CN102108236A - 一种用于超薄型钢结构的防火防腐涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超薄型钢结构的防火防腐涂料：以液体环氧树脂OER-95、丙二醇甲醚组成甲组份；以水性胺固化剂751、去离子水、丙二醇甲醚、分散剂、消泡剂、湿润剂、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡42号、纳米TiO₂浆、可膨胀石墨、复合铁钛粉组成乙组份，甲乙组份按1∶5质量比混合而成；本发明VOC排放量低，符合环保标准，耐火极限高，且具有优良的防火防腐性及物理机械性能。本发明应用领域广泛，可广泛应用于室内及室外钢结构防护，也适用于石化工业中有烃类火灾危险的设施防护。

Description

一种用于超薄型钢结构的防火防腐涂料

所属发明领域

本发明涉及到金属表面涂料技术领域，具体说是涉及到一种用于超薄型钢结构的防火防腐涂料。

背景技术

当前，现代化大型建筑及石化设施的框架多采用钢结构，然而，钢材的导热系数大，一般为52w/(m·k)，一旦遇到火灾，火场温度大多在10min内即达到700℃，此刻因钢材的屈服值强度急剧下降至常温态的40％左右而失去承载力，因此必须对钢结构进行防火保护。采用膨胀型防火涂料对钢结构进行涂覆保护，无疑是最经济、简便、有效的方法之一。将膨胀型防火涂料喷涂于钢材表面，涂层受火时发泡膨胀，形成一个比原涂层厚几十倍的难燃海绵状碳质层，其导热系数低，一般小于0.2w/(m·k)，对钢材起防火隔热作用，防止或延缓钢材在火灾中由于迅速升温而降低强度，避免导致建筑物垮塌。目前，我国的超薄型钢结构防火涂料大多为溶剂型，虽然其综合性能好，但是存在着浪费资源、污染环境、损害人身健康、有安全隐患等缺点，应用范围受到一定的限制。而环境友好型防火涂料，如水性涂料、无溶剂涂料、粉末涂料、光固化涂料等会得到迅速发展，尤其是水性和无溶剂型防火涂料具有广阔的发展前景。目前现有技术的水性膨胀型防火涂料与溶剂型防火涂料相比，在防火隔热效果、附着力、装饰性及耐水性方面有很大差距，在很多领域不能代替溶剂型防火涂料。这是因为大多采用传统的苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液等为成膜物，用其制备的防火涂料存在着发泡较慢、发泡持续时间短、泡层不致密、碳质层厚度低、强度小等缺点，因此不能作为超薄型防火涂料使用。随着科技的进步，环氧树脂防火涂料已经逐渐应用于户外及户内钢结构防火防腐，特别是对有烃类火灾危险的钢结构进行防火保护，其涂层具有防火、防腐等多功能性。但是目前对以环氧树脂为成膜物的防火涂料研究还在于起步价段。尽快研制出一种新型的用于超薄型钢结构的防火防腐涂料是本技术领域当前的重要任务。

本发明的目的是提供一种水性环保、低VOC排放、耐火、耐水、耐酸碱、耐盐雾及机械性能优良的用于超薄型钢结构的防火防腐涂料。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于超薄型钢结构的防火防腐涂料：以液体环氧树脂OER-95、丙二醇甲醚组成甲组份；以水性胺固化剂751、去离子水、丙二醇甲醚、分散剂、消泡剂、湿润剂、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡42号、纳米TiO₂浆、可膨胀石墨、复合铁钛粉组成乙组份，甲乙组份按1∶5质量比混合而成；

