用于涂敷在钢板上的防火阻燃涂料。具体应用配比为：一种聚氨酯涂料，各组成物按照每100重量份聚氨酯为基准，添加聚磷酸铵20～25重量份，白糖30～45重量份，尿素18～30重量份，双氰胺6～15重量份，三聚氰胺8～20重量份，OP-10乳化剂1～2重量份，金红石型二氧化钛12～20重量份，轻质碳酸钙10～20重量份，二甲苯40～60重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。本发明具有施工简便、装饰好、发泡炭层有较好的强度不易坍塌、防火能力强、与钢板粘附力强等优点。白糖作为成炭剂可以完全满足防火涂料成炭剂的要求，可以代替或部分代替昂贵的成炭剂——季戊四醇。

1、  一种白糖作为防火涂料中成炭剂的新用途，其特征在于白糖可以作为成炭剂，加入到防火涂料中，起到成炭剂的作用。

2、  一种实现如根据权利要求1所述的一种白糖作为防火涂料中成炭剂的新用途，其特征在于它的应用配方为：一种聚氨酯涂料，各组成物按照每100重量份聚氨酯为基准，添加聚磷酸铵20～25重量份，白糖30～45重量份，尿素18～30重量份，双氰胺6～15重量份，三聚氰胺8～20重量份，OP-10乳化剂1～2重量份，金红石型二氧化钛12～20重量份，轻质碳酸钙10～20重量份，二甲苯40～60重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。

3、  一种实现如根据权利要求1所述的一种白糖作为防火涂料中成炭剂的新用途，其特征在于：它的应用工艺是按照权利要求2所述配方得到的组分混合于容器内搅拌机搅匀，然后送入球磨机内碾磨，磨到规定的细度后将该料浆转入混合缸内，使用时充分混匀，涂于钢板上，可得到膨胀型防火涂层。

白糖作为防火涂料中成炭剂的新用途及其工艺配方
技术领域
本发明涉及一种白糖的新用途及其应用工艺配方，特别是用于防火涂料用成炭剂的新用途，遇火后它具有很好的构成发泡炭层的效果，可以起到部分替代较昂贵成炭剂——季戊四醇的用途。属阻燃剂技术领域。
技术背景
火灾是最常见、最频繁地威胁人类生命安全和财产安全的主要灾害之一。随着我国城市化的发展，越来越多的人集中在城市中，导致楼房越来越高，楼房密度越来越大，使扑灭火灾的难度增大和扑灭火灾的时间延长。而且，随着人们生活水平的提高，人们对建筑的装饰越来越丰富，在装修的过程中，不可避免的需要使用易燃的高分子材料，如涂料、胶黏剂、塑料产品，因此发生火灾的可能性大大提高。比如2008年9月20日发生在深圳“舞王”俱乐部的火灾，导致43人死亡，事因是表演烟花引燃了聚氨酯泡沫天花板。发生在美国的“9.11”事件，导致高楼最后倒塌的重要原因是使用的钢材没有进行防火保护处理，没防火保护的钢材仅在600℃就开始软化丧失强度，使楼房倒塌。
防火涂料可广泛地应用于建筑物的钢材、修饰面、电缆、预应力混凝土楼板、隧道等领域，它可以起到防火隔热、降低火焰的传播速度、防止火灾蔓延扩散等作用。防火涂料按照防火形式分类为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料。非膨胀型防火涂料遇火时涂层基本上不发生体积变化，形成釉状保护层。该保护层在一定程度上可起到隔绝氧气的作用，从而避免或延缓了燃烧反应的发生。但这类涂料所生成的釉状保护层导热率一般较大，隔热效率差，因此需要较厚的涂层才能有一定的防火效果。即使使用厚涂层，防火隔热的效果往往也不好。膨胀型防火涂料在遇火或高温时涂层会膨胀发泡，形成高分子发泡层，这种发泡层在遇火和酸脱水情况下，会炭化，形成质地疏松的既能防火又能隔热的发泡炭层。涂层膨胀发泡产生泡沫层的过程中因为体积扩大而呈吸热反应，也消耗了大量的热量，所以膨胀型防火涂料防火隔热效果显著。由于膨胀型防火涂料所需涂层厚度较薄、防火隔热效果好，因此是目前防火涂料的主流。
对于有机高分子型防火涂料，一般需要包括以下四种组成：一、成炭剂：需要有高含碳量物质，它在火焰作用的高温下脱水，产生足够数量的焦炭三维空间结构，可以形成适当密度和一定厚度的炭质泡沫层，有效起到防火隔热的功效。二、脱水炭化催化剂：在较低的温度下分解，形成强酸性物质，能促使高碳量物质在高温下迅速分解，形成海绵状炭质层，同时促进生成不燃性气体。三、发泡剂：在高温下分解产生大量如NH₃、CO₂、H₂O、HCl和HBr等难燃烧气体，并使成膜高分子熔体气泡膨胀，形成泡沫状结构。四、粘结剂：实际上一般为防火涂料的成膜物质，它可以把涂料中各种组份紧密地粘结在一起，干燥后形成坚韧的涂层，使防火涂料有必要的力学性能和其它性能。粘结剂在高温时转变为粘稠状熔融物，有一定的流动性，发泡剂分解产生的气体鼓泡穿过粘稠状熔融物后发生膨胀和形成泡沫层。
