CN101955710B - 水性纳米超薄型钢结构防火涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：丙烯酸酯乳液20％～40％；聚磷酸铵10％～30％；季戊四醇5％～15％；三聚氰胺1％～10％；纳米材料1％～10％；助剂0.001％～5％；水10％～30％。以及此种防火涂料的制备方法。本发明所制备的防火涂料具有性能稳定、耐火性能良好的特点，所制备的防火涂料厚度在2mm以下，且耐火极限可达到120分钟。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料及制备方法，属于消防材料技术领域。
背景技术
经济和社会的发展推动了建筑事业的发展，大型建筑如展览馆、候机楼、大型商场、体育场馆和高级宾馆及工业厂房等不断增多，并且向着大型和美观的方向发展，其主要承重构件大都是钢结构。
为此，钢结构的防火越来越受到人们的关注。钢材虽然属于不燃材料，但它的耐火性能远比砖石结构和钢筋混凝土结构差，随温度的升高，钢材的机械强度会下降。当温度升高到钢材的临界温度(一般为540℃)时，其屈服应力仅为常温的40％。钢材在高温火焰直接灼烧下，只有15min的耐火极限。
使用防火涂料是一种钢结构建筑防火的比较理想的方法。钢结构防火涂料涂在钢构件表面，起到防火隔热保护作用，防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度，避免钢结构失去支撑力而导致建筑物垮塌。
但是目前在市场上常用的超薄型油性防火涂料多以溶剂为稀释剂。但是，使用有机溶剂可能会在涂层中残留溶剂，增加涂层的可燃性，对防火涂料的最终防火性能产生不良影响。挥发的有机溶剂对于施工现场以及操作工人会带来火灾、爆炸、中毒等安全隐患，为此在当今能源缺乏的状况下，为了保护环境。节约能源、积极创新开发环保水性钢结构防火涂料尤为重要。
钢结构防火涂料一般可分为厚涂型、薄涂型和超薄型，从发展趋势看，超薄型钢结构防火涂料必将最终替代厚涂型和薄涂型防火材料，超薄型防火涂料的防火功能主要是由三种组成实现，用于形成炭层的碳源、用于催化碳源物质脱水形成炭层的酸源和产生发泡气体的气源。但是目前国内外防火涂料的性能存在不少问题，耐火性、耐候性不佳，而且在棚内暴露3年的条件下，其耐燃性大多降低到原来的30％～40％。所以如何选择超薄型钢结构防火涂料的原料和配比，从而来解决目前耐火性、耐候性不佳的缺点，显得尤为重要。
有鉴于此，本发明对超薄型防火涂料进行深入研究，得出一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料及其制备方法，所制备的防火涂料具有性能稳定、耐火性能良好的特点，所制备的防火涂料厚度在2mm以下，且耐火极限可达到120分钟。
一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：
丙烯酸酯乳液 20％～40％；
聚磷酸铵 10％～30％；
季戊四醇 5％～1％；
三聚氰胺 1％～10％；
纳米材料 1％～10％；
助剂 0.001％～5％；
水 10％～30％。
所述的纳米材料采用经纳米化后的纳米三氧化二锑(购于上海宸锋锑业贸易有限公司)、纳米氢氧化镁(购于上海跃江钛白化工制品有限公司)、纳米蒙脱土(购于浙江丰虹粘土化工有限公司)、纳米二氧化钛(购于莱阳子西莱环保科技有限公司)、纳米氢氧化铝(购于大连路明纳米材料有限公司)和纳米二氧化硅(购于浙江杭州万景材料有限公司)中的一种；所述的助剂包括消泡剂，流平剂和抗沉降剂，且加入的重量比为消泡剂∶流平剂∶抗沉降剂＝1∶1∶1。
所述的消泡剂采用
-024和
028中的一种；流平剂采用
307或
-380N中的一种；抗沉降剂采用-420或
-425中的一种。(以上原料均购于德国BYK公司)
所述的水性纳米超薄型钢结构防火涂料，优选包括如下重量百分比的组份：
丙烯酸酯乳液 35％；
聚磷酸铵 15％；
季戊四醇 10％；
三聚氰胺 8％；
纳米二氧化钛 8％；
消泡剂
-024 0.01％；
流平剂
-307 0.01％；
抗沉降剂
-420 0.01％；
水 23.97％。
一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料的制备方法，包括如下制备步骤：
a、将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，助剂按比例称取后，进行表面包覆处理，然后加水统一进行球磨；
b、然后将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；
c、对其进行搅拌、分散。
本发明的有益效果为：本发明采用季戊四醇作为碳源，无机酸催化剂聚磷酸铵作为酸源，发泡剂三聚氰胺作为气源，丙烯酸酯乳液作为基料，最重要的是采用了纳米级的无机材料与已有的有机分子复合形成共价键结合的复合树脂，通过纳米粒子在炭层的“钉扎”作用可以增强燃烧后炭层的强度，这样使炭层相对不容易被火焰冲刷开裂而降低防火性能。本发明采用纳米三氧化二锑和纳米氢氧化镁等中的一种，由于具有尺寸小，表面积大的特点，在防火涂料中加以使用可以有效提高反应面积，更好的分布结构，提高涂料的阻燃性能。本发明的配方和制备工艺的结合不仅保证了纳米微粒在涂料中的有效稳定分散和纳米微粒在涂料中的贮存稳定性；因为不需要使用有毒有害的溶剂甲苯，二甲苯等物质，所以具有节约能源、无毒、无害、环保的特点，所制备的防火涂料厚度在2mm以下，且耐火极限可达到120分钟。
具体实施方式
实施例1
本实施例的一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：丙烯酸酯乳液35％；聚磷酸铵15％；季戊四醇10％；三聚氰胺8％；纳米二氧化钛8％；消泡剂
-024 0.01％；流平剂
-307 0.01％；抗沉降剂
-4200.01％；水23.97％。
制备方法如下：a首先将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，消泡剂
-024，流平剂
-307，抗沉降剂
-420按比例称取后，进行表面包覆处理，然后加水统一进行球磨；b其次将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；c、对其进行搅拌、分散。所制备的防火涂料，涂料干燥以后通过卡尺来测量厚度，得出厚度为1.89mm，且耐火极限可达到120分钟。