在配方中各组份成分构成如下，其中甲组份为：

液体环氧树脂OER-95    70-95％

丙二醇甲醚            5-30％

乙组份为：

水性胺固化剂751       10-15％

去离子水              6-10％

丙二醇甲醚            2-5％

聚磷酸铵              20-26％

三聚氰胺              12-15％

季戊四醇              8-10％

氯化石蜡42#           2-5％

纳米TiO₂浆            8-12％

可膨胀石墨            3-6％

复合铁钛粉            4-8％

分散剂                0.3-0.6％

润湿剂                0.2-0.4％

消泡剂                0.2-0.4％

上述各组份中成分含量为质量百分比计。

上述用于超薄型钢结构的防火防腐涂料的制备工艺步骤如下：

a.将液体环氧树脂OER-95用丙二醇甲醚稀释均匀，制备成A组分；

b.纳米TiO₂浆料的制备：在离子水中加入硅烷偶联剂和纳米TiO₂，超声波振荡分散2.5h，调PH值为6.5，制备成纳米TiO₂浆料；

c.按配方称量，去离子水在搅拌过程中分别加入分散剂、润湿剂、消泡剂、丙二醇甲醚、水性胺固化剂，搅拌混合均匀，依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡42号、纳米TiO₂浆、可膨胀石墨及复合铁钛粉，高速分散30min，再经三辊机研磨至细度＜60μm，成B组分。

本发明是由液体环氧树脂OER-95及水性胺固化剂构成基料树脂，添加阻燃添加剂后组成，基料树脂是构成涂料形成连续性薄膜的主要物质。超薄型钢结构防火涂料所要求的树脂，除应具有普通涂料的理化性能外，还应具有难燃性、膨胀性、防腐蚀性、装饰性等，同时还要求与阻燃体系有良好的相容性、协同增效性。由环氧树脂和水性胺固化剂构成的基料树脂，由于所含的醚键、环氧基等结构而使它与钢材有较好的附着力，与阻燃体系有优良的相容性和粘结力；环氧树脂与水性胺固化剂交联反应成网状结构，使得涂层致密，在遇火膨胀发泡时能提高发泡碳化层的致密度和强度，增强防火隔热效果；固化后的环氧树脂，具有优良的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸碱性及良好的电绝缘性，还有良好的机械强度。影响膨胀型防火涂料防火性能的主要因素有：碳质层的厚度、强度、结构、导热系数及化学组成等。理想的碳质层结构应该是孔径均匀细密、泡孔结构完整、具有一定厚度、附着力好、强度高、导热系数低等，因此，碳质层质量是决定防火涂料防火性能的主要因素。影响防火涂层碳质层质量的因素，除基料树脂外还有膨胀发泡阻燃体系、颜填料及助剂，其中膨胀发泡阻燃体系的影响因素最大。本发明涂料采用的膨胀发泡阻燃体系，由催化剂聚磷酸铵、发泡剂三聚氰胺、碳化剂季戊四醇及氯化石蜡组成。聚磷酸铵是酸源，其在290℃左右开始分解并放出NH₃和磷酸，磷酸使季戊四醇上的羟基脱水碳化，形成均匀致密的三维空间结构碳化层，减少热分解时可燃性焦油、醛、酮的产生，促进产生不燃性气体，同时阻止放热量大的碳氧化反应。选择高聚合度的聚磷酸铵更有利于提高涂料的碳质层质量，增强涂层的耐湿热性，避免出现盐析现象。季戊四醇为碳源，是形成三维空间结构泡沫碳质层的骨架基础，其碳含量为44％，羟基含量为50％，含碳量决定它的碳化速率，羟基含量决定它的脱水速率和发泡速率。季戊四醇在高温条件下与聚磷酸铵放出的磷酸、偏磷酸、焦磷酸在气相发生酯化反应，使季戊四醇上的羟基脱水碳化，形成泡沫碳质层。三聚氰胺为气源，当其遇火达到一定温度时即分解释放出不燃性气体，如氨气、水、二氧化碳、卤化氢等，使涂层达到软化点的条件下发泡膨胀，形成海绵状碳化层，达到隔热阻燃效果。氯化石蜡42#即是发泡剂又是成碳剂和增塑剂，当温度上升到220℃左右时，基料树脂开始软化，氯化石蜡42#在210℃左右开始分解，释放出CH₄和HCl气体，使软化的涂层开始发泡，同时HCl气体还有阻燃作用，氯化石蜡42#脱出HCl后成碳链作为碳架基础。这样就使防火涂层在火灾初期开始发泡，从而保护了涂层，通过梯度发泡、二次碳化，增强了碳质层厚度及质量，提高了防火效果。但是聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺膨胀阻燃体系也存在着耐高温氧化性能、耐水性和耐候性差的问题，在与水接触或潮湿环境中使用时，阻燃剂易发生水溶、盐析等现象，导至防火涂料失效，填加适量增效材料，可以在碳质层的形成和热降解过程中，改善碳质层的结构和热稳定性，提高碳质层的质量及耐火时间。可膨胀石墨、沸石结构的铝硅酸盐分子筛、石油裂解催化剂废弃物、纳米TiO₂、双羟基复合金属氧化物、过渡金属氧化物等，单独或复合使用均可作为聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺膨胀阻燃体系的增效剂。本发明选择的是可膨胀石墨和纳米TiO₂为膨胀阻燃体系的增效添加剂，

