CN102702869A

CN102702869A - 一种单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆

Info

Publication number: CN102702869A
Application number: CN2012101428667A
Authority: CN
Inventors: 高新田; 吴润泽; 陈建刚; 马金; 王桂银
Original assignee: JIANGSU LANLING POLYMER MATERIAL CO Ltd
Current assignee: Jiangsu Lanling Steel Structure Engineering Co., Ltd
Priority date: 2012-05-10
Filing date: 2012-05-10
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2032-05-10
Also published as: CN102702869B

Abstract

本发明涉及一种单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，由9~12质量份粘结剂胶粉、0.1~0.5质量份的粉末态分散剂、0.1~0.3质量份的粉末态消泡剂、20~24质量份无机隔热填料、0.02~0.06质量份涂层增强材料、总质量份数为24~28的脱水催化剂、发泡剂及成炭剂组成。采用干粉混合法一步生产防火涂料，提高了生产效率，从根本上解决了乳液基双体系薄型钢结构防火涂料底漆夏季易霉变及发泡性能不稳定的缺点，同时，节约了产品包装、存储、运输等方面的成本。

Description

一种单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆

技术领域

本发明属于消防产品技术领域，涉及一种单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆的生产方法。

技术背景

钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。

为了使钢结构材料在实际应用中克服耐火性能差的问题，必须对钢结构进行防火保护。国外自20世纪50年代以来就采用防火涂料施涂钢结构表面，以提高钢结构的耐火极限，满足建筑防火设计规范要求，减少建筑物钢结构火灾灾害。上世纪80年代初期起，在我国兴建的由国外设计的工程开始使用钢结构防火涂料，到1985年左右，国内公安部四川消防研究所等一些科研单位和厂家开始研究生产钢结构防火涂料。经过近30年的发展，国内钢结构防火涂料无论从产品品种、质量还是应用范围都有长足发展。

钢结构防火涂料依据其作用原理分为膨胀型和非膨胀型两大类，其中非膨胀型防火涂料在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性延缓钢材的升温，保护钢结构。这类产品通常涂层厚，外观装饰性能较差。而薄型钢结构防火涂料属于膨胀型防火涂料，涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢结构的升温，保护钢构件。该涂料一般分为底层(隔热层)和面层(装饰层)，其装饰性比厚涂型好。

目前，国内科研机构更加关注膨胀型钢结构防火涂料中涂层较薄（≤3mm）的超薄型钢结构防火涂料的研发，对于同属膨胀型的薄型钢结构防火涂料的研发工作开展的较少。虽然一些高校和科研单位在薄型钢结构防火涂料底漆的技术升级改造上做了很多有益的工作，如王国建等在发明专利《水性薄型膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法》（同济大学，授权公告号CN 1238448C）中提出了采用水性高熔融温度丙烯酸酯乳液并适量拼用氯偏乳液为主要成膜物质，聚磷酸铵类防火材料和可膨胀石墨作为发泡材料。该涂料制备时先将乳液、防火助剂、填料、助剂和水混合，然后经砂磨机研磨后加入可膨胀石墨混合即得；覃文清等人在发明专利《水性低烟低毒薄型钢结构防火涂料及其制备方法》（公安部四川消防研究所，专利公开号CN 101503591A）中提供了一种低烟低毒薄型钢结构防火涂料，所述的涂料制备时先将聚磷酸铵等阻燃剂、填料和丙烯酸乳液混合研磨，然后加入可膨胀石墨、球型闭孔膨胀珍珠岩、助剂搅拌均匀，最后加水混合即得。

但上述工作延续了1986年公安部四川消防科研所研制出的我国第一种薄涂型钢结构膨胀防火涂料LB薄型钢结构防火涂料的生产思路，仍系双体系涂料即以乳液作粘结剂，配多种有机无机防火隔热材料和化学助剂，加水研磨分散而成。

目前国内市场上流通的薄型钢结构防火涂料除一少部分为溶剂型外，大部分系上述水性双体系类型产品，产品同质化竞争现象相当严重。水性双体系薄型钢结构防火涂料的缺陷或不足之处简述如下：

1、双体系薄型钢结构防火涂料底漆生产工艺较为复杂（工艺流程见下图1），一般分为聚磷酸铵类粉体在水中分散砂磨打浆，浆料通过管道气力或人力运输到下一工段，再与粘结剂乳液、膨胀石墨、珍珠岩等在混合设备内混合，混合好的物料经过震动筛过滤等工序，因此劳动生产率较低。