实施例2
本实施例的一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：丙烯酸酯乳液20％；聚磷酸铵30％；季戊四醇5％；三聚氰胺10％；纳米蒙脱土5％；消泡剂-028 0.001％；流平剂
-380 N 0.001％；抗沉降剂
-4250.001％；水29.997％。
制备方法如下：a首先将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，消泡剂
-028，流平剂
-380N，抗沉降剂
-425按比例称取后，进行表面包覆处理，然后加水统一进行球磨；b其次将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；c、对其进行搅拌、分散。所制备的防火涂料，涂料干燥以后通过卡尺来测量厚度，得出厚度为2mm，且耐火极限可达到120分钟。
实施例3
本实施例的一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：丙烯酸酯乳液40％；聚磷酸铵10％；季戊四醇15％；三聚氰胺10％；纳米氢氧化铝10％；消泡剂
-028 1.6％；流平剂
-307 1.6％；抗沉降剂
-425 1.6％；水10.2％。
制备方法如下：a首先将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，消泡剂
-028，流平剂-307，抗沉降剂-425按比例称取后，进行表面包覆处理，然后加水统一进行球磨；b其次将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；c、对其进行搅拌、分散。所制备的防火涂料，涂料干燥以后通过卡尺来测量厚度，得出厚度为1.9mm，且耐火极限可达到120分钟。
实施例4
本实施例的一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：丙烯酸酯乳液30％；聚磷酸铵16％；季戊四醇15％；三聚氰胺1％；纳米三氧化二锑10％；消泡剂
-028 1％；流平剂
-380 N 1％；抗沉降剂
-420 1％；水25％。
制备方法如下：a首先将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，消泡剂
-028，流平剂
-380 N，抗沉降剂
-420按比例称取后，进行表面包覆处理，然后加水统一进行球磨；b其次将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；c、对其进行搅拌、分散。所制备的防火涂料，涂料干燥以后通过卡尺来测量厚度，得出厚度为1.98mm，且耐火极限可达到120分钟。
实施例5
本实施例的一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：丙烯酸酯乳液40％；聚磷酸铵12％；季戊四醇15％；三聚氰胺10％；纳米二氧化硅1％；消泡剂
-028 0.05％；流平剂
-307 0.05％；抗沉降剂
-4200.05％；水21.85％。
制备方法如下：a首先将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，消泡剂
-028，流平剂-307，抗沉降剂
-420按比例称取后，进行表面包覆处理，然后加水统一进行球磨；b其次将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；c、对其进行搅拌、分散。所制备的防火涂料，涂料干燥以后通过卡尺来测量厚度，得出厚度为1.98mm，且耐火极限可达到120分钟。
实施例6
本实施例的一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，包括如下重量百分比的组份：丙烯酸酯乳液30％；聚磷酸铵25％；季戊四醇15％；三聚氰胺4％；纳米氢氧化镁8％；消泡剂-024 0.005％；流平剂
-380 N 0.005％；抗沉降剂
-4200.005％；水17.985％。
制备方法如下：a首先将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，消泡剂
-024，流平剂
-380 N，抗沉降剂
-420按比例称取后，进行表面包覆处理，然后加水统一进行球磨；b其次将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；c、对其进行搅拌、分散。所制备的防火涂料，涂料干燥以后通过卡尺来测量厚度，得出厚度为1.98mm，且耐火极限可达到120分钟。
Claims (3)
1.一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，由碳源、酸源、气源和助剂组成，其特征在于包括如下重量百分比的组份：
丙烯酸酯乳液 20％～40％；
聚磷酸铵 10％～30％；
季戊四醇 5％～15％；
三聚氰胺 1％～10％；
纳米材料 1％～10％；
助剂 0.001％～5％；
水 10％～30％；
所述的纳米材料采用经纳米化后的纳米三氧化二锑、纳米氢氧化镁、纳米蒙脱土、纳米二氧化钛、纳米氢氧化铝和纳米二氧化硅中的一种；所述的助剂包括消泡剂，流平剂和抗沉降剂，且加入的重量比为消泡剂∶流平剂∶抗沉降剂＝1∶1∶1。
2.如权利要求1所述的水性纳米超薄型钢结构防火涂料，其特征在于包括如下重量百分比的组份：
丙烯酸酯乳液 35％；
聚磷酸铵 15％；
季戊四醇 10％；
三聚氰胺 8％；
纳米二氧化钛 8％；
消泡剂
-024 0.01％；
流平剂
-307 0.01％；
抗沉降剂
-420 0.01％；
水 23.97％。
3.一种如权利要求1所述的水性纳米超薄型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：
a、将所述的粉状原料聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米材料，助剂按比例称取后，加水统一进行球磨；
b、然后将丙烯酸酯乳液按比例加入到步骤a的原料中进行分散；
c、对其进行搅拌、分散。
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