不同的使用要求和使用场合，防火要求也不一样。膨胀型防火涂料的品种和涂覆厚度也不一样。一般涂层的厚度为0.2～3mm，遇火后膨胀20～80倍，即隔热距离延长了20～80倍；从导热系数的变化看，一般涂层导热系数λ为10^-4W/m².K数量级，而发泡后的炭化层λ为10^-5W/m².K数量级，即降低了10倍左右。根据传热方程可知传递到保护材料上的热量仅为火灾热量的几百分之一。
成炭剂的效果一方面取决于成炭剂的含碳量和羟基数目，另一方面也取决于成炭剂的分解温度。其中含碳量决定了它的炭化速度，羟基含量决定了它的脱水和形成泡沫的速度。成炭剂用量应当适量，用量过多，则抑制炭泡沫层的膨胀高度，使发泡炭层结构致密，不能起到良好的隔热效果。但成炭剂用量过少，则不利于形成完整的炭泡沫层，从而达不到防火隔热的目的。较好的成炭剂一般具有含碳量高但炭化反应速度较慢的特性。
目前，主要的成炭剂为季戊四醇、丙三醇和聚乙烯醇。季戊四醇是一个含有4个伯羟基的四元醇，为白色结晶，分子式为C₆H₁₂O₄，纯季戊四醇熔点为263℃，含炭量为44％，羟基含量为50％，它是一种熔点高、效率高、使用广泛的成炭剂，但成本高。丙三醇又称甘油，为无色、透明、无臭、无毒的粘稠液体，分子式为C3H8O3，丙三醇具有吸湿性，丙三醇用于防火涂料中可以起到成炭剂的作用。丙三醇含炭量为39％，羟基含量为55％，主要用于透明膨胀型防火涂料，但它熔点过低，容易渗出。聚乙烯醇是一种高分子材料，主链为-C-C-，侧基含有羟基，也可以在涂料中做成炭剂，不过成炭效率相对较低。
发明内容
本发明的目的在于提出一种白糖的新用途及其工艺配方，即作为防火涂料中的新型成炭剂。该成炭剂具有廉价、无毒、高效等优点，效果接近季戊四醇，但价格仅相当于季戊四醇的30％，可以用于部分取代季戊四醇。
本发明的技术方案是通过以下途径实现的，它是将白糖作为成炭剂，加入到防火涂料中，起到成炭剂的作用。
具体应用配比为：一种聚氨酯涂料，各组成物按照每100重量份聚氨酯为基准，添加聚磷酸铵20～25重量份，白糖30～45重量份，尿素18～30重量份，双氰胺6～15重量份，三聚氰胺8～20重量份，OP-10乳化剂1～2重量份，金红石型二氧化钛12～20重量份，轻质碳酸钙(600目)10～20重量份，二甲苯40～60重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。
根据以上技术方案所做防火涂料，具有施工简便、装饰好、发泡炭层有较好的强度不易坍塌、防火能力强、与钢板粘附力强等优点。白糖作为成炭剂可以完全满足防火涂料成炭剂的要求，可以代替或部分代替昂贵的成炭剂——季戊四醇。
具体实施方式
下面具体描述本发明的具体实施方式。
本发明是将白糖作为成炭剂，加入到防火涂料中，起到成炭剂的作用，用于涂敷在钢板上的防火阻燃涂料。
白糖是由葡萄糖及果糖各一个分子脱水缩合而成的非还原性的双糖，分子式为C12H22O11，白糖含炭量为42％，羟基含量为55％，白糖加热至160℃，便熔化成为浓稠透明的液体，在高温和酸作用下，白糖易脱水形成具有三维空间结构的焦炭层。因此，从理论上讲，白糖有很好的成炭效果。
具体应用配比为：以聚氨酯涂料为例，各组成物按照每100重量份聚氨酯为基准，添加聚磷酸铵20～25重量份，白糖30～45重量份，尿素18～30重量份，双氰胺6～15重量份，三聚氰胺8～20重量份，OP-10乳化剂1～2重量份，金红石型二氧化钛12～20重量份，轻质碳酸钙(600目)10～20重量份，二甲苯40～60重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。
生产工艺为按配方将聚氨酯涂料和阻燃用助剂，即聚磷酸铵、白糖、尿素、双氰胺、三聚氰胺、二甲苯、金红石型二氧化钛、轻质碳酸钙、聚乙烯醇、羟甲基纤维素、消泡剂混合于容器内搅拌机搅匀，使用时充分混匀，涂于钢板上，可得到膨胀型防火涂层。
