專(zhuān)利名稱(chēng)：使用膨脹涂料的耐火絕熱建筑板的制作方法
背景技術(shù)：
復(fù)合絕熱板如帶有金屬表面層的發(fā)泡芯板(泡沫板)已被證明對(duì)于建筑應(yīng)用極其有用。這種高絕熱值和易處理性(重量輕、建造快)使得這些絕熱板理想適用于做冷藏庫(kù)、冷凍設(shè)備和倉(cāng)庫(kù)的屋頂和墻壁。
復(fù)合絕熱板必須滿足各種各樣的需求以便被批準(zhǔn)作為建筑應(yīng)用的屋頂和墻壁的構(gòu)件。這些需求包括隨各個(gè)國(guó)家根據(jù)應(yīng)用而變化的一些耐火試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于在美國(guó)使用的這種板，必須經(jīng)常通過(guò)復(fù)合試驗(yàn)，如在Factory Mutual 4880合格標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)一級(jí)絕熱墻或墻和屋頂/天花板中描述的復(fù)合試驗(yàn)。在英國(guó)，存在類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)，叫做Loss Prevention Standard1181，它是對(duì)用作建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的墻壁和天花板內(nèi)襯系統(tǒng)的要求和試驗(yàn)。
由于最近環(huán)境法規(guī)的修改使得使用對(duì)環(huán)境更加友好的發(fā)泡劑成為必要，這些環(huán)境法規(guī)控制在制造摻入了堅(jiān)硬的聚氨酯(PUR)或者聚異氰脲酸酯(PIR)泡沫的復(fù)合絕熱板中所使用的氟氯化碳(CFC)發(fā)泡劑。因?yàn)閳?jiān)硬的聚氨酯(PUR)或者聚異氰脲酸酯(PIR)泡沫具有封閉的胞狀結(jié)構(gòu)，發(fā)泡劑就成為了復(fù)合絕熱板的永久部分。因此，改變發(fā)泡劑對(duì)復(fù)合泡沫板的整體易燃性具有顯著的效果。
在努力解決與在復(fù)合泡沫板中使用的PUR和PIR泡沫的發(fā)泡劑有關(guān)的環(huán)境問(wèn)題的過(guò)程中，工業(yè)中已經(jīng)使用碳?xì)浠衔?，如戊烷、環(huán)戊烷、異戊烷和戊烷的混合物，作為廉價(jià)的無(wú)臭氧消耗代用品，來(lái)代替昂貴的氟氯化碳(HFC)發(fā)泡劑，例如245fa。然而適合的烴類(lèi)發(fā)泡劑是極其易燃的(戊烷在空氣中的較低爆炸極限僅為1.4％)，因此更難制造出滿足FM4880或LPS1181標(biāo)準(zhǔn)的耐火需要的復(fù)合泡沫板。
工業(yè)中通常使用兩種方法以改進(jìn)復(fù)合絕熱板的防火性。一種方法是通過(guò)包含阻燃添加劑或無(wú)機(jī)添加劑或二者來(lái)改變絕熱芯的組分。然而，配方改變會(huì)難以實(shí)施，因?yàn)樗鼈兛赡軐?duì)泡沫板的其余性能產(chǎn)生不利影響。例如，在絕熱芯特別是泡沫芯里使用許多阻燃添加劑，配方就會(huì)產(chǎn)生操作困難，它們可能改變板密度，并且可能降低板的絕熱性。
在易燃性試驗(yàn)中提高復(fù)合絕熱板性能的另一種方法是使用防火墻如涂層、墊子、片層或表層來(lái)保護(hù)板的易燃泡沫芯以免著火。
下面的文章和專(zhuān)利代表了關(guān)于復(fù)合泡沫板和使用防火墻方法減少與火有關(guān)的安全問(wèn)題的技術(shù)。
US4,122,203公開(kāi)一種用于建筑應(yīng)用的由在兩個(gè)表面層之間的泡沫芯組成的泡沫聚合材料。插入泡沫芯和一個(gè)表面層之間的是一個(gè)流到或噴射到泡沫材料上的熱屏障。熱屏障是一種摻入了IIA族金屬例如硫酸鎂七水合物的樹(shù)脂材料。
US4,024,310公開(kāi)一種具有改進(jìn)耐火性能的由在兩個(gè)表面板之間起泡的堅(jiān)硬的異氰脲酸酯基泡沫芯組成的疊層板。該層壓材料的特征在于具有一個(gè)應(yīng)用于泡沫-表面層界面的內(nèi)表面上，任選地與粘合劑粘成單一結(jié)構(gòu)的膨脹材料層，例如，硼酸鹽磷酸鹽。在制造過(guò)程中，含膨脹材料如硅酸鈉的層的一個(gè)表面板放在模板的底部，涂覆面朝上，泡沫混合物被澆注或噴射到模板中，并且第二個(gè)表面板放在其上。硅酸鈉以660克/平方米的水平施加。
US4,530,877公開(kāi)了由具有泡沫塑料芯如PUR或PIR泡沫的兩個(gè)表層或表面層和在二者之間位于泡沫-表面層界面處至少一個(gè)表層的內(nèi)表面上的耐火涂層組成的耐火泡沫絕熱板。在生產(chǎn)該板時(shí)，至少一個(gè)表層涂覆有初始涂層(7.6微米)，緊接著是含膨脹涂料的涂層，即178-254微米厚。
