发泡防火组合物和方法.pdf

本发明涉及发泡可泵送和可喷涂组合物的方法，该组合物包含水凝粘合剂、聚乙烯醇和缓凝剂，和将所述可发泡的组合物的含水浆液输送通过软管，以将所述组合物发泡(图4)，和用于制造该产品的干燥组合物。

1.  一种能够有效地用于喷涂应用的稳定泡沫的生产方法，其包括：
干混包含水凝粘合剂、聚乙烯醇和缓凝剂的制剂；
通过将足够量的水加入所述干燥混合物形成可泵送的浆液；
将所述浆液输送到一定长度的软管；
将气体引入在所述长度的软管中的所述浆液中，在所述软管中产生足够的湍流，以引起所述浆液发泡；和
将所述泡沫输送通过所述软管。

2.  权利要求1的方法，还包括将促凝剂引入所述泡沫，以加速所述泡沫的凝固和稳定得到的组合物。

3.  权利要求2的方法，其中所述促凝剂是硫酸铝。

4.  权利要求3的方法，其中将足够的硫酸铝加入所述泡沫，以便使所述泡沫凝胶化。

5.  权利要求1的方法，其中所述水凝粘合剂选自波特兰水泥、石膏和波特兰水泥和石膏的混合物。

6.  权利要求1的方法，其中所述水凝粘合剂是硫酸钙半水合物。

7.  权利要求1的方法，其中所述泡沫稳定剂是粉末聚乙烯醇。

8.  权利要求1的方法，其中所述浆液还包含缓凝剂。

9.  权利要求8的方法，还包括将所述泡沫喷涂到基材上并且允许其在所述基材上硬化。

10.  权利要求1的方法，其中所述水凝粘合剂是硫酸钙半水合物，所述泡沫稳定剂是粉末聚乙烯醇，并且所述方法还包括将硫酸铝加入到在所述长度的软管中的所述泡沫中。

11.  权利要求10的方法，其中将所述硫酸钙半水合物和所述泡沫稳定剂以干燥状态混合，和其中将水加入混合的硫酸钙半水合物和泡沫稳定剂以形成所述浆液。

12.  权利要求11的方法，还包括将迟延剂与所述硫酸钙半水合物和所述泡沫稳定剂混合。

13.  权利要求1的方法，还包括将所述软管中的所述泡沫进料到控制箱中，所述控制箱具有相对于所述软管扩大的体积，和控制所述控制箱中的压力以便将所述泡沫以希望的速率压出所述控制箱。

14.  权利要求13的方法，其中将所述泡沫压出所述控制箱和压入另外长度的软管。

15.  权利要求13的方法，其中当所述泡沫从所述另外长度的软管排出时将所述泡沫喷涂到基材上。

16.  权利要求1的方法，其中所述气体是空气。

17.  权利要求1的方法，其中将足够的气体引入所述浆液以将得到的泡沫输送通过所述软管。

18.  权利要求1的方法，其中所述聚乙烯醇以能有效提高所述泡沫对基材的粘合性和内聚力的量存在。

19.  权利要求18的方法，其中所述基材选自涂底涂层的钢和未涂底涂层的钢。

20.  一种能有效喷涂到基材上的组合物的制备方法，其包括：
干混包含水凝粘合剂、基材粘合性和内聚力提高试剂和缓凝剂的制剂；
通过将足够量的水加入所述干燥混合物形成可泵送的浆液；
将所述浆液输送到一定长度的软管中；
将所述浆液输送通过所述软管到喷嘴；和
将所述浆液喷涂到所述基材上。

21.  权利要求20的方法，其中所述基材粘合性和内聚力提高试剂是液态胶乳。

22.  权利要求20的方法，其中所述基材粘合性和内聚力提高试剂选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚(醋酸乙烯酯)、聚(乙烯-醋酸乙烯酯)共聚物、聚(丙烯酸乙酯)、聚(甲基丙烯酸)、淀粉、天然增稠剂及其混合物。

23.  一种适合于喷涂到钢基材上用于形成防火组合物的干燥混合物，所述干燥混合物包含水凝粘合剂、泡沫稳定剂和缓凝剂，所述干燥混合物在加入水时提供可泵送的浆液，和在将机械湍流施加到所述可泵送的浆液时，可凝固的泡沫能够喷涂到钢基材上，并且在喷涂之后其能粘合到所述基材上。