当纳米TiO₂在高温灼烧时，参与了聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺膨胀体系形成的碳质层，并且生成了白色TiP₂O₇物质，该物质有助于在高温下阻止氧气向基材扩散，防止碳质层产生裂缝，提高碳质层的强度。纳米TiO₂的加入还可提高防火涂层的耐紫外老化性和耐水性能。可膨胀石墨与纳米TiO₂复合使用，对防火防腐涂料的综合性能有叠加增效作用，从而解决了单一使用聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺膨胀阻燃体系存在的耐高温氧化性能、耐水性和耐候性差的问题。

钢结构一旦锈蚀，会严重削弱防火涂层的附着力，引起涂层开裂脱落。当防火涂层结构致密、耐水性强、附着力好、或涂层足够厚时，才能有效屏蔽水蒸汽、氧气、氯离子等的侵蚀，起到物理防锈的作用。在本配方中，环氧树脂具有粘结力强、附着力高、耐水、防腐性能；石墨具有磷片结构，在涂层中呈平行重叠排列，形成“迷宫”效应而具有屏蔽性；纳米TiO₂的小尺寸效应、表面效应及形成的互穿网络结构，使涂层致密，增强了涂层的抗水防腐蚀能力。复合铁钛粉是由多种不同形态的磷酸盐与硅基、钛基、铁基氧化物及氧化钇等纳米粉体复合而成的，其自身有一定的防锈能力。磷酸盐中的磷酸根可与钢铁表面的铁原子反应，生成水不溶的磷酸铁络合盐，并牢固地附着在钢铁表面，起到钝化缓蚀作用，并隔绝了水、氧、氯离子等，起到化学防锈作用。复合铁钛粉即是一种超细防锈颜料，又是防火涂料中的阻燃剂。在涂层受火时，磷酸盐分解出磷酸根，成为阻燃剂和脱水催化剂，并有消烟作用。

本发明以相对分子质量低的液体环氧树脂与水可分散的环氧固化剂配合体系为成膜物，以聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡为膨胀阻燃体系，以纳米二氧化钛、可膨胀石墨为增效剂，以复合铁钛粉为防锈颜料，制备的水性环氧超薄型钢结构的防火防腐涂料，其特点是VOC排放量低，符合环保标准，耐火极限高，当涂层厚度为(2±0.12)mm时，耐火极限超过90min，且具有优良的防火防腐性及物理机械性能。本发明应用领域广泛，可广泛应用于室内及室外钢结构防护，也适用于石化工业中有烃类火灾危险的设施防护。

本发明经检测，主要性能如下：

本发明按照GB14907-2002《钢结构防火涂料》进行检验，结果见下表

水性环氧超薄型钢结构防火防腐涂料性能

检测数据表明，本发明制备的用于超薄型钢结构的防火防腐涂料，其耐火性、耐湿热性、耐曝热性、耐盐雾性/次、耐酸碱性、耐水性及粘结强度等各项指标的数值都达到或优于《钢结构防火涂料》的国家标准，达到了发明目的。