US5,225,464公開(kāi)了適合于建筑應(yīng)用的膨脹涂料組分。在說(shuō)明書(shū)中，使用2388微米厚的膨脹組分涂覆不含金屬的表面層的泡沫異氰脲酸酯板，干燥和試驗(yàn)?zāi)突鹦浴?br> EP0891,860A2公開(kāi)了由粘結(jié)到金屬外層的泡沫芯組成的耐火復(fù)合板。穿孔的膨脹墊層插入泡沫芯和金屬層之間，孔眼有助于芯和金屬層之間的粘結(jié)。膨脹墊是石墨基的并且是厚度為1到3毫米的軟片材形式。
1998年12月8日Flame Seal Products公司的文章Fire Protective Coating-FoamCore Panelized System Test公開(kāi)了聚異氰脲酸酯泡沫板系統(tǒng)，其具有3個(gè)用刷輥現(xiàn)場(chǎng)在形成板上施加的1143微米厚的FX-110S膨脹層的獨(dú)立涂層。該聚異氰脲酸酯泡沫芯由在泡沫芯兩邊具有鋼面的7.62厘米厚的聚合的聚氨酯改性的聚異氰脲酸酯組成。
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明涉及生產(chǎn)適合建筑應(yīng)用的復(fù)合絕熱板方法的改進(jìn)，包括以下步驟將絕熱芯應(yīng)用于至少一個(gè)具有內(nèi)表面和外表面的表面層上，并且所說(shuō)的絕熱芯朝向至少一個(gè)表面層的內(nèi)表面。對(duì)生產(chǎn)復(fù)合絕熱板和提高耐火性方法的改進(jìn)在于以下步驟，其包括將一定量的膨脹涂料組分應(yīng)用于所說(shuō)表面層的外表面上，以提供一個(gè)10到130微米厚的干燥薄膜涂層，由此形成已涂覆的表面層；和其后提供所說(shuō)的絕熱芯，其面向所說(shuō)的涂覆的表面層的內(nèi)表面。
在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過(guò)盤(pán)旋涂覆將膨脹涂料組分應(yīng)用到至少一個(gè)金屬表面層的外表面并且泡沫芯被夾在兩個(gè)金屬表面層的內(nèi)表面當(dāng)中。本發(fā)明也指向復(fù)合絕熱板。
用加強(qiáng)絕熱板耐火性和生產(chǎn)這種板的方法表示的顯著優(yōu)點(diǎn)包括如果發(fā)生火災(zāi)，能夠減少熱量傳遞到絕熱板芯和導(dǎo)致的絕熱板芯的分解；在以FM4880或LPS1181標(biāo)準(zhǔn)對(duì)墻壁和天花板或其它相似的復(fù)合板易燃性試驗(yàn)中，能夠大大提高PIR或PUR復(fù)合板性能。
對(duì)于PUR或PIR芯，能夠使用100到300范圍內(nèi)的較低異氰酸酯指數(shù)配方，該指數(shù)范圍的配方趨向于比較高指數(shù)的配方具有更低的耐火性；能夠限制熱量的傳遞，由此與不含膨脹涂料的傳統(tǒng)板和在表面層內(nèi)表面上涂有膨脹涂料的那些泡沫板相比，增加泡沫芯達(dá)到焦化溫度如225℃所需時(shí)間；與不含膨脹涂料的復(fù)合泡沫板和在表面層的內(nèi)表面上涂有膨脹涂料的那些復(fù)合泡沫板相比，由于熱量傳遞的限制，所以能夠減少泡沫芯的焦化深度；能夠消除人工現(xiàn)場(chǎng)使用膨脹涂料；和能夠在復(fù)合板易燃性試驗(yàn)，如FM4880或LRS1181中，提高結(jié)合烴類(lèi)發(fā)泡劑的PIR或PUR基泡沫板性能。
附圖簡(jiǎn)述

圖1和1A是復(fù)合泡沫板型的復(fù)合絕熱板的正視圖和側(cè)視圖。
圖2是在燃燒器試驗(yàn)中泡沫芯溫度作為時(shí)間函數(shù)的溫度分布圖。
圖3是表示涂覆的和未涂覆的復(fù)合泡沫板中的泡沫芯在20毫米深度達(dá)到達(dá)225℃所花時(shí)間的條形圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明指向在易燃性試驗(yàn)如FM4880和LPS1181試驗(yàn)中對(duì)加強(qiáng)復(fù)合絕熱板的性能的改進(jìn)和對(duì)生產(chǎn)這種絕熱板，如泡沫-芯絕熱板的方法的改進(jìn)。這種板通常被叫做層壓材料，用于像墻或天花板覆層的建筑部分。這種板具有出色的絕熱性能，因而經(jīng)常用于冷藏庫(kù)和倉(cāng)庫(kù)。
為便于理解復(fù)合泡沫板型的復(fù)合絕熱板和它在易燃性試驗(yàn)中性能提高的機(jī)理，參考圖1和1A。圖1是復(fù)合泡沫板2的正視圖，圖1A是復(fù)合泡沫板2的側(cè)視圖。復(fù)合泡沫板2有一個(gè)前表面層4，當(dāng)安裝時(shí)，使它的外表面朝向火的潛在面，一般是設(shè)備的內(nèi)表面。泡沫芯6應(yīng)用于前表面層4的內(nèi)表面并且被表面層8的內(nèi)表面密封在復(fù)合泡沫板以?xún)?nèi)。膨脹涂料10應(yīng)用于前表面層4的外表面。與先前的復(fù)合泡沫板結(jié)構(gòu)的方法相比，應(yīng)用于前表面層4的膨脹涂料10位于復(fù)合泡沫板2的泡沫芯6的外部和在表面層-空氣界面處。然后，當(dāng)在設(shè)備中使用時(shí)泡沫板是定向的以使表面層的膨脹涂覆的面朝向火的潛在點(diǎn)。例如，用這種板造的儲(chǔ)存室將具有面向房間內(nèi)部的膨脹涂層。
