CN102115627B

CN102115627B - 一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料及其制备方法

Info

Publication number: CN102115627B
Application number: CN 201110092023
Authority: CN
Inventors: 戴李宗; 邓胡军; 陈光剑; 郭一宾; 许一婷; 罗伟昂
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2011-04-12
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102115627A

Abstract

一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料及其制备方法，涉及一种涂料。提供一种可实现防腐蚀及防火涂层二合一的膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料及其制备方法。原料组成为蒙脱土、FeCl₃·6H₂O、吡咯或苯胺、十二烷基苯磺酸钠、表面处理剂、分散剂、基料树脂、增塑剂、脱水成炭催化剂、成炭剂、发泡剂颜填料、防腐填料、流平剂和成膜助剂。利用水性硅丙树脂和羟基丙烯酸树脂作为基料树脂，代替传统的油性树脂，实现零VOC排放；利用插层结构的纳米蒙脱土/导电聚合物复合材料为导电填料，使该涂料具有优异防腐蚀性能；同时加入超薄膨胀型防火组分，对各种复合组分的配比进行协同优化，解决两层之间相容性差、易脱落的问题，减低成本。

Description

一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料，尤其是涉及一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料及其制备方法。

背景技术

火灾是人类常发生的自然灾害之一，随着经济发展和社会进步，火灾对人们所造成的损失越来越大。随着我国基础设施建设特别是建筑业的迅猛发展，工业、商业和民用建筑中越来越多使用钢结构建筑材料；与此同时，在化工、石油、食品、轻工等行业中，绝大多数的设备、管道也需要防火保护。无论是钢结构建筑还是化工设备、管道，在进行防火涂装之前都要经过防绣、防腐蚀保护。防火涂料又叫阻燃涂料，它通过改变材料表面燃烧特性，具有阻止火焰迅速蔓延或在火灾时能形成隔热层使底材与热源隔离等功能。防腐涂料则是在材料表面形成一层致密保护层，防止材料被氧化、分解等，延长材料的使用寿命。在各种防腐涂料中，聚吡咯、聚苯胺等导电聚合物以其高导电率、优异的耐酸碱、抗静电等性能越来越受到人们的亲睐。

钢结构防火防腐蚀涂料主要是由基料树脂、成炭催化剂、成炭剂、发泡剂、颜填料、防腐蚀填料等材料组成。许多学者对钢结构防火、防腐涂料进行了研究。王献红等【中国专利，CN 1215744A，导电聚苯胺防污防腐涂料的制备方法】报道了利用质子酸掺杂苯胺，分散在环氧、聚氨酯等树脂中制备出了导电率在10^-6～10⁰S/cm的防污涂料。瞿金清等(瞿金清等，材料保护，2002，35(6)：27～29)采用氨基树脂与丙烯酸树脂混合物为基料的防火涂料，当涂料的干膜厚度为1mm时，其耐火极限为60min。马利等【中国专利，CN 1733836A，一种防腐涂料用环氧/聚苯胺复合基料的制备方法】以环氧树脂为分散剂，加入苯胺或衍生物单体，通过掺杂等方法制备得到防腐涂料，腐蚀电压达到-0.2～-0.5V。阳世群等人【中国专利，CN101125980A水性超薄型钢结构防火涂料及其制备方法】报道了利用水性树脂为基料，加入成炭剂、膨胀剂、颜填料、消泡剂、流平剂、成膜助剂等助剂，以水为溶剂，得到了环保膨胀型防火涂料。但是，目前通用的做法是：在钢结构表面上涂覆一层防锈防腐蚀底漆，然后在其之上再涂刷一层防火涂料。这种做法存在两大缺陷：1)防锈防腐蚀涂层通常是红丹醇酸树脂或富锌环氧树脂，对环境造成严重污染；2)防锈防腐蚀涂层和防火涂层之间粘结力有一定差异，相容性不好，长期使用之后材料的两层涂料会剥离、脱落，进而失去对底材料的保护，因而降低了材料的使用寿命。到目前为止，尚未见兼具有钢结构防火、防腐蚀功能的涂料相关的专利和文献报道。

发明内容

本发明旨在提供一种可实现防腐蚀及防火涂层二合一的膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料及其制备方法。

