CN101503591B

CN101503591B - 水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN101503591B
Application number: CN2009100584806A
Authority: CN
Inventors: 覃文清; 李风; 戚天游; 张泽江
Original assignee: Sichuan Fire Research Institute of Ministry of Public Security
Current assignee: Sichuan Fire Research Institute of Ministry of Public Security
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: CN101503591A

Abstract

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料及其制备方法，涉及涂料技术领域，旨在提高现有薄型钢结构防火涂料的耐火性能、粘结强度、耐水性和耐冷热循环性等主要性能指标，并降低涂料对火反应后产生的烟气量及其毒性。本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，由如下组分组成：水溶性丙烯酸酯乳液、低硫可膨胀石墨、聚磷酸铵、硅灰石、球型闭孔膨胀珍珠岩、填料、助剂。本发明的制备方法，由如下步骤构成：1、将聚磷酸铵、硅灰石、填料和水溶性丙烯酸酯乳液混合研磨；2、加入水溶性丙烯酸酯乳液、低硫可膨胀石墨、球型闭孔膨胀珍珠岩、助剂，搅拌均匀；3、加水调整涂料粘度。本发明适用于对钢结构实施防火保护的涂料及其制备方法。

Description

水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别是一种对钢结构实施防火保护的涂料及其制备方法。。

背景技术

钢结构在现代建筑中广泛应用。但是，钢结构的耐火性能差，钢材的机械强度随温度的升高而降低，一般常用的建筑钢材在540℃左右其承载能力便急剧下降。而一般建筑火灾火场温度大多在800～1200℃之间。裸露的钢结构在火场中，只需10多分钟便会失去承载能力而垮塌，造成惨重的人员伤亡和经济损失。因此，必须对钢结构进行防火保护。在种种防火保护技术方案中，使用钢结构防火涂料保护钢结构，具有保护材料自重轻、防火隔热性能好、对钢结构形貌影响小、易于施工、最为经济合理等优点，因此在工程中得到了广泛的应用。

目前，常用的钢结构防火涂料一般按使用厚度分为三大类：厚型、薄型和超薄型。

厚型钢结构防火涂料是一种隔热型防火涂料，主要由难燃性胶凝材料、无机绝热材料和阻燃剂等组成，涂层较厚，厚度在7～45mm之间，粒状表面，外观装饰性不好，耐火极限为0.5～3h。多用于工业厂房和隐蔽工程等不需要装饰性的钢结构建筑。

薄型钢结构防火涂料，涂层厚度为3～7mm；超薄型钢结构防火涂料，涂层厚度不超过3mm。这两种涂料均为膨胀型防火涂料，主要由成膜物质、膨胀耐火体系、颜料、助剂、溶剂等组成。这两种涂料在火灾发生时，由成炭剂-发泡剂-酸化催化剂组成的膨胀耐火体系能适时膨胀发泡，形成一个比原有涂膜厚几十倍甚至上百倍的均匀的、致密的海绵状炭化层。该炭化层热导率很小且厚度较大，因此能有效地隔绝热量对钢基材的进攻，起到保护钢结构的作用。这两种防火涂料具有相对较薄的涂层，对钢结构的荷载增加小，其耐火极限一般为0.5～2h，且具有一定的装饰作用，因此，是目前钢结构防火涂料的一个发展方向。

目前常用的薄型钢结构防火涂料包括溶剂型涂料和水性涂料，主要存在两个问题：

1、涂料在火场中形成起耐火作用的炭化层，但炭化层的形成会导致涂料稳定性的降低。质量不好的炭化层可能在火焰的冲击下烧蚀而脱落，起不到保护钢结构的作用；同时，膨胀耐火体系同涂料其他组分的配伍是一个较为复杂的问题。因此，涂料的耐火性能、粘结强度、耐水性和耐冷热循环性等主要性能指标有待提高。

2、薄型钢结构防火涂料基本上都使用了以聚磷酸铵/三聚氰胺/季戊四醇为典型代表的膨胀耐火体系。这些体系都属于化学膨胀型，在火场中，主要依靠不同组分之间的化学反应来产生炭化层，这个过程中就会释放出很多有毒的烟气。从宏观上看表现为涂料在火场中受火时浓烟滚滚、同时有刺激性气体产生。从消防救灾统计数据来看，火场中真正火烧致死的比例很小，烟气致死的比例则高达75％～80％。

因此，薄型钢结构防火涂料遇火后其燃烧产物对未逃离火场人员和消防人员是一个严重的伤害，同时将造成很大的环境污染。

发明内容

本发明旨在提高现有薄型钢结构防火涂料的耐火性能、粘结强度、耐水性和耐冷热循环性等主要性能指标，并降低涂料对火反应后产生的烟气量及其毒性，以提供一种主要性能指标优于传统产品的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，含有如下重量份的组分：

水溶性丙烯酸酯乳液 18～42

低硫可膨胀石墨 3～17

聚磷酸铵 4～18

硅灰石 4～20

球型闭孔膨胀珍珠岩 2～6

填料 3～8

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，上述组分中还包含有助剂0.1～2。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其中所述的助剂为消泡剂和防沉剂中的任意一种，或二者任意比例的混合物。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其中所述的低硫可膨胀石墨，粒度为50～100目，筛上量大于等于80％，膨胀容积为100～300ml/g，含硫量低于0.05％。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其中球型闭孔膨胀珍珠岩粒径小于0.1mm，闭孔率大于96％。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其中填料是钛白粉和滑石粉中的任意一种，或二者任意比例的混合物。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料的制备方法，由如下步骤构成：

a)将按重量份计的聚磷酸铵4～18、硅灰石4～20、填料3～8和水溶性丙烯酸酯乳液9～21混合研磨至细度达到在80μm以下；

b)在上述物料中加入按重量份计的水溶性丙烯酸酯乳液9～21、低硫可膨胀石墨3～17、球型闭孔膨胀珍珠岩2～6，搅拌均匀；

c)加水调整涂料粘度(涂-4杯)为(70±10)s。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料的制备方法，其中上述步骤b)的物料中再加入助剂0.1～2并搅拌均匀。