24.  权利要求23的干燥混合物，其中所述泡沫稳定剂是粉末聚乙烯醇。

25.  权利要求23的干燥混合物，其中所述水凝粘合剂是灰泥。

26.  权利要求23的干燥混合物，其中所述干燥混合物还包含碳酸钙。

27.  权利要求23或者26的干燥混合物，其中所述干燥混合物还包含α-烯烃硫酸盐。

28.  权利要求22或者26的干燥混合物，其中所述干燥混合物还包含玻璃纤维和纤维素纤维。

29.  一种适合于喷涂到钢基材上用于形成防火组合物的干燥混合物，所述干燥混合物包含水凝粘合剂、基材粘合性和内聚力提高剂和缓凝剂，所述干燥混合物在加入水时提供能够喷涂到钢基材上的可泵送的浆液，并且在喷涂之后其能粘附到所述基材上。

30.  权利要求28的干燥混合物，其中所述基材粘合性和内聚力提高试剂是聚乙烯醇。

发泡防火组合物和方法
该申请是共同待审定申请系列号10/044,547(2002年1月11日提出)的部分连续申请，系列号10/044,547是2001年9月3日提出的PCT/IB01/01604的部分连续申请，其公开的内容在此引为参考。
背景技术
在安装钢结构的过程中，一般将厚的无机材料涂层涂覆到金属结构元件上，以达到许多目的，包括阻火、改进外观和消音。虽然这些年来已经将几种类型的制剂应用于这些目的，但是至今最成功的体系是在钢表面上喷涂可凝固的含水混合物，该可凝固的含水混合物基本上由以下成分组成：煅烧石膏，用于降低混合物密度的轻质无机集料材料例如片状剥落的蛭石或者切细的发泡聚苯乙烯，纤维状材料例如高湿容积纤维素纤维和玻璃纤维的混合物，以及使湿混合物可泵送的加气剂。Bragg在美国专利3,719,573和3,839,059中描述了这类组合物以及最可取的涂覆技术，即泵送该含水混合物和直接将其以一个层喷涂在钢上。这类浆液一般在地平面制备，然后泵送到涂覆地点，在那里喷涂到基材上。在包括高耸结构的场合，涂覆地点通常超过20或者30层楼高。因此，在配制和制备中浆液的可泵送性是重要的指标。浆液必须保持大量的水，以便使它们能够容易地泵送和达到很大的高度，同时它们必须仍然保持足够的稠度，以防止成分分离或者沉淀，并且在给定的厚度下提供足够的产率或者基材覆盖度。涂料混合物还必须能够粘合到基材上，无论是在涂覆期间的浆液状态还是在涂覆之后的干燥或者“凝固”状态。此外，混合物在凝固时必须不过度地膨胀或者收缩，膨胀或者收缩可能导致形成龟裂，这将严重地损害干燥涂层的隔绝性价值。
在常规方法中，防火混合物以干燥混合物的形式被运输到应用地点，然后在混合机中加入适量水分以形成可泵送的浆液。该浆液从临时保留设备中泵送到涂覆地点。当组分被泵送通过一定距离时，在达到最后目的地之前可能发生先期凝固。此外，制备和应用过程可能间隔许多小时。因此，一般通过加入缓凝剂来延迟混合物的凝固时间，以获得有效的现场适用期。此外，加气剂例如α-烯烃磺酸盐和十二烷基硫酸钠被用来提高浆液的可泵送性。
此外，由于可喷涂防火组合物在凝固或者固化期间和之后对未涂底涂层的和涂底涂层的钢基材两者具有较差的粘合性和内聚力，因此在防火涂层已经凝固或者固化而充分地粘合和附着到基材上以前妨碍了工作人员在喷涂过的平台地板上行走。更具体地，在混凝土被浇铸(对于地板)或者进行屋顶铺设(绝热，HVAC等等)完成之前，在未完工的地板和/或屋顶平台上不能进行平台喷涂，因为在平台上进行的活动可能引起平台挠曲和引起防火涂层脱落。在能够在平台上行走以前获得适合的粘合性和内聚力所需要的时间一般超过24小时。
此外，某些钢基材是用材料涂底涂层的，对于该材料，含水凝粘合剂的组合物是不能良好地粘合或者附着的。在这类例子中，基材必须经过喷砂，这是昂贵的并且通常是低效率的，或者再次用组合物能够较好地与之粘合和附着的第三涂层(tricoat)涂底涂层。