2、由于乳液在夏季高温时容易霉变，从而大大影响防火涂料的存储周期，虽然涂料厂采用添加一定量罐内防霉杀菌剂来抑制微生物对乳液的破坏作用，但这只能在一定程度上缓解并不能根除。

3、聚磷酸铵等催化剂易吸湿发生水溶水解作用，其水解度受体系pH环境、温度及影响，不同的贮存条件导致催化剂不同程度的水解，进而影响产品发泡性能的稳定性。

4、双体系薄型防火涂料通常采用塑料桶包装，既造成了生产、包装、运输方面成本的增加，也给环境带来破坏。

发明内容

本发明的目的在于针对双体系薄型钢结构防火涂料生产、包装、储存、运输等方面的不足，提供一种生产工艺简单、发泡性能稳定、包装费用低、储存期长、运输成本低、便于施工的单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆。

鉴于双体系薄型防火涂料的缺陷及不足，发明人考虑到薄型钢结构防火涂料的配套体系为底漆加面漆，漆膜总厚度较厚（大于3mm小于等于7mm），底漆细度容忍度较宽。所以底漆的制造过程完全可采用去掉砂磨工段的新型工艺路线来实现。

本发明提供一种单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，由9～12质量份粘结剂胶粉、0.1～0.5质量份的粉末态分散剂、0.1～0.3质量份的粉末态消泡剂、20～24质量份无机隔热填料、0.02～0.06质量份涂层增强材料、总质量份数为24～28的脱水催化剂、发泡剂及成炭剂组成。

所述的粘结剂胶粉是质量比为3∶1的苯乙烯/丙烯酸酯共聚物(苯丙胶粉)和醋酸乙烯/乙烯共聚物(VAE)。该胶粉遇水浆化后提供了涂层对钢材的附着力及对于其他组份的粘结作用，苯丙胶粉与VAE胶粉以3∶1质量比混合相较于单独使用VAE胶粉可显著提高涂层的耐水性。

本发明选用的粉末态分散剂为非离子聚乙二醇酯类物质(如北京东方澳汉有限公司METOLAT

P588)，现场加水搅拌时可有效润湿填料，缩短混合时间；粉末态消泡剂选择以特种改性聚硅氧烷为主要消泡成份的粉体消泡剂(如江苏长丰有机硅有限公司的牌号CF的消泡剂)，可有效降低涂料加水搅拌时的起泡性，消除空鼓等缺陷；涂层增强材料为聚丙烯纤维、硅酸铝纤维、普通玻璃纤维其中的一种或几种的组合，纤维的加入可以补偿涂层固化收缩产生的内应力消除开裂现象。

由于本发明为单体系，产品在施工前未与水混合，所以本发明对于脱水催化剂的水溶性指标有较宽的容忍度。适用于本发明的脱水催化剂为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和聚磷酸铵中的一种或几种的组合，发泡剂为三聚氰胺、尿素、双氰胺中的一种或几种的组合，成炭剂为单季戊四醇、双季戊四醇、淀粉的一种或几种的组合。脱水催化剂、发泡剂、成炭剂三者以3∶1∶1的质量比混合时，三者受火时会发生具有协同作用的理化反应，产生海绵状隔热碳化层对钢材起到隔热阻燃的作用。

本发明所述的无机隔热材料为漂珠、矿棉、粉煤灰与可膨胀石墨中的一种或几种的组合，其中漂珠、矿棉与粉煤灰白身不可燃，而可膨胀石墨是一种物理膨胀剂，其膨胀炭层具有很好的抗火能力，作为化学炭化作用的有效补充。

在确保原材料合格和准确称量各物料的基础上，为了在更短的时间内生产出物料混合均匀的产品，严格按照以下投料顺序投料是必要的。生产时于干粉混合机中先加9～12质量份粘结剂胶粉并开启搅拌，然后加入0.1～0.5质量份的粉末态分散剂和0.1～0.3质量份的消泡剂，接着加入0.02～0.06质量份涂层增强材料，再加入脱水催化剂、发泡剂及成炭剂(合24～28质量份)，最后加入无机隔热填料(合20～24质量份)。所有物料加毕后再混合10～20min，即得流动态粉末成品，成品采用牛皮纸袋包装。单体系薄型钢结构防火涂料底漆工艺流程见图2。