參照?qǐng)D1和1A所示的復(fù)合泡沫板的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果在表面層的外表面涂以130微米或更少，如50微米(干燥薄膜厚度)的膨脹涂料，人們就可以大大提高在復(fù)合板易燃性試驗(yàn)中的性能。一般地，當(dāng)板暴露在火源時(shí)，使用一個(gè)厚度大約為25到75微米的膨脹涂層可顯著地降低泡沫芯的分解水平。以10到130微米的膨脹涂層厚度，可以使用盤(pán)旋涂覆法，其允許在應(yīng)用泡沫芯和形成復(fù)合泡沫板之前在現(xiàn)場(chǎng)外使用膨脹涂料涂覆表面層。因此這種方法大大減少了與使用膨脹材料涂覆板有關(guān)的現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)力。另外，能把薄膜厚度限制在130微米或更小，并且說(shuō)明與其它涂覆方法相比較，膨脹盤(pán)旋涂覆法允許較大的生產(chǎn)力和較低的成本。
適用于絕熱板的芯材料可以是許多類(lèi)型的泡沫有機(jī)聚合物，如聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚異氰脲酸酯等等。在板外使用10到130微米厚的膨脹涂層將在復(fù)合板易燃性試驗(yàn)中提高任何這些類(lèi)型的泡沫芯的性能。一般地，泡沫芯配方是基于聚氨酯或聚異氰脲酸酯的，但本發(fā)明包括所有的復(fù)合泡沫板，它們具有至少一個(gè)表面層的外表層涂覆有10到130微米厚的膨脹涂層的表面層，并具有泡沫的有機(jī)聚合物芯。本發(fā)明也包括具有其它絕熱芯組分如玻璃纖維和石棉的絕熱板，以使板具有至少一個(gè)表面層的外表層涂有10到130微米的膨脹涂層的表面層。
聚氨酯(PUR)泡沫配方不同于聚異氰脲酸酯(PIR)泡沫，是因?yàn)镻UR的異氰酸酯指數(shù)通常是從85到200，而PIR的異氰酸酯指數(shù)通常是從200到600。異氰酸酯指數(shù)被定義為配方中異氰酸酯官能度與異氰酸酯活性官能度的比例乘以100。
一般的PUR和PIR泡沫芯配方可能被用于形成復(fù)合泡沫板，這種配方包括多元醇，如聚醚多元醇、聚酯多元醇或聚酯和聚醚多元醇的混合物，并且這種多元醇可能具有芳香取代基。示范性的聚醚多元醇是聚氧化丙烯、聚氧化乙烯多元醇以及其共聚物。在總配方中多元醇的重量百分比一般是在15到50％之間。多元醇也可以被鹵素、氮、磷、氟、硫或其它含雜原子的取代基取代。合適的多元醇包括Voranol520(Dow Chemical Company)，Stepanol PS2352(StepanCompany)、或Daltolac R530(Huntsman)；和異氰酸酯，如二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、聚合的MDI’s或TDI預(yù)聚物、或異氰酸酯混合物，可以用作異氰酸酯組分。在總配方中異氰酸酯的重量百分比一般是在50到75％之間。適用的異氰酸酯包括Papi27(Dow Chemical Company)或Mondur MR(Bayer)PUR或PIR配方可以進(jìn)一步包括表面活性劑，如硅酮聚醚、有機(jī)表面活性劑或直線、支鏈或環(huán)狀的硅氧烷、或表面活性劑混合物。在總配方中表面活性劑的重量百分比一般為0到2％。適合的表面活性劑的例子包括Dabco DC5598和Dabco DC193(Air Products AndChemicals)；催化劑，如叔胺、胺鹽、鉀、鈉、鋰或銨鹽、金屬有機(jī)化合物或這些催化組分的混合物。在總配方中使用的催化劑的重量百分比一般為0到3％。適合的催化劑的例子包括Dabco K-15，Dabco TMR和Polycat 5(Air Produts AndChenicals)；發(fā)泡劑，如低沸點(diǎn)碳?xì)浠衔铩浞然?、氫氯化碳或氫氟化碳、二氧化碳或活性化合物如水或蟻酸。適合的鹵代發(fā)泡劑包括HCFC-141b、HFC-365mfc、HFC-245fa、HFC-134a、二氯甲烷和反式1，2-二氯乙烷。碳?xì)浠衔锟赡苁且粋€(gè)或更多環(huán)狀的、直線的或支鏈的C3到C8碳?xì)浠衔?，如正戊烷、環(huán)戊烷、異戊烷、丁烷、1-戊烯、環(huán)戊烯、己烯、己烷、環(huán)己烷和庚烷；和包括阻燃劑、交聯(lián)劑、粘結(jié)促進(jìn)劑等的其它添加劑。