授予Hilton等的美国专利4,904,503教导了通过在喷涂之前在浆液中注入酸性凝固促进剂例如明矾来加速上述泵送和喷涂的防火混合物的凝固时间以及“产率(yield)”。该酸剂，在引起加速凝固之前，与混合物中存在的碱性材料例如碳酸钙反应产生气体，例如二氧化碳。选出的气体使浆液膨胀或者发泡，这使所用的每给定重量的干燥防火涂料的凝固之后的涂覆防火涂层的密度得到进一步降低和体积得到进一步增大。这类“化学发泡的”、“高产率”喷涂防火涂料已经在全世界被成功地工业化。
每单位重量干混合物的涂覆防火涂层的“产率”或者体积是产品获得商业成功的一个重要因素。对于一定量的制剂而言，产率越高，涂覆器能够达到的覆盖度越大。产率一般通过本领域中已知的方法计算，其为板英尺(board feet)/组合物干重。
美国专利3,963,507公开了包含特定比率的水溶性、低粘度纤维素衍生物例如甲基纤维素、乙基甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素；高粘度纤维素衍生物和作为发泡促进剂的聚乙烯醇的发泡灰浆。
美国专利4,518,652公开了生产石膏墙板的方法，包括生产包含聚乙烯醇和水的泡沫，将该泡沫加入含水有粘结性的浆液，在纸护板之间沉积该浆液，和使该浆液凝固。可以将沥青和蜡的乳液加入所述有粘结性地浆液，以提供耐水性。
美国专利4,518,652公开了制造轻质石膏墙板的方法，包括在石膏浆液中加入预先生成的泡沫，然后将泡沫-浆液混合物凝固。所述泡沫通过将聚乙烯醇溶解在水中和将其置于高剪切发泡装置中来形成。
希望生产一种可泵送的、低密度的、高产率的可喷涂防火组合物，其能消除或者减少对轻质集料的需要。
进一步希望生产低密度、高产率、可泵送、可喷涂防火组合物，其可以容易地在涂覆地点制备，而不需要高剪切发泡装置等，并且在涂覆时其导致优异的产率。
还希望生产可泵送、可喷涂防火组合物，该组合物对正在其上涂覆该组合物的基材具有优异的粘合性和内聚力，甚至在组合物完全凝固或者固化以前也是如此。
发明内容
本发明涉及适合于形成发泡的和未发泡的有粘结性的组合物的制剂，所述发泡的有粘结性的组合物，形成水凝粘合剂泡沫的方法，将得到的有粘结性的组合物输送和涂覆到基材上的方法，和提高有粘结性的组合物对基材的粘合性和内聚力的方法。更具体地，在本发明的一个实施方案中，形成了可泵送的有粘结性的浆液，任选地将该浆液与气体例如空气混合，然后任选地经受用机械方法产生的湍流以产生气泡和产生泡沫，其优选借助于泡沫稳定剂、例如存在于该浆液中的聚乙烯醇而被稳定。可以加入基材粘合性和内聚力提高剂，例如液态胶乳。然后将该泡沫或者未发泡的组合物输送到喷嘴或者其他适合的分配点，将其从该处涂覆(例如喷涂)(优选均匀地)到被涂覆的基材上。在分配之前，优选注入促凝剂，其引起泡沫凝胶化，这进而改进基材上的产品的可悬挂性(hangability)。喷涂材料粘合到基材上并且硬化，在基材上形成绝缘涂层。尤其优选的组合物能够提供高产率的防火涂层，其能够以大约1800板英尺/小时的典型工业应用速率被涂覆到基材上。
本发明还涉及干燥组合物，其包含能水合的有粘结性的粘结剂、机械泡沫稳定剂和/或基材粘合性和内聚力提高剂，以及任选地纤维组分、缓凝剂和加气剂，在加入水时，和任选地加入气体和机械湍流时，所述组合物提供可凝固的泡沫或者浆液，其能够被喷涂到钢结构元件上，并且在喷涂之后其以发泡或者浆液化状态和在凝固之后粘附到元件上。在凝固之后，该泡沫或者浆液在元件上形成防火和防热的粘附性涂层。