本发明的单体系室内薄型钢结构防火涂料采用一步法生产，生产时首先严格把关各物料的规格，尤其是无机隔热材料的粒径要小于3mm，避免喷涂时堵枪。

本发明的单体系室内薄型钢结构防火涂料施工时，其防火涂料干粉:水=1.0:0.4~0.5的比例配料，用电动搅拌器充分搅拌使胶粉充分溶解浆化后采用喷涂、抹涂或两者结合的方法施工。

本发明的有益效果是，采用易于浆化的胶粉成功地替代了聚合物乳液作为涂料的粘结剂，制备了应用于室内钢结构保护的水性、单体系薄型防火涂料底漆。生产过程中采用干粉混合一步生产，简化了生产工艺，提高了生产效率。使本发明与以往产品相比具有以下优点：

1、单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆采用一步法生产提高了生产效率，降低了生产、包装、运输成本及环境压力。

2、单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆采用胶粉作为涂料粘结剂，从根本上解决了以往涂料夏季高温易霉变，储存期短的问题。

3、单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆不存在脱水催化剂由于储存条件带来的水解问题，产品的发泡性能更加稳定。

附图说明

图1双体系薄型钢结构防火涂料底漆工艺流程图

图2本发明单体系薄型钢结构防火涂料底漆工艺流程图

具体实施方式

实施例1

将苯丙胶粉6.8质量份，VAE胶粉2.2质量份加入干粉搅拌机并开启搅拌，依次加入分散剂0.1质量份，消泡剂0.2质量份，聚磷酸铵14.5质量份，三聚氰胺4.8质量份，单季戊四醇4.7质量份，漂珠16质量份，矿棉4质量份，聚丙烯纤维0.02质量份，搅拌混合10~15min，充分混匀得成品。按成品:水=1.0:0.4混匀，喷涂于已涂防锈漆的70×150×6（mm）的钢板上进行养护，养护期15d，环境温度在0~38℃间，相对湿度小于85%。养护期满后测其性能，结果见下表1。

实施例2

将苯丙胶粉7.5质量份，VAE胶粉2.5质量份置于干粉混合机并开启搅拌，依次加入分散剂0.15质量份，消泡剂0.20质量份，磷酸二氢铵15质量份，尿素5质量份，单季戊四醇5质量份，漂珠16质量份，粉煤灰5质量份，玻璃纤维0.01质量份，聚丙烯纤维0.02质量份。搅拌混合10~15min，充分混匀得成品。充分混匀干料后，以1.0:0.4的比例加水混匀。喷涂制板，养护条件同实施例1，养护期满后测其性能，结果见表1。

实施例3

将苯丙胶粉8.3质量份，VAE胶粉2.8质量份置于干粉混合机并开启搅拌，依次加入分散剂0.20质量份，消泡剂0.25质量份，磷酸氢二铵15.6质量份，双氰胺5.2质量份，双季戊四醇5.2质量份，漂珠18质量份，可膨胀石墨4质量份，玻璃纤维0.03。搅拌混合15~20min，充分混匀得成品。充分混匀干料后，以1.0:0.4的比例加水混匀喷涂制板，养护条件同实施例1，养护期满后测其性能，结果见表1。

实施例4

将苯丙胶粉7.8质量份，VAE胶粉2.7质量份置于干粉混合机并开启搅拌，依次加入分散剂0.25质量份，消泡剂0.25质量份，聚磷酸铵16.2质量份，双氰胺5.4质量份，双季戊四醇5.4质量份，漂珠16质量份，矿棉2质量份，粉煤灰1质量份，可膨胀石墨5质量份，聚丙烯纤维0.03质量份，玻璃纤维0.02质量份。搅拌混合15~20min，充分混匀得成品。充分混匀干料后，以1.0:0.45的比例加水混匀抹涂制板，养护条件同实施例1，养护期满后测其性能，结果见表1。

实施例5

先将苯丙胶粉9质量份，VAE胶粉3质量份置于干粉混合机并开启搅拌，然后依次加入分散剂0.3质量份，消泡剂0.2质量份，聚磷酸铵16.8质量份，三聚氰胺5.6质量份，淀粉5.6质量份，漂珠15质量份，矿棉3质量份，可膨胀石墨5质量份，硅酸铝纤维0.02质量份，玻璃纤维0.04质量份。搅拌混合10~15min，充分混匀得成品。充分混匀干料后，以1.0:0.5的比例加水混匀抹涂制板，养护条件同实施例1，养护期满后测其性能，结果见表1。