本发明的作用机理：水溶性丙烯酸酯乳液，其粘结性强，可以使最终的涂膜具有良好的物理机械性能，同时，它在高温下与钢材也具有较好的粘结性，可以保证炭化层牢固地附着在钢材上。低硫可膨胀石墨作为高效的物理膨胀耐火体系，它在约200℃时，体积开始膨胀，在约1100℃时达到最大体积，体积可膨胀约300倍，其膨胀倍率远远大于普通的化学膨胀耐火体系。膨胀后的石墨由原鳞片状变成密度很低的蠕虫状，有极佳的抗氧化性和耐高温性，并且其残炭量大，可以形成一个非常好的绝热层；同时，低硫可膨胀石墨还具有优异的防水性能和耐候性能，可提高涂料的耐水性和耐冷热循环性；更重要的是，由于低硫可膨胀石墨膨胀的过程是物理变化，烟气的释放量很小，加上低硫可膨胀石墨及其产物都无毒，因此可大大降低涂料在对火反应后产生的烟气量及其毒性。聚磷酸铵作为阻燃剂，可以提高涂料的防火性能。硅灰石可提高涂料的粘结性、韧性、耐久性，还可使涂料保持碱性，具有抗腐蚀能力，特别适用于钢结构保护涂料。球型闭孔膨胀珍珠岩是一种耐高温的无机材料，主要作为炭化层的骨架材料，对炭化层的强度有利，可以提高涂料的耐火性能。

下面结合实施例1-5(各实施例具体物料配比见表3)对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，按GB 14907-2002《钢结构防火涂料》进行检测，其主要性能指标见表1。

表1水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料主要性能指标

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，在火场中时，从宏观上看，产生的烟气量明显减少，刺激性气味降低。其产烟毒性分级按GB/T 20285-2006《材料产烟毒性危险分级》进行检测，结果见表2。

表2本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料产烟毒性危险分级

对比例

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

级别

危险级(WX)

准安全级(ZA2)

准安全级(ZA1)

注：对比例为市售薄型钢结构防火涂料的随机样品。

综上所述，本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料具有如下技术特点和有益效果：

1.耐火性能优良；

2.干燥时间短；

3.初期干燥抗裂性好；

4.粘结强度高；

5.耐水性能优良；

6.耐冷热循环性优良；

7.在火场中受火时燃烧产物可达到准安全级，不会伤害未逃离火场人员和消防人员，也不会造成环境污染。

具体实施方式

本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料各实施例按重量份计的组分如表3所示。

表3实施例物料配比表

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						水溶性丙烯酸酯乳液	35	31	39	18	42
低硫可膨胀石墨	3	14	11	16	17
						聚磷酸铵	7	10	6	4	18
硅灰石	20	9	5	4	6
						球型闭孔膨胀珍珠岩	6	3	5	2	4
填料	3	4	5	8	7
						消泡剂	0.4	0.1	0	0.5	-
防沉剂	0.5	0	0.9	1.5	-

各实施例的制备方法相同，即按表3的用量，取聚磷酸铵、硅灰石、填料和50％的水溶性丙烯酸酯乳液加入砂磨分散机，接通冷凝水，调整转速，研磨物料至细度在80μm以下，分离物料至分散罐中，加入剩下的水溶性丙烯酸酯乳液和低硫可膨胀石墨、球型闭孔膨胀珍珠岩，根据物料的干稠状态可选择加入少量助剂(消泡剂或防沉剂中的任意一种，或二者任意比例的混合物)，搅拌均匀即可。如物料非过于干稠，也无起泡现象，不加助剂亦可。在研磨或搅拌过程中可根据物料干稠状态加入适量水，最后调整涂料粘度(涂-4杯)为(70±10)s即可。

从上所述，本发明的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，具有耐火性能优良；干燥时间短；初期干燥抗裂性好；粘结强度高；耐水性能优良；耐冷热循环性优良；在火场中受火时燃烧产物可达到准安全级，不会伤害未逃离火场人员和消防人员，也不会造成环境污染等诸多优点。同时还具有生产制备投资少、工艺简单、成本低廉等突出特点。

Claims

1.水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其特征在于含有如下重量份的组分：

水溶性丙烯酸酯乳液 18～42

低硫可膨胀石墨 3～17

聚磷酸铵 4～18

硅灰石 4～20

球型闭孔膨胀珍珠岩 2～6

填料 3～8

2.如权利要求1所述的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其特征在于：上述组分中还包含有助剂0.1～2。

3.如权利要求2所述的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述的助剂为消泡剂和防沉剂中的任意一种，或二者任意比例的混合物。

4.如权利要求1所述的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述的低硫可膨胀石墨，粒度为50～100目，筛上量大于等于80％，膨胀容积为100～300ml/g，含硫量低于0.05％。

5.如权利要求1所述的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述的球型闭孔膨胀珍珠岩粒径小于0.1mm，闭孔率大于96％。

6.如权利要求1所述的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述的填料是钛白粉和滑石粉中的任意一种，或二者任意比例的混合物。

7.如权利要求1所述的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于包含如下步骤：

c)加水调整涂料粘度至用涂-4粘度计测定其流出时间为70s±10s。

8.如权利要求7所述的水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：步骤b)的物料中再加入助剂0.1～2并搅拌均匀。