基材粘合性和内聚力提高剂能够在凝固或者固化期间和之后改进组合物对基材的粘合性。这种粘合性通过在凝固或者固化期间形成的晶体和基材之间产生的键合形成。基材粘合性和内聚力提高剂还能够在凝固或者固化期间和之后改进组合物对基材的内聚力。当在环境温度接近或者低于0℃时涂覆该组合物时，该试剂的存在可能是尤其有利的。在这种条件下，在基材上的任何结冰作用都将不利地影响组合物保留在基材上的能力。这要求要么将涂覆推迟到环境温度升高以后，要么人工地提高环境温度以防止结冰作用。使用本发明的基材粘合性和内聚力试剂，组合物能够被有效地涂覆，而不必须将基材加热到高于0℃。
附图说明
图1是本发明一个实施方案的泡沫的微观结构电子显微镜图像，其中硫酸铝被注入到该泡沫中；
图2是本发明一个实施方案的泡沫的微观结构电子显微镜图像，其中不将硫酸铝注入到泡沫中；
图3是按照本发明的一个实施方案的适合于混合、发泡和输送组分到分配点的装置的略图；和
图4是按照本发明的一个实施方案的空气-分离和泡沫流动控制系统的略图。
发明详述
可用于形成本发明有粘结性的浆液的适合的水凝粘合剂包括波特兰水泥、矾土水泥、火山灰水泥、喷浆、硫酸钙半水合物(石膏，非水合和水合熟石膏两者)，及其混合物，其中石膏是尤其优选的。波特兰水泥是已知的为以下要求而选择的粘结剂：耐湿性是重要的，或者用于大业务量地区，其中希望的是高密度(例如，15-30pcf，更典型地22-26pcf)涂层。虽然石膏可用于高密度应用中，但是通常其被用于低密度(大约5-19pcf，优选大约10-15pcf)组合物。优选该粘结剂以大约10到大约98％重量、更优选大约90到大约95％重量的量使用。优选水凝粘合剂以精细分散的干燥粉末形式提供。
在此使用的术语“泡沫”指被薄膜互相分开的一组气泡，其聚集具有足够长的有限静态寿命，使得本发明的泡沫可以被输送和喷涂。
为了稳定按照本发明用机械方法形成的泡沫，表面活性剂、蛋白质化合物和/或亲水性的化合物或者在水中可溶的、可混溶的或者可分散的聚合物是适合的。优选的泡沫稳定剂是聚乙烯醇，最优选粉末的聚乙烯醇。为了最终生产具有希望的密度的泡沫，用作泡沫稳定剂的聚乙烯醇的量优选为水质量的大约1％到12％(包括1％和12％)、更优选大约2％到10％(包括2％和10％)、甚至更优选大约2％到8％、最优选大约2-3％。使用的聚乙烯醇的粘度影响发泡的组合物相对于未发泡的状态的体积增加。优选的聚乙烯醇是部分水解的品级，摩尔百分率水解度在79％到90％范围内、优选大约88％，酯值为140mgKOH/g，和残余乙酰基含量为10.7重量百分数。适合的聚乙烯醇的例子是由Clarient出售的Mowiol品级，4/88直到40/88，其在20℃下和在水中在5％浓度下各自具有以下粘度：4/88为8Pa.s，5/88为9mPa.s，8/88为12mPa.s，18/88为55mPa.s(其是尤其优选的)，23/88为75mpa.s和40/88为100mPa.s；以及Celanese Celvol 523S和523SF。最优选的是聚乙烯醇以粉末以的形式使用。该粉末必须由足够小的粒子组成以保证聚乙烯醇易于溶于水中。具有平均80到400微米粒子的粉末聚乙烯醇被认为是适合的。本领域技术人员能够容易地测定除上述之外的哪些市售可得的聚乙烯醇粉末是适合的。
其他适合的泡沫稳定剂包括氟代表面活性剂，例如可购自duPont的那些，包括Zonyl FS300，其是不含有机溶剂的通用非离子氟代表面活性剂，不受硬水或者pH影响，具有大的浸湿容量。这些可以基于水质量为大约0.005％到大约0.5％(包括0.005％和0.5％)的量使用。适合的蛋白质化合物包括水解蛋白基浓缩物。蛋白质化合物可以基于水质量为大约2％到大约5％(包括2％和5％)的量使用。适合的亲水性化合物或者聚合物包括改性淀粉、天然碳水化合物例如树胶或者海草胶体、半合成高分子例如纤维素醚、水凝胶例如丙烯酸和甲基丙烯酸的均聚和共聚物衍生物、或者聚丙烯酰胺聚丙烯酸酯共聚物以及分散体例如聚醋酸乙烯酯和苯乙烯化的(styrenated)丙烯酸类。