具体实施方式

下面结合实施例详述本发明，所涉及的成分含量均按质量百分比计。

实施例：一种用于超薄型钢结构的防火防腐涂料：以液体环氧树脂OER-95、丙二醇甲醚组成甲组份；以水性胺固化剂751、去离子水、丙二醇甲醚、分散剂、消泡剂、湿润剂、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡42号、纳米TiO2浆、可膨胀石墨、复合铁钛粉组成乙组份，在配方中各组份成分构成如下，其中：

甲组份为：

液体环氧树脂OER-95    85％

丙二醇甲醚            15％

乙组份为：

聚磷酸铵              24％

三聚氰胺              13％

季戊四醇              9％

水性胺固化剂751       13％

去离子水              8％

纳米TiO₂浆            10％

复合铁钛粉            6％

丙二醇甲醚            3％

氯化石蜡42#           3％

可膨胀石墨            4％

复合铁钛粉            6％

分散剂                0.4％

润湿剂                0.3％

消泡剂                0.3％

用于超薄型钢结构的防火防腐涂料的制备工艺步骤如下：

a.将液体环氧树脂OER-95用丙二醇甲醚稀释均匀，制备成A组分；

b.纳米TiO₂浆料的制备：在离子水中加入硅烷偶联剂和纳米TiO₂，超声波振荡分散2.5h，调PH值为6.5，制备成纳米TiO₂浆料；

c.按配方称量，去离子水在搅拌过程中分别加入分散剂、润湿剂、消泡剂、丙二醇甲醚、水性胺固化剂，搅拌混合均匀，依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡42号、纳米TiO₂浆、可膨胀石墨及复合铁钛粉，高速分散30min，再经三辊机研磨至细度＜60μm，成B组分。

甲乙组份按1∶5质量比混合均匀构成用于超薄型钢结构的防火防腐涂料。

Claims (2)

1.一种用于超薄型钢结构的防火防腐涂料：其特征在于：以液体环氧树脂OER-95、丙二醇甲醚组成甲组份；以水性胺固化剂751、去离子水、丙二醇甲醚、分散剂、消泡剂、湿润剂、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡42号、纳米TiO₂浆、可膨胀石墨、复合铁钛粉组成乙组份，甲乙组份按1∶5质量比混合而成；

在配方中各组份成分构成如下，其中甲组份为：

液体环氧树脂OER-95    70-95％

丙二醇甲醚            5-30％

乙组份为：

水性胺固化剂751       10-15％

去离子水              6-10％

丙二醇甲醚            2-5％

聚磷酸铵              20-26％

三聚氰胺              12-15％

季戊四醇              8-10％

氯化石蜡42#           2-5％

纳米TiO₂浆            8-12％

可膨胀石墨            3-6％

复合铁钛粉            4-8％

分散剂                0.3-0.6％

润湿剂                0.2-0.4％

消泡剂                0.2-0.4％

上述各组份中成分含量为质量百分比计。

2.制备如权利要求1所述用于超薄型钢结构的防火防腐涂料的方法，其工艺步骤如下：

a.将液体环氧树脂OER-95用丙二醇甲醚稀释均匀，制备成A组分；

b.纳米TiO₂浆料的制备：在离子水中加入硅烷偶联剂和纳米TiO₂，超声波振荡分散2.5h，调PH值为6.5，制备成纳米TiO₂浆料；

c.按配方称量，去离子水在搅拌过程中分别加入分散剂、润湿剂、消泡剂、丙二醇甲醚、水性胺固化剂，搅拌混合均匀，依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡42号、纳米TiO₂浆、可膨胀石墨及复合铁钛粉，高速分散30min，再经三辊机研磨至细度＜60μm，成B组分。

甲乙组份按1∶5质量比混合均匀构成用于超薄型钢结构的防火防腐涂料。