所述膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料的原料按质量比的组成为：

所述表面处理剂可采用硅烷偶联剂KH-550等。

所述分散剂可采用去离子水等。

所述基料树脂可采用硅丙树脂和羟基丙烯酸树脂，所述硅丙树脂与羟基丙烯酸树脂的质量比可为1.5∶1。

所述增塑剂可采用磷酸三丁酯等。

所述脱水成炭催化剂可采用聚磷酸铵和磷酸聚氰胺，所述聚磷酸铵与磷酸聚氰胺的质量比可为2∶1。

所述成炭剂可采用山梨醇和季戊四醇等，所述山梨醇与季戊四醇的质量比可为1∶4。

所述发泡剂可采用脲和三聚氰胺等，所述脲与三聚氰胺的质量比可为1∶2。

所述颜填料可采用钛白粉、碳酸钙、滑石粉和高岭土的混合物，按质量比，所述钛白粉∶碳酸钙∶滑石粉∶高岭土＝1∶0.8∶1.5∶1。

所述防腐填料可采用纳米蒙脱土/聚苯胺复合粉末、纳米蒙脱土/聚吡咯复合粉末(所述纳米蒙脱土/聚苯胺复合粉末是由纳米层状蒙脱土插层聚苯胺导电聚合物而得到的导电复合材料；所述纳米蒙脱土/聚吡咯复合粉末是由纳米层状蒙脱土插层聚吡咯导电聚合物而得到的导电复合材料)。

所述流平剂可采用德国毕克公司生产的BYK系列流平剂(型号为BYK-306)。

所述成膜助剂可采用乙二醇丁醚醇酸酯和乙二醇苯醚等，所述乙二醇丁醚醇酸酯与乙二醇苯醚的质量比可为2∶1。

所述膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料的制备方法包括以下步骤：

1)将六水三氯化铁FeCl₃·6H₂O、十二烷基苯磺酸钠、蒙脱土加入到去离子水中，搅拌均匀，注入吡咯或苯胺，体系迅速变黑，在氮气保护下反应，在水中进行超声分散，再进行离心分离，所得的沉淀用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性，干燥，经研磨得到聚吡咯/蒙脱土纳米复合粉末或聚苯胺/蒙脱土纳米复合粉末；

2)按配比将钛白粉、碳酸钙、滑石粉、高岭土混合加入到分散机中，加热至105～115℃，维持该温度10～30min后，停止加热，加入硅烷偶联剂KH550，分散20～45min；

3)当温度低于45℃时，加入羟基丙烯酸树脂、硅丙树脂、去离子水、磷酸三丁酯、聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺酯、山梨醇、季戊四醇、脲、三聚氰胺、纳米蒙脱土/聚吡咯导电复合粉末或纳米蒙脱土/聚苯胺导电复合粉末、BYK-306、乙二醇丁醚醇酸酯、乙二醇苯醚，混合120～150min，充分溶解、分散后，将物料导入砂磨机中，研磨、出料、过筛，得膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料。

本发明在超膨胀型钢结构防火防腐涂料的制备过程中，将聚合物单体分散到蒙脱土片层中，然后使单体在蒙脱土层间进行聚合反应，利用聚合时放出的巨大热量，克服蒙脱土片层间的分子间作用力，使蒙脱土片层剥离，从而得到具有低表面电阻率、高导电率的纳米片层蒙脱土与聚合物复合材料，以其为填料加入到涂料中，与传统的金属粉或单一导电聚合物填料相比，其防腐蚀性能大大提高；同时在防腐蚀涂料中加入超薄膨胀型防火组分，对各种复合组分的配比进行协同优化，使涂料兼具防锈防腐蚀、防火性能，制备出的防火防腐涂料具有以下优点：

1)利用低表面电阻率、高导电率的纳米蒙脱土/聚合物复合材料作为导电填料，实现了防锈防腐蚀涂层和防火涂层二合一，解决了两层之间相容性差、易脱落的问题，减少了施工工序，大大降低了成本；同时对各种复合组分的配比进行协同优化，大大提高了涂料防火防腐蚀性能。

2)使用水性硅丙树脂和羟基丙烯酸树脂作为基料树脂，代替了传统的油性树脂，实现了零VOC排放。

3)利用插层结构的纳米蒙脱土/导电聚合物复合材料为导电填料，使该涂料具有优异防腐蚀性能，还具有抗静电、耐水性、耐洗擦性、保光性能。

4)制备方法简单，产品安全无毒，符合环境保护要求。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1～5：

步骤1、将9.1g六水三氯化铁、4.4g十二烷基苯磺酸钠、1g蒙脱土加入到20mL去离子水中，搅拌均匀，用注射器注入1mL吡咯单体，体系迅速变黑，在氮气保护下，室温反应12h。在水中进行超声分散，再进行离心分离，所得的沉淀用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性。在60℃下真空干燥24h，经研磨得到得到纳米蒙脱土/聚吡咯复合粉末或纳米蒙脱土/聚苯胺复合粉末。