与在上述美国专利4,904,503中描述的和目前用于工业实际的化学方法发泡的、泵送的和喷涂的防火涂层相反，本发明的泡沫是用机械方法生产的。可以使用在纸板-制造领域中已知的泡沫生成装置例如高剪切混合机。然而，已经发现这种装置不是必要的，并且机械地形成能够有效地产生气泡的湍流并由此使浆液发泡的过程可以在通常用于目前的泵送和喷涂防火材料的应用中的管子或者软管中进行，该管子或者软管还被用于将得到的泡沫输送到分配点，例如喷嘴，以便对基材进行最后的喷涂。优选将气体，优选压缩空气，例如通过注射引入浆液所在的软管或管子中。在本发明的一个实施方案中，气体引入软管或者管子中的位置靠近分配点，因为已经发现，当气体引入点之后的软管或管子长度增大时，泡沫达到稳态所需要的时间较长(稳态被定义为能够以均一的速率从软管分配而无大的气体脉冲)。希望的是达到稳态，否则泡沫以柱塞而不是均匀喷涂物的形式从分配点喷出。脉冲的分配使得难以将泡沫均匀地涂覆到基材上，因为气体的脉冲倾向于将产品从基材上“吹”走，其与可以被喷涂到基材上的一样快。此外，将气体引入位置设置在较接近于使用点的位置，能够最小化软管(泡沫需要输送通过该软管)的长度。
生产的泡沫的密度是浆液流速和软管或者管子的长度和直径以及注入到泡沫中的气体压力和气体容积(cfm)和浆液(和泡沫)在软管或管子中的停留时间的函数。本领域技术人员可以调节上述参数以获得希望的最终产品密度。例如，一个适合的体系使用50英尺软管，其直径为3/4英寸，并且以26cfm的速度在70psi下进行空气喷射。如果软管或者组合物在软管中的停留时间太短，将出现不充分的发泡。如果软管或者组合物在软管中的停留时间太长，将不会获得稳态，并且组合物将形成从出口“喷出”的柱塞，并且不易于以均匀的方式喷涂到基材上，正如以上所述的。目的是提供具有足够长度和直径的软管，使得进入软管的浆液状态的组合物可以被气体发泡并且在组合物离开软管之前达到稳态。本领域技术人员能够平衡流速以及软管的长度和直径与被注入软管的气体的压力和气体的体积，从而获得希望的泡沫坚度和密度。已经发现，对于给定的软管直径和给定的空气压力，与较长的管子相比，较短的管子导致发泡产品更快地达到平衡或者稳态。例如，在具有0.5英寸直径的25英尺长的软管中，泡沫在30秒内达到平衡，而对于具有0.5英寸直径的150英尺长的软管，在超过300秒时达到平衡。类似地，在具有3/4英寸直径的25和50英尺长的软管中，泡沫立即达到平衡，而对于具有3/4英寸直径的100英尺长的软管，需要55秒，对于具有相同直径的150英尺长的软管，需要超过300秒。
适合的软管或者管子的长度包括15到150英尺，直径包括1/2″、5/8″、3/4″和1英寸。较短长度的软管与较长长度的相比达到平衡或者稳态更快。对于给定的配方，产品的密度是相同的，与管子是卷曲的或者直线的无关。本发明的优点是防火涂层可以使用与通常使用的那些相比较轻重量的软管来涂覆，减轻了涂覆器上的负荷。