膨脹涂料是已知的，并且使用各種各樣的膨脹涂料可以給復(fù)合絕熱板提供耐火性。膨脹涂料的組分通常包括粘合劑(如環(huán)氧樹(shù)酯或乳膠)、催化劑(如像聚磷酸銨的酸性供體)、發(fā)泡劑或生泡劑(如蜜胺)和在加熱時(shí)形成木炭的多羥基碳供體。這些膨脹涂料是提供絕熱炭屏障的，在大約200-300℃的焦化溫度下其厚度是原始厚度的許多倍。通常地，當(dāng)在溫度500℃下暴露5分鐘時(shí)，其厚度可達(dá)1毫米或更大。這種厚木炭向底層基體提供熱保護(hù)，因?yàn)樗拗屏私?jīng)過(guò)板的熱傳遞，因而大大減少了熱分解、焦化、熔化和易燃或自燃?xì)怏w的形成，這些氣體是由絕熱板的芯材料熱解或分解而產(chǎn)生的。
適用于膨脹涂料的粘合劑包括環(huán)氧樹(shù)脂、苯氧樹(shù)脂、醇酸、丙烯酸、乙烯、聚酯和聚氨酯樹(shù)脂。乙酸乙烯基酯/乙烯共聚物乳液、高固體環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸和水基乳膠通常也用于膨脹除料。涂料可以是單組分，如乳膠，或雙組分，如胺-固化的環(huán)氧樹(shù)脂。在一些情況下，粘合劑也可以充當(dāng)碳源。
催化劑一般是一種酸性源，如磷酸、硫酸、磷酸的銨鹽、或聚磷酸銨。催化劑也可能是一種分解產(chǎn)生酸性源的化合物。催化劑也可以是一種堿性或金屬基化合物，如金屬氧化物。
發(fā)泡劑包括蜜胺和蜜胺磷酸鹽。發(fā)泡劑也可能是一種分解出氨、蜜胺或其它揮發(fā)性化合物的化合物。
在膨脹涂料中產(chǎn)生木炭形成的碳源包括多羥基材料，包括淀粉、糊精、山梨糖醇、季戊四醇和它的二聚體和三聚體、間苯二酚、酚醛樹(shù)脂、三甘醇、羥甲基蜜胺、衣散油和亞麻油。在一些情況下，粘合劑也可以充當(dāng)產(chǎn)生木炭形成的碳源。
膨脹涂料的其它添加劑包括顏料如二氧化鈦、塑化劑如氯化石蠟、有機(jī)的或含水的溶劑、流變學(xué)調(diào)節(jié)劑、固化催化劑和加速劑等等。
一般地，用于復(fù)合絕熱板的表面層是金屬。用于復(fù)合泡沫板的金屬表面層可以是一種或多種鍍鋅鋼、不銹鋼、銅、鋁、鋁或鋼的金屬薄片、帶鋼、成卷帶鋼或其它合適的金屬材料。金屬優(yōu)選是成卷帶鋼。金屬表面可以涂鋅、涂鋁/鋅、涂鋅/鐵、熱浸鍍鋅以提供抗蝕性或者金屬表面層可能暴露于其它處理步驟中，如化學(xué)凈化、電鍍和熱處理。金屬表面層的一般厚度小于8毫米，并且可以薄到10微米(薄片)，優(yōu)選的鋼表面層厚度為0.8到0.3毫米。也可以使用其它表面層材料，如增強(qiáng)纖維板、定向絞合板或加強(qiáng)紙。
將膨脹涂料應(yīng)用于金屬表面層的外表面的優(yōu)選方法是盤(pán)旋涂覆法。對(duì)于盤(pán)旋涂覆的應(yīng)用，膨脹涂料應(yīng)該優(yōu)選足夠快地凝固以使它能夠以50-800英尺/分鐘速度施加和固化，對(duì)應(yīng)于5-120秒固化?？梢酝ㄟ^(guò)各種各樣的固化技術(shù)對(duì)盤(pán)旋涂覆進(jìn)行固化，包括200-300℃的高溫、紫外光、紅外線、電子束、其它能量源或這些固化方法的任意組合。盤(pán)旋涂覆的應(yīng)用通常需要涂層有0-11T的柔韌性，如ASTM方法D4145中的T-Bend試驗(yàn)分級(jí)。更優(yōu)選地，根據(jù)ASTM方法D3363，涂層還具有大于1H的鉛筆硬度。
提供下面的實(shí)施例來(lái)舉例說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施方案并且實(shí)施例不限制其范圍。
生產(chǎn)泡沫-芯絕熱板的一般工序生產(chǎn)本發(fā)明的泡沫-芯絕熱板的方法一般是以下列順序進(jìn)行的(1)一般為大約0.35毫米軋制帶鋼的金屬表面層，是通過(guò)滾筒、噴霧或盤(pán)旋涂覆把膨脹涂料涂覆于一側(cè)(外表面)。只要凝固的膨脹涂料的干燥薄膜總厚度小于130微米就可以施加多層膨脹涂層。任選地，在膨脹涂料和金屬表面層的外表面之間可以使用底層涂料，并且在膨脹涂料頂部，外涂層可以用來(lái)達(dá)到所希望的涂飾。任選地固化方法可以包括熱量、空氣、紅外線或紫外線輻射的處理。金屬表面層的內(nèi)表面一般被涂以底層涂料或其它抗腐蝕的非膨脹涂料。然后涂覆了膨脹涂料的金屬表面層可以被切割或重新盤(pán)旋涂覆，或在應(yīng)用泡沫芯配方之前也可以畫(huà)出涂覆了膨脹涂料的金屬表面層的輪廓。
(2)然后具有凝固膨脹涂料的金屬表面層被送入具有面向泡沫層壓板外層的涂有膨脹涂料表層的泡沫層壓生產(chǎn)線上。在該生產(chǎn)線上，將泡沫配方，如聚氨酯(PUR)或聚異氰脲酸脂(PIR)泡沫配方，按照常規(guī)方法澆注在兩個(gè)金屬表面層的內(nèi)表面之間并固化。一般地，疊層法是一種連續(xù)雙帶法。
泡沫板的泡沫芯密度通常是在30到60kg/m3之間，并且優(yōu)選在35和55kg/m3之間。根據(jù)DIN 52612第1和第2部分，泡沫芯的熱傳導(dǎo)性一般是在0.018和0.024W/mK之間。板的尺寸范圍一般是20到200毫米厚，且0.5到2米寬。