表1 单体系薄型钢结构防火涂料技术性能指标和检测结果

注：检测标准为GB14907-2002《钢结构防火涂料》

对比例1改变粘结剂组成对涂料性能的影响

1、粘结剂仅使用VAE胶粉，其他配方组分、制备、喷涂制板、养护条件同实施例1，养护期满后测耐水性（GB14907-2002），24小时后涂层出现起层、发泡、脱落现象。

2、粘结剂中苯丙胶粉与VAE胶粉的质量比为2.5:1，其他配方组分、制备、喷涂制板、养护条件同实施例1，养护期满后测耐火性能（GB14907-2002），涂层受火30min后脱落。

3、粘结剂中苯丙胶粉与VAE胶粉的质量比为3.5:1，其他配方组分、制备、喷涂制板、养护条件同实施例1，养护期满后测耐火性能（GB14907-2002），涂层受火发泡高度低，20min背温达到300℃。

为保证在高温下的粘结力及熔融软化温度与聚磷酸铵等防火物料分解温度的匹配，综合考虑浆化性能、高温粘结性及软化温度与分解温度间的匹配性选择了本发明的胶粉。

对比例2改变脱水催化剂、发泡剂、成炭剂的比例对防火涂料隔热性能的影响

1、脱水催化剂、发泡剂、成炭剂比例为2.5:1:1，其他配方组分、制备、喷涂制板、养护条件同实施例1

2、脱水催化剂、发泡剂、成炭剂比例为3:0.8:1，其他配方组分、制备、喷涂制板、养护条件同实施例1

3、脱水催化剂、发泡剂、成炭剂比例为3:1:0.8，其他配方组分、制备、喷涂制板、养护条件同实施例1

4、市售双体系薄型防火涂料底漆喷涂制板、养护条件同实施例1

丁烷喷灯提供火焰源，火焰温度大于1000℃，火焰灼烧1-4及实施例1涂有防火涂料的钢板背面，钢板背温越小说明该涂料的隔热性能越好。结果见表2

表2

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，其特征在于由9~12质量份粘结剂胶粉、0.1~0.5质量份的粉末态分散剂、0.1~0.3质量份的粉末态消泡剂、20~24质量份无机隔热填料、0.02~0.06质量份涂层增强材料、总质量份数为24~28的脱水催化剂、发泡剂及成炭剂组成。

2.如权利要求1所述的单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，其特征在于：所述的粘结剂胶粉是质量比为3:1的苯乙烯/丙烯酸酯共聚物和醋酸乙烯/乙烯共聚物。

3.如权利要求1所述的单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，其特征在于所述的粉末态分散剂为非离子聚乙二醇酯类物质，粉末态消泡剂为以特种改性聚硅氧烷为主要消泡成份的非离子粉体消泡剂，涂层增强材料为聚丙烯纤维、硅酸铝纤维、普通玻璃纤维其中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，其特征在于所述的脱水催化剂为磷酸二氢铵、磷酸氢二铵和聚磷酸铵中的一种或几种的组合，发泡剂为三聚氰胺、尿素、双氰胺中的一种或几种的组合，成炭剂为单季戊四醇、双季戊四醇、淀粉的一种或几种的组合，脱水催化剂、发泡剂、成炭剂三者的质量比为3:1:1。

5.如权利要求1所述的单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，其特征在于所述的无机隔热材料为漂珠、矿棉、粉煤灰与可膨胀石墨中的一种或几种的组合。

6.如权利要求1所述的单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，其特征在于制备方法是：生产时于干粉混合机中先加9~12质量份粘结剂胶粉并开启搅拌，然后加入0.1~0.5质量份的粉末态分散剂和0.1~0.3质量份的粉末态消泡剂，再加入脱水催化剂、发泡剂及成炭剂，接着加入无机隔热填料，最后加入0.02~0.06质量份涂层增强材料，；所有物料加毕后再搅拌混合10~20min，即得成品。

7.如权利要求1所述的单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆，其特征在于施工时，单体系室内薄型钢结构防火涂料底漆按粉料:水=1.0:0.4~0.5的质量比现场调配，用电动搅拌器使胶粉充分溶化后采用喷涂、抹涂或两者结合的方法施工。