本发明的组合物可以包括纤维组分。纤维组分可以是有机的或者无机的。优选，纤维组分是高湿容积有机纤维的混合物，优选是如美国专利3,719,513和3,839,059所描述的纤维素纤维，和提供增强作用的无机纤维，优选钢或者玻璃纤维。还可以使用聚合物增强纤维例如聚丙烯纤维。其他适合的组分包括二氧化硅、硅藻土、膨胀珍珠岩、片状剥落的蛭石、切细的发泡聚苯乙烯、氧化铝、陶渣、胶态氧化硅、陶瓷纤维、矿物纤维和其混合物。组合物中的纤维组分的总量优选在大约0％到大约40％重量范围内。尤其优选的组合物包含大约4％到10％重量的高湿容积纤维素纤维和大约0.0％到大约1％重量的玻璃纤维，大约1％纤维素纤维和大约0.5％玻璃纤维是特别优选的。其他任选的添加剂包括用量为大约0.1到大约5％的甲基纤维素或者本领域技术人员已知的其他适合的增稠剂或者空气稳定剂，用量为大约0.1到大约3％的化学加气剂；用量为0到大约5％的聚醋酸乙烯酯；用量为大约1％到大约5％的粘土；用量为大约0％到大约5％的产生气体物质例如碳酸钙；和用于抑制细菌生长的抗微生物剂。如果可行，为了方便起见，可以将任选的组分以干燥状态加入水凝粘合剂中以形成浆液前体或者混合物。
可以将基材粘合性和内聚力提高试剂加入本发明的组合物中。有利地，优选的基材粘合性和内聚力提高试剂是聚乙烯醇，在其中空气的加入和机械湍流被用于使组合物发泡的本发明的实施方案中，其还起泡沫稳定剂的作用。用作基材粘合性和内聚力提高试剂的聚乙烯醇的适合类型和量公开于上述有关泡沫稳定剂的上下文中。其他基材粘合性和内聚力提高试剂包括聚乙二醇；聚(醋酸乙烯酯)；聚(乙烯-醋酸乙烯酯)共聚物；聚(丙烯酸乙酯)；聚(甲基丙烯酸)；淀粉；天然增稠剂(例如瓜耳胶)和上述的混合物。
因为本发明的组合物典型地作为干燥混合物运输到应用地点并且在加入适量的水时形成浆液，因此制备和应用过程可能间隔许多小时或甚至许多天，因此混合物的凝固时间一般被大大延迟以提供有效的现场“适用期”。该延迟与所希望的在涂覆到最终基材上时的快速凝固时间相矛盾，因此难以获得延迟和加速之间的准确的平衡。如果混合物过早地凝固，其将变得不可泵送，因而无法用于预定的应用。因此，优选将延迟剂用于延迟组合物的凝固时间，以防止过早凝固。适合的延迟剂在本领域中是常规的，并且包括马来酸酐，其用量基于水凝粘合剂的质量为0.1％到0.75％(包括0.1％到0.75％)，聚丙烯酸钠和聚丙烯酸类的共混物。优选的延迟剂是工业中使用的标准蛋白质(proteineous)延迟剂，例如市售可得的名称为Goldbond HighStrength Retarder的那种。为了方便起见，延迟剂优选以干燥状态加入到水凝粘合剂中。
可以将促进剂加入有粘结性的组合物中以降低在结构上的凝固时间。可以使用任何能够在希望的时间周期内满意地补偿浆液的延迟、而不对其或者对作为应用的主体的基材产生有害影响的任何凝固促进剂。对于大多数的工业应用，促进剂的类型和量应使得其能迅速地将凝固时间从大约4到大约20小时改变为大约5到15分钟。取决于促进剂和延迟剂的类型和量以及粘结剂，提供这种凝固时间所需要的量可以改变。一般，使用基于干燥的防火材料的重量为大约0.1％到20％的干燥促进剂，1-5％是优选的。适合的促进剂是已知能够加速所用的水凝粘合剂的凝固的那些。对于石膏基水凝粘合剂，适合的促进剂包括硫酸铝、硝酸铝、硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、硫酸亚铁、硫酸钾、硫酸、碳酸钠、碳酸氢钠和乙酸。硫酸铝是优选的促进剂。其可以作为溶液使用。如果水凝粘合剂是波特兰水泥，可以使用常规的促凝剂，例如氯化钙、甲酸钙、硝酸钙、亚硝酸钙、碱性铝酸盐和硅酸盐例如水玻璃。
还发现，将硫酸铝引入发泡组合物中可通过改变制剂的微观结构而用于控制泡沫的稳定性，尤其是在包含聚乙烯醇作为泡沫稳定剂和硫酸钙半水合物作为水凝粘合剂的组合物中。具体地，“较稳定的”泡沫产生较细的结构，而“较不稳定的”泡沫产生较粗糙的结构。因此空隙或者孔隙的尺寸可能是关键的，并且可以通过控制硫酸钙半水合物与水形成硫酸钙二水合物的反应的速率来控制。硫酸铝可用于加速该反应，借此例如通过产生具有较细的微观结构的泡沫来控制得到的泡沫的稳定性。实质上，引入泡沫中的硫酸铝与粘结剂反应并且引起其凝固，借此“冻结”泡沫的微观结构。优选在用于将泡沫喷涂到基材上的喷嘴附近或者之处加入硫酸铝，例如通过使用公开于美国专利4,904,503中的喷嘴，该公开在此引入作为参考。