實(shí)施例1用于實(shí)施例的PUR和PIR泡沫配方PUR和PIR泡沫芯配方被用來(lái)制備下面實(shí)施例中的板。PUR配方摻入了(總)重量百分比為3.3％的正戊烷，而PIR配方摻入了(總)重量百分比為5.8％正戊烷。兩種配方都包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、硅酮聚醚表面活性劑、水、胺催化劑和Fyrol PCF阻燃劑。使用加熱到43.3℃的30.5厘米×30.5厘米×5.1厘米的基板鑄模來(lái)制造板。PUR或PIR泡沫的芯密度為大約40千克/立方米，熱傳導(dǎo)率為大約0.020到0.022W/mK。
實(shí)施例2未涂覆的對(duì)照復(fù)合板的制備用丙酮清洗一個(gè)0.405毫米鍍鋅鋼、20.3厘米×20.3厘米表面層，并放置在30.5厘米×30.5厘米×5.1厘米的基板鑄模的底部并且加熱到43.3℃。第二個(gè)鋼表面層松散地安裝在鑄模內(nèi)側(cè)頂部，以使當(dāng)泡沫配方注入鑄模時(shí)，鑄模封閉，然后形成泡沫板。大約250克的泡沫配方澆注在底部金屬表面層的頂部并且鑄模蓋封閉。在鑄模內(nèi)10分鐘后，除去該板，在室溫下固化幾天。
實(shí)施例3在鋼表面層的外表面上具有膨脹涂層的復(fù)合泡沫板的制備一個(gè)0.405毫米鍍鋅鋼、20.3厘米×20.3厘米基體，用丙酮清潔后，然后用市售的商標(biāo)為Cease Fire(由Cotel Industries提供)的環(huán)氧膨脹涂料和使用Birdbar的固化劑涂覆。在120℃于空氣中固化該涂料30分鐘，然后在室溫下放置至少一天。膨脹涂層的干燥厚度為2.0(+/-5微米)。將涂覆的基體以涂覆了膨脹涂料的面朝下放置在30.5厘米×30.5厘米×5.1厘米的基板鑄模里，并且加熱到43.3℃。第二個(gè)鋼表面層松散地安裝在鑄模內(nèi)側(cè)頂部，以使當(dāng)泡沫配料注入鑄模時(shí)，封閉鑄模并且將在每一基體的內(nèi)表面之間形成泡沫板。在這個(gè)實(shí)施方案中，然后泡沫芯面向每一鋼表面層的內(nèi)表層，并且涂覆了膨脹涂料的鋼表面層保持在復(fù)合泡沫板的外部并且建立了一個(gè)表面層-空氣界面。
實(shí)施例4復(fù)合板的小規(guī)模FR試驗(yàn)工序使用該燃燒試驗(yàn)是為了評(píng)估復(fù)合泡沫板的小規(guī)模易燃性。將該板與熱火焰接觸規(guī)定的時(shí)間，然后評(píng)估板內(nèi)泡沫芯的燃燒程度。
用鋸將通過(guò)上述方法制備的30.5厘米×30.5厘米×5.1厘米的復(fù)合板，裁剪成大約20.3厘米×20.3厘米的表面層，獲得20.3厘米×20.3厘米的泡沫板。稱(chēng)重該樣品精確到克。將熱電偶插入在距底部表面層(外表面涂覆的表面層，如果使用)7毫米、20毫米和35毫米處的泡沫芯。然后將該板放置在Bunsen燃燒器底部上30毫米的支架上。將直徑為7.62厘米、高為1.27厘米的金屬圈直接對(duì)著金屬表面層表面(膨脹涂料涂覆的表面，如果使用)放置。這個(gè)圈用來(lái)包住火焰和標(biāo)記暴露的確切區(qū)域。點(diǎn)燃燃燒器并且允許火焰直接接觸金屬基體燃燒5、10或20分鐘。測(cè)量鋼表面層/火焰界面的溫度，發(fā)現(xiàn)穿過(guò)圈7.62厘米直徑時(shí)為700-900℃。在試驗(yàn)過(guò)程中定期測(cè)量熱電偶讀數(shù)。在火被熄滅之后，使板冷卻。拆除熱電偶，再次稱(chēng)重樣品并且從試驗(yàn)中記錄質(zhì)量損失。然后仔細(xì)撕開(kāi)金屬表面層。沿著燃燒點(diǎn)的中間用鋸直接切割(與鋼表面層的平面垂直切割)泡沫。測(cè)量記錄黑色焦化區(qū)(指木炭擴(kuò)散)的直徑和木炭滲入泡沫芯的深度(指木炭深度)。
實(shí)施例5未涂覆的PUR板的比較例根據(jù)實(shí)施例2制備具有正面和背面未涂覆的鋼表面層和吹入戊烷配方的板，并且根據(jù)實(shí)施例4中所述的方法燃燒5分鐘來(lái)評(píng)估它。重量損失非常高(11.2克)，并且黑木炭或完全熱解的泡沫的深度延伸至泡沫內(nèi)47毫米。這幾乎完全燃燒到板背面的金屬表面層(原始板厚度為51毫米)。
實(shí)施例6涂覆了膨脹涂料的PUR板的例子根據(jù)實(shí)施例3的方法制備吹入戊烷的PUR泡沫芯的板，它具有一個(gè)在其外表面或側(cè)面涂覆有50(+/-5)微米Epoxy White Cease Fire(CoteL)膨脹涂層的金屬表面層和一個(gè)未涂覆的的背部表面層，并且用實(shí)施例4中所述的方法燃燒5分鐘來(lái)評(píng)估它。與實(shí)施例5中無(wú)膨脹涂層的相應(yīng)板的11.2克重量損失相比，它的重量損失僅為3.5克。這表示在燃燒試驗(yàn)中熱解的PUR的量幾乎減少了70％。木炭深度為31毫米，表示與實(shí)施例5相比木炭深度減少了34％。