使用喷涂工艺将该涂料喷涂于打磨、除油后的钢板上。涂层厚度为1～3mm，耐火极限时间为0.5～1.4小时。该防火涂料在25℃下表干时间为8小时以内；在水中浸泡24小时涂层无起层、发泡、脱落现象；耐冷热循环16次涂层无开裂、发泡、脱落现象；遇火后涂层发泡膨胀，发泡炭层膨胀倍率为35～60倍。
根据以上技术方案提出的防火涂料，在常温下喷涂于处理好的钢板上。需要厚的防火涂膜时需要多次喷涂，每次待涂料表干后再喷涂。
以聚氨酯防火涂料为例。
实施例1：
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸铵22重量份，白糖30重量份，尿素18重量份，双氰胺6重量份，三聚氰胺15重量份，OP-10乳化剂1重量份，金红石型二氧化钛12重量份，轻质碳酸钙(600目)18重量份，二甲苯40重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。按工艺要求制备出防火涂料，涂层厚度为1.6mm，耐火极限为42分钟。
实施例2：
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸铵25重量份，白糖40重量份，尿素21重量份，双氰胺8重量份，三聚氰胺10重量份，OP-10乳化剂1重量份，金红石型二氧化钛14重量份，轻质碳酸钙(600目)10重量份，二甲苯52重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。按工艺要求制备出防火涂料，涂层厚度为2.0mm，耐火极限为51分钟。
实施例3：
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸铵20重量份，白糖36重量份，尿素27重量份，双氰胺6重量份，三聚氰胺8重量份，OP-10乳化剂1重量份，金红石型二氧化钛12重量份，轻质碳酸钙(600目)20重量份，二甲苯48重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。按工艺要求制备出防火涂料，涂层厚度为1.0mm，耐火极限为32分钟。
实施例4：
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸铵25重量份，白糖45重量份，尿素18重量份，双氰胺15重量份，三聚氰胺18重量份，OP-10乳化剂2重量份，金红石型二氧化钛14重量份，轻质碳酸钙(600目)10重量份，二甲苯60重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。按工艺要求制备出防火涂料，涂层厚度为3.0mm，耐火极限为62分钟。
实施例5：
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸铵25重量份，白糖45重量份，尿素22重量份，双氰胺9重量份，三聚氰胺12重量份，OP-10乳化剂1.5重量份，金红石型二氧化钛12重量份，轻质碳酸钙(600目)20重量份，二甲苯50重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。按工艺要求制备出防火涂料，涂层厚度为3.0mm，耐火极限为64分钟。
实施例6：
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸铵24重量份，白糖38重量份，尿素20重量份，双氰胺15重量份，三聚氰胺20重量份，OP-10乳化剂2重量份，金红石型二氧化钛20重量份，轻质碳酸钙(600目)10重量份，二甲苯55重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。按工艺要求制备出防火涂料，涂层厚度为2.0mm，耐火极限为51分钟。
实施例7：
按照每100重量份聚氨酯，添加聚磷酸铵20重量份，白糖30重量份，尿素18重量份，双氰胺7重量份，三聚氰胺8重量份，OP-10乳化剂1重量份，金红石型二氧化钛14重量份，轻质碳酸钙(600目)10重量份，二甲苯48重量份，防沉剂聚乙烯醇2份、增稠剂羟甲基纤维素2份、有机硅消泡剂2份。按工艺要求制备出防火涂料，涂层厚度为2.0mm，耐火极限为44分钟。