在加入硫酸铝时在泡沫的微观结构中获得的显著效果可以通过参考图1-2看到。图1和2是在相同条件下制备的泡沫，除了图1中的泡沫在喷嘴处注入了硫酸铝，而图2的泡沫没有注入硫酸铝。图1的泡沫显示了与图2的相比较细的微观结构。
在包含泡沫稳定剂例如聚乙烯醇和加气剂例如α-烯烃磺酸盐的混合物中引入促凝剂例如硫酸铝还引起了泡沫“凝胶化”。根据促凝剂的引入和其在泡沫中的分布，泡沫的坚度从“剃须膏”坚度到“粘性”物质变化。凝胶的形成提高了产品在凝固时间以前和在凝固时间期间在基材、尤其是钢梁等上(粘合和附着)保持或者“悬挂”的能力。加入碱性物质例如碳酸钙能增强凝胶化。因此促凝剂用来形成凝胶、然后加速水凝粘合剂凝固两者。
参考图3，为了形成本发明的有粘结性的浆液，在贮料斗112中混合水凝粘合剂、缓凝剂、泡沫稳定剂和/或基材粘合性和内聚力提高试剂以及水，同时混合任选的组分例如纤维材料。由于泡沫提供了固有的轻质特性，因此轻质集料不是要求的。当不利用发泡时，可以加入轻质集料。适合的轻质集料是本领域技术人员众所周知的，并且包括膨胀的或者未膨胀的蛭石、珍珠岩、玻璃珠和切细的聚苯乙烯。各种组分的加入次序不是关键的。优选混合在应用地点或其附近进行，以同时防止组合物的过早凝固和限制浆液一旦形成后必须输送的距离。将干燥材料，例如水凝粘合剂、延迟剂和其他任选的组分，在贮料斗112或者其他适合的混合容器中混合。一同或者分开地加入水和泡沫稳定剂和/或基材粘合性和内聚力提高试剂，以形成有粘结性的浆液。在本发明的优选的实施方案中，当粉末聚乙烯醇是泡沫稳定剂和/或基材粘合性和内聚力提高试剂时，将粉末聚乙烯醇与水凝粘合剂、延迟剂和任选的组分以干燥状态混合。然后将水加入到干燥混合物中以形成可泵送的有粘结性的浆液。将如此形成的浆液输送到软管或者管子100，优选用泵螺旋推运器110泵送，正如以上的讨论。浆液的输送应该以工业上可行的速率进行，一般为大约1800板英尺/小时。变速转子定子泵例如Putzmeister S-5是适合于该目的的。
在加入水时形成浆液的本发明的最优选的干混合物制剂包含90-95％灰泥、1-3％粉末PVA(Mowiol 18-88G-2粉末)、1％纤维素纤维、0.5％玻璃纤维、0-2％碳酸钙、0.25％α-烯烃磺酸盐、0.1-0.3％延迟剂和0-2％波特兰水泥。该制剂，尤其在包含碳酸钙的情况下，在加入水时机械地形成泡沫，和在喷嘴处或附近通过加入硫酸铝加速凝固，导致低密度产品(干密度9.3pcf)，其具有改进的可悬挂性(在钢基材上1-1.5英寸厚度)，具有很低的成本。可以加入少量的碱性物质例如波特兰水泥，以最小化或者防止任何显著的由硫酸铝与碳酸盐反应所引起的二氧化碳的生成。波特兰水泥能提高混合物的pH并且抑制酸性促进剂与碱的反应。取决于所希望的最终产品的密度，上述优选特征可以变化。
利用与压缩机22连接的管道或者管子21，将气体、优选空气通过注射加入到软管中。引入足够的气体以使浆液发泡并且将得到的泡沫输送到喷嘴10。本领域技术人员将理解，引入空气以机械地使浆液发泡和输送得到的泡沫不同于常规的化学加气剂的使用，后者为了改进可泵送性在开放系统中夹带空气。虽然在单一位置引入气体是优选的，但是根据需要气体可以在沿着软管的几个位置加入。