這個(gè)結(jié)果也說(shuō)明主要由于限制了向泡沫芯的熱量傳遞，應(yīng)用于鋼表面層的外表面和朝向火焰的膨脹涂層提供了極好的保護(hù)。
實(shí)施例7比較未涂覆的PIR板根據(jù)實(shí)施例2制備具有正面和背面未涂覆的表面層和吹入戊烷配方的PIR板，并且根據(jù)實(shí)施例4使用5分鐘燃燒來(lái)評(píng)估它。重量損失是5.0克，并且進(jìn)入泡沫的木炭深度為22毫米。
實(shí)施例8膨脹涂料涂覆的PIR板根據(jù)實(shí)施例3制備一種具有一個(gè)鋼表面層和一個(gè)未涂覆的背面表面層的板，鋼表面層在其外表面涂有50(+/-5)微米Epoxy White Cease Fire(CoteL)膨脹涂料，未涂覆的背面表面層具有吹入戊烷的PIR配方，并用實(shí)施例4中所述的方法燃燒5分鐘來(lái)評(píng)估它。重量損失為2.0克，表示與實(shí)施例7中未涂覆的樣品相比，熱解材料減少了60％。木炭深度進(jìn)入泡沫15毫米，表示與實(shí)施例7中未涂覆的樣品相比木炭滲入泡沫芯減少了32％。
圖2說(shuō)明在深為7和20毫米的延伸燃燒期間，實(shí)施例7和8的復(fù)合泡沫板的泡沫芯的溫度分布和時(shí)間的關(guān)系?？煽吹綌?shù)據(jù)表明用膨脹涂料涂覆復(fù)合泡沫板的金屬表面層的外表面與未涂覆的復(fù)合板的外表面相比時(shí)，時(shí)間越長(zhǎng)溫度分布越低。該結(jié)果說(shuō)明，甚至當(dāng)使用吹入易燃發(fā)泡劑的聚氨酯泡沫時(shí)可給予復(fù)合泡沫板改善的耐火性。
實(shí)施例9未涂覆的PIR板—延伸的燃燒試驗(yàn)根據(jù)實(shí)施例3制備具有正面和背面未涂覆的金屬表面層和吹入戊烷的PIR配方的板，并且使用實(shí)施例4中所述的方法燃燒20分鐘來(lái)評(píng)估它。在燃燒現(xiàn)場(chǎng)下面將熱電偶從已涂覆了的表面層直接插入到7毫米和20毫米處，在燃燒期間記錄溫度分布。20分鐘后重量損失為11.0克，木炭深度進(jìn)入泡沫35毫米。泡沫芯在20毫米熱電偶處到達(dá)溫度為225℃的時(shí)間是5分鐘。
實(shí)施例10膨脹涂料涂覆的PIR板—延伸的燃燒試驗(yàn)根據(jù)實(shí)施例3制備一塊含有一個(gè)金屬表面層和一個(gè)未涂覆的背面表面層的板，金屬表面層在其外表面涂覆有50(+/-5)微米Epoxy White Cease Fire(CoteL)膨脹涂料，未涂覆的背面表面層具有吹入戊烷PIR配方的泡沫芯，并用實(shí)施例4中所述的方法燃燒20分鐘來(lái)評(píng)估它。熱電偶在燃燒現(xiàn)場(chǎng)下從已涂覆了的表面層直接插入到20mm和35mm處，并在燃燒期間記錄溫度分布。20分鐘后重量損失為5.6克，表示熱解質(zhì)量損失的量減少了49％。木炭深度是28毫米，或者與實(shí)施例9中不含膨脹涂料的相應(yīng)板相比減少了20％。泡沫芯在20毫米熱電偶處到達(dá)溫度為225℃的時(shí)間是10.8分鐘，表示PIR芯到達(dá)225℃臨界溫度的時(shí)間幾乎增加了6分鐘。
圖3是表示實(shí)施例9和10結(jié)果的條形圖和說(shuō)明到達(dá)225℃所需的時(shí)間顯著不同。
比較例11膨脹涂料涂覆的PIR板—延伸的燃燒試驗(yàn)，其中膨脹涂料涂覆在金屬表面層的內(nèi)表面按照實(shí)施例3的工序，除了將鋼表面層放置于基板鑄模的底部以使50(+/-5)微米CoteLCeaseFire環(huán)氧涂層面向鑄模的泡沫面，因而獲得的板在泡沫-表面層界面處具有向其內(nèi)表面施加的膨脹涂層。無(wú)涂層施加在板中所用鋼表面層的外表面。然后根據(jù)實(shí)施例4使用的20分鐘燃燒法來(lái)評(píng)估它。試驗(yàn)結(jié)束后記錄的質(zhì)量損失是9.2克，木炭深度是35毫米，木炭擴(kuò)散到115毫米。與實(shí)施例9中未涂覆的樣品相比，這表示在重量損失和木炭擴(kuò)散方面僅稍微(16％)改善，在木炭深度方面沒(méi)有改善。
實(shí)施例12膨脹液態(tài)環(huán)氧涂料的高溫快速固化商業(yè)環(huán)氧樹(shù)脂Cease Fire(CoteL Industries)被用作基礎(chǔ)樹(shù)脂。為此，加入Epidol 748(Air Products and Chemicals，Inc.)和二甲苯以獲得＜200厘泊的粘度。將固化劑Ancamine 1769(Air Products and Chemicals，Inc.)加進(jìn)樹(shù)脂混合物并且用木制平勺混合涂料。然后用鳥(niǎo)型棒或取樣棒來(lái)涂覆鍍鋅的0.405毫米鋼基體。將該基體立即放入250℃的烘箱中60秒，然后取出。在這段時(shí)間內(nèi)峰值金屬溫度是210-220℃。冷卻至室溫時(shí)，涂層具有50(+/-5)微米的干燥薄膜厚度、1H的鉛筆硬度和＞5T的柔韌性。將具有丁烷吹管的涂覆的基體加熱幾分鐘生產(chǎn)出幾毫米高的木炭。