步骤2、将钛白粉、碳酸钙、滑石粉、高岭土加入到高速分散机中，逐渐加热至105℃，维持该温度10min，停止加热，加入硅烷偶联剂KH550，高速分散40min。

步骤3、当温度低于45℃时，分批加入羟基丙烯酸树脂、硅丙树脂、去离子水、磷酸三丁酯、聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺酯、山梨醇、季戊四醇、脲、三聚氰胺、BYK-306、纳米蒙脱土/聚苯胺复合粉末或纳米蒙脱土/聚吡咯复合粉末，混合120min，充分溶解、分散后，将物料导入砂磨机中，研磨、出料、过筛、包装。其各组分用量及测试结果见表1。

表1实施例1～5各组分用量及测试结果 (单位：g)

备注：其余的技术指标均符合表2的有关规定。

实施例6(扩大实验，按照实施1的条件)按配比将15.2kg钛白粉、12.2kg轻钙、22.8kg滑石粉、15.2kg高岭土加入到高速分散机中，逐渐加热至105℃，维持该温度10min，停止加热，加入硅烷偶联剂，高速分散40min，当温度低于45℃时，分批加入43.5kg改性丙烯酸树脂、86.7kg硅丙树脂、120.5kg去离子水、6.64kg磷酸三丁酯、67.3kg聚磷酸铵、36.4kg磷酸三聚氰胺酯、14.2kg山梨醇、28.4kg季戊四醇、15.9kg脲、31.7kg三聚氰胺、4.6kgBYK-306、35.8kg纳米蒙脱土/聚苯胺复合粉末，混合120min，充分溶解、分散后，将物料导入砂磨机中，研磨、出料、过筛、包装。所得的防火防腐涂料性能见表2。

表2超膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料的主要性能指标

Claims

1.一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其特征在于其原料按质量比的组成为：

蒙脱土1～10、FeCl₃·6H₂O 9.1～53、吡咯或苯胺1～50、十二烷基苯磺酸钠4.4～32、表面处理剂0.65～2.8、分散剂120.5～140.6、基料树脂144.5～163.7、增塑剂6.64～8.51、脱水成炭催化剂103.7～127.5、成炭剂71～94.5、发泡剂47.6～55、颜填料15.2～21.5、防腐填料35.8～65.1、流平剂4.6～7.2、成膜助剂4.11～8.4；所述分散剂为去离子水；所述防腐填料为纳米蒙脱土/聚苯胺复合粉末、纳米蒙脱土/聚吡咯复合粉末；

所述的一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料的制备方法包括以下步骤：

1）将六水三氯化铁FeCl₃·6H₂O、十二烷基苯磺酸钠、蒙脱土加入到去离子水中，搅拌均匀，注入吡咯或苯胺，体系迅速变黑，在氮气保护下反应，在水中进行超声分散，再进行离心分离，所得的沉淀用去离子水反复洗涤，直至滤液呈中性，干燥，经研磨得到聚吡咯/蒙脱土纳米复合粉末或聚苯胺/蒙脱土纳米复合粉末；

2）按配比将钛白粉、碳酸钙、滑石粉、高岭土混合加入到分散机中，加热至105～115℃，维持该温度10～30min后，停止加热，加入硅烷偶联剂KH550，分散20～45min；

3）当温度低于45℃时，加入羟基丙烯酸树脂、硅丙树脂、去离子水、磷酸三丁酯、聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺酯、山梨醇、季戊四醇、脲、三聚氰胺、纳米蒙脱土/聚吡咯导电复合粉末或纳米蒙脱土/聚苯胺导电复合粉末、BYK-306、乙二醇丁醚醇酸酯、乙二醇苯醚，混合120～150min，充分溶解、分散后，将物料导入砂磨机中，研磨、出料、过筛，得膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料。

2.如权利要求1所述的一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其特征在于所述基料树脂为硅丙树脂和羟基丙烯酸树脂，所述硅丙树脂与羟基丙烯酸树脂的质量比为1.5∶1。

3.如权利要求1所述的一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其特征在于所述增塑剂为磷酸三丁酯；所述脱水成炭催化剂为聚磷酸铵和磷酸聚氰胺，所述聚磷酸铵与磷酸聚氰胺的质量比为2∶1；所述成炭剂为山梨醇和季戊四醇，所述山梨醇与季戊四醇的质量比为1∶4。

4.如权利要求1所述的一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其特征在于所述发泡剂为脲和三聚氰胺，所述脲与三聚氰胺的质量比为1∶2。

5.如权利要求1所述的一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其特征在于所述颜填料为钛白粉、碳酸钙、滑石粉和高岭土的混合物，按质量比，所述钛白粉∶碳酸钙∶滑石粉∶高岭土=1∶0.8∶1.5∶1。

6.如权利要求1所述的一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其特征在于所述成膜助剂为乙二醇丁醚醇酸酯和乙二醇苯醚，所述乙二醇丁醚醇酸酯与乙二醇苯醚的质量比为2∶1。