为了进一步减少或者消除在泡沫从软管喷涂时可能存在的脉冲，可以许多不同的方式控制软管中的压力。控制软管中的压力提供了对喷涂操作的缓冲作用。压力还可用于控制在喷嘴10处的喷涂的速率。此外，产品的最终密度可以使用压力进行控制。在其最简单的形式中，可以将卸压阀等加入到软管上，以便从软管排出气体(空气)以控制软管中的压力。在另一个更优选的实施方案中，可以将限定了扩大的体积(相对于软管)的空气分离和泡沫流动控制箱12置于管道中，借此将软管中的泡沫进料到控制箱并且在控制箱的出口强制排出，通过连接到喷嘴的软管的其余的长度。该控制箱可以具有控制的放空，以便调节其中的压力。进入控制箱的质量流量通过将浆液泵入软管的泵来控制，并且从控制箱中出来的质量流量通过控制箱中的压力来控制。用于在软管中输送泡沫的气体的速度是高的，这使得难以有效地喷涂泡沫。控制箱12允许输送泡沫的气体与泡沫分离，并且允许独立于该速度对泡沫的流速进行控制。
现在参考图4，其中显示了这样一种控制箱12，其具有与输送泡沫的软管连通的进口14和与进口12间隔开的出口16。借助于软管中的压缩空气被输送的泡沫在进口14处进入控制箱12。当泡沫/空气混合物进入控制箱12时，过量(即输送用的)空气与泡沫分离，并且泡沫降至控制箱12的底部，在此处其借助于控制箱12中的压力被挤出出口16，进入软管18的另外的长度并且最后从喷嘴10排出。与阀门22例如闸阀连通的排气口20允许控制箱12中的压力被控制到希望的水平。压力可以人工地或者自动地控制。压力计19显示控制箱12的压力。取决于希望的流速和排出软管的直径和长度，适合的控制箱12中的压力可以控制在大约10和大约65psi之间。已经发现，在一个应用中，大约40psi的压力是尤其适合的。已经发现，这是使泡沫以可接受的速率从出口16强制排出和穿过软管18并且从喷嘴10中喷出所需要的足够的压力。附加的优点是，因为泡沫处于压力之下，由于更多的空气被压入泡沫中，因此导致附加的空气夹带。结果是与在不存在控制箱12时喷涂的相同制剂相比得到甚至更低密度的产品。
优选从控制箱12的出口16到喷嘴10的软管长度为大约15到30英尺。软管18的直径应该尽可能小，以便提供便于应用的软管的柔顺性。然而，当直径减小时，需要更大的压力来将泡沫输送通过软管，并且当压力增大时，喷涂倾向于更快地从喷嘴排出，这可能是不希望的。1到1.5英寸的直径被认为是适合的，大约25英尺的软管长度是特别优选的，以便保证控制箱12不干涉涂覆器。例如，当涂覆器在高层建筑物中操作时，优选控制箱12位于与涂覆器相同的楼层上，而用于混合和泵送浆液的混合和泵送设备一般位于建筑物的一楼。
在本系统中，包含在产品中的空气的量实质上大于常规的泵送和喷涂防火组合物。通常，包含在本发明产品中的空气的量为包含在常规的泵送和喷涂防火产品中的量的至少大约两倍，并且优选至少大约四倍。
实施例1-6
在所有情况下，列于表1中的所有材料，除了水，被干混和3分钟以制备均匀混合物。然后将该混合物加入到标准桨式混合器中，并且加入水。将该混合物混合2分钟。将生产的浆液倾倒到转子/定子类型泵(Putzmeister S-5)的泵贮料斗中。然后将该浆液泵送到另一个位置，在此空气被注入到软管中的浆液中。该空气注入使浆液在30’的3/4”发泡软管中变成泡沫。
在表1中的配方1和2中，进入空气分离和泡沫流动控制箱的泡沫被增压到37psi。然后泡沫被压出控制箱并且通过25’的1”软管和标准喷嘴。当泡沫通过喷嘴时将硫酸铝注入泡沫中。
在配方3、4、5和6中，没有使用空气分离和泡沫流动控制箱。标准喷嘴直接连接到30’的3/4”软管的末端，在该软管中进行发泡(参见上面一段的末尾)。在情况1和2中，当泡沫通过喷嘴时将硫酸铝注入泡沫中。
表1显示了产品的最终密度。配方6是高密度产品，其包含波特兰水泥作为主要的水凝粘合剂。
表1