這些結(jié)果表明可以將一個(gè)高溫的、快速固化的環(huán)氧樹(shù)脂粘合劑用于膨脹涂料并且獲得好的結(jié)果，以限制向金屬表面層外表面和泡沫芯傳遞熱量表示。
表1以表格形式列出了實(shí)施例5-11的結(jié)果。
表1
用上述方法制備的復(fù)合板表明它加強(qiáng)了對(duì)于極熱的情況，如火的耐性。在一個(gè)試驗(yàn)中，其中暴露復(fù)合板以在金屬表面層的表面與丁烷火焰直接接觸5-20分鐘，本發(fā)明的復(fù)合板表明(1)進(jìn)入PUR或PIR泡沫芯的黑木炭深度至少減少了10％；(2)PUR或PIR泡沫芯從金屬表面層到達(dá)225℃、20毫米深處所花費(fèi)的時(shí)間至少推遲23分鐘；(3)在燃燒區(qū)由于熱解或燃燒而致的板的重量損失方面至少改善了20％。
結(jié)果的概述表明將膨脹涂料應(yīng)用于復(fù)合泡沫板的金屬表面層的外表面并且使膨脹涂料涂覆的板的表面直接面向高溫會(huì)增強(qiáng)所得的板的耐火性。
雖然未計(jì)劃用理論約束，但是相信將膨脹涂料作為薄涂層，如130微米或更薄應(yīng)用于表面層的外表面，允許表面層空氣界面處的涂層顯著膨脹，因而減少了通過(guò)表面層至絕熱芯的熱量傳遞。將膨脹涂料或?qū)討?yīng)用于板內(nèi)部，例如表面層的內(nèi)表面不會(huì)允許顯著的膨脹。膨脹涂料不會(huì)明顯膨脹而使得向絕熱芯的熱量傳遞增加，從而導(dǎo)致更高的內(nèi)部溫度。
最終，在提供板的芯材料之前，將膨脹涂料薄膜應(yīng)用于復(fù)合絕熱板表面層的外表面，克服了與現(xiàn)有工序有關(guān)的許多船運(yùn)和建筑上的困難。預(yù)成形板的現(xiàn)場(chǎng)涂覆需要大量勞動(dòng)力來(lái)施加涂料，進(jìn)一步地，1000微米厚的涂層和用現(xiàn)有技術(shù)如上操作可能需要幾小時(shí)至幾天以在環(huán)境溫度下固化。
至于船運(yùn)，在泡沫板形成之前，在盤(pán)旋涂覆生產(chǎn)線上金屬表面層通常是用抗蝕性襯墊或搪瓷預(yù)涂覆在其兩側(cè)。由于可能腐蝕，具有未涂覆的鋼表面層的板不能海運(yùn)。然而，當(dāng)金屬表面層的外表面用膨脹涂料涂覆后，抗蝕性襯墊就可以從該表面上除去。
雖然在實(shí)施例中未說(shuō)明，但是對(duì)復(fù)合板的其它評(píng)估說(shuō)明當(dāng)使用現(xiàn)有技術(shù)的火障法時(shí)存在著許多問(wèn)題。隨著保護(hù)性膨脹涂料或熱屏障層或墊應(yīng)用于復(fù)合泡沫板的內(nèi)部，即金屬表面層的內(nèi)表面，一個(gè)問(wèn)題是由于粘性問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致復(fù)合泡沫板分層。另一個(gè)問(wèn)題是熱屏障或墊也可能消極地影響所有復(fù)合泡沫板的重量/絕熱價(jià)值比。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)復(fù)合絕熱板的方法，該方法包括將絕熱芯應(yīng)用于至少一個(gè)具有外表面和內(nèi)表面的表面層的所述內(nèi)表面的步驟，其改進(jìn)包括將膨脹涂料組合物以一定量應(yīng)用于所說(shuō)表面層的外表面，以提供具有10到130微米的干燥薄膜厚度的膨脹涂層；和然后將所說(shuō)絕熱芯應(yīng)用于所說(shuō)表面層的內(nèi)表面。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述絕熱芯是泡沫芯并且其由泡沫聚合材料組成，所述表面層由金屬組成。
3.權(quán)利要求2的方法，其中將所述泡沫芯應(yīng)用于在其外表面具有所說(shuō)膨脹涂層的所述金屬表面層和第二金屬表面層之間。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述泡沫芯由選自由聚苯乙烯、聚酯、聚氨酯、聚異氰脲酸酯組成的組的泡沫配方組成。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述泡沫芯是由聚氨酯或聚異氰脲酸酯形成的。
6.權(quán)利要求5的方法，其中所述泡沫芯包括選自由碳?xì)浠衔?、水、氫氯氟化碳、氫氯化碳、氫氟化碳組成的組的發(fā)泡劑。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述發(fā)泡劑選自由正戊烷、環(huán)戊烷、異戊烷、丁烷、1-戊烯、環(huán)戊烯、己烯、己烷、環(huán)己烷和庚烷組成的組。
8.權(quán)利要求2的方法，其中將所述的膨脹涂料應(yīng)用于非膨脹涂層的底涂層的頂部上。
9.權(quán)利要求2的方法，其中將頂部涂料應(yīng)用于所述膨脹涂層上。
10.權(quán)利要求1的方法，其中所述的膨脹涂料由粘合劑、酸性供體、發(fā)泡劑和多羥基碳供體組成。
11.權(quán)利要求10的方法，其中多羥基碳供體選自由季戊四醇、二季戊四醇和糖組成的組。
12.權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)在500℃溫度下暴露5分鐘時(shí)，所述膨脹涂層在受熱下將膨脹到至少1毫米的高度。
13.權(quán)利要求1的方法，其中所述膨脹涂料是從包括胺固化的環(huán)氧樹(shù)脂的兩部分膨脹涂料配方中獲得的。
14.一種生產(chǎn)復(fù)合泡沫板的方法，該方法包括下列步驟提供面向至少一個(gè)金屬表面層的內(nèi)表面的泡沫芯，所說(shuō)金屬表面層具有一個(gè)外表面和一個(gè)內(nèi)表面，其改進(jìn)包括在盤(pán)旋涂覆生產(chǎn)線上，將膨脹涂料應(yīng)用于金屬表面層的外表面上，所說(shuō)膨脹涂料具有10到130微米的干燥薄膜厚度。
15.權(quán)利要求14的方法，其中在盤(pán)旋涂覆法中，所述膨脹涂料按一定速度固化以適應(yīng)50至800英尺/分鐘的線速度。
16.權(quán)利要求14的方法，其中所述膨脹涂料在5-120秒時(shí)間內(nèi)固化。
17.權(quán)利要求14的方法，其中所述膨脹涂料在0.8到0.3毫米厚的鋼基體上固化以得到硬度大于1H、柔韌性大于11T的小于130微米的干燥薄膜厚度。
18.權(quán)利要求14的方法，其中當(dāng)被加熱到溫度500℃保持5分鐘后，膨脹涂料膨脹到至少1毫米的高度。
19.權(quán)利要求14的方法，其中所述膨脹涂料摻入了多羥基碳以使受熱時(shí)形成木炭。
20.權(quán)利要求14的方法，其中所述金屬表面層具有8毫米到10微米的厚度。
21.一種生產(chǎn)復(fù)合泡沫板的方法，該方法包括提供面向至少一個(gè)具有一個(gè)外表面和一個(gè)內(nèi)表面的金屬表面層的內(nèi)表面的泡沫芯步驟，其改進(jìn)包括給所述金屬表面層的外表面涂覆膨脹涂層，所說(shuō)涂層具有10到130微米的干燥薄膜厚度；其次將在其外表面具有固化膨脹涂層的金屬表面層送入含有面向泡沫疊層外部的所述膨脹涂層表面的泡沫疊層生產(chǎn)線；在所說(shuō)泡沫疊層生產(chǎn)線上，在所說(shuō)金屬表面層的內(nèi)表面和第二金屬表面層的內(nèi)表面之間提供能形成所說(shuō)泡沫芯的泡沫配方。
22.權(quán)利要求21的方法，其中將所述膨脹涂料應(yīng)用于盤(pán)旋涂覆生產(chǎn)線上的金屬表面層上。
23.權(quán)利要求22的方法，其中所述泡沫疊層生產(chǎn)線是一種連續(xù)的雙帶。
24.權(quán)利要求23的方法，其中所述泡沫配方是聚氨酯或聚異氰脲酸酯配方。
25.權(quán)利要求24的方法，其中所述泡沫芯包括烴類(lèi)發(fā)泡劑。
26.權(quán)利要求25的方法，其中所述發(fā)泡劑選自由正戊烷、環(huán)戊烷、異戊烷、丁烷、1-戊烯、環(huán)戊烯、己烯、己烷、環(huán)己烷和庚烷組成的組。
27.一種復(fù)合泡沫板，其由含內(nèi)表面和外表面的金屬表面層組成，其中將膨脹涂料以10到130微米厚應(yīng)用于其外表面，并且泡沫芯面向所說(shuō)金屬表面層的所述內(nèi)表面。
28.權(quán)利要求27的復(fù)合泡沫板，其中將泡沫芯插入兩個(gè)金屬表面層的內(nèi)表面之間。
29.權(quán)利要求27的復(fù)合泡沫板，其中所述的膨脹涂料摻入了多羥基碳供體。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)生產(chǎn)復(fù)合絕熱板的方法的改進(jìn)和獲得的復(fù)合絕熱板，該板由至少一個(gè)含內(nèi)表面外表面的金屬表面層和面向至少一個(gè)金屬表面層的內(nèi)表面的泡沫芯組成。在生產(chǎn)復(fù)合絕熱板和提高耐火性方法上的改進(jìn)，其該改進(jìn)在于包括以下的步驟將超薄膨脹涂料組合物以一定量應(yīng)用于所說(shuō)金屬表面層的外表面，以提供130微米或更薄的涂層厚度；和然后提供面向所說(shuō)金屬表面層的內(nèi)表面的泡沫芯。
文檔編號(hào)B32B27/00GK1958286SQ200610164
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者J·L·文森特, S·P·赫爾默, M·L·利斯特曼, J·格里明杰, T·帕尼特茨奇, D·K·莫里塔 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司