CN102719119A - 一种新型膨胀型粉末钢结构防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种建筑涂料及其制备方法，具体为一种新型膨胀型粉末钢结构防火涂料及其制备方法。该涂料包括下述重量份的原料：阻燃剂35-90份、无机填料13-27份、粘结剂15-30份，其中阻燃剂为膨胀石墨和膨胀型阻燃剂的混合物，无机填料为钛白粉、碳酸钙和硅酸铝纤维棉的混合物，粘结剂为硅溶胶和苯丙乳液的混合物。本发明所制得的防火涂料，耐火极限性能优异，耐火时间长。本申请中将成炭剂、发泡剂、以及成炭催化剂集中于一种单组份膨胀阻燃剂中，避免了以往的防火涂料多种阻燃组分难以分散的问题。本产品与钢结构粘结能力很强，不会被火焰冲破或脱落，具有很高的耐火性能。

Description

一种新型膨胀型粉末钢结构防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑涂料及其制备方法，具体为一种新型膨胀型粉末钢结构防火涂料及其制备方法。

背景技术

钢结构防火涂料的种类很多，按其材料形态可分为溶剂型、水溶型和粉末型，按涂层厚度又可分为厚型、薄型和超薄型，按防火机理可分为膨胀型和非膨胀型。溶剂型防火涂料会向环境排放可挥发性有机物（VOC），既对人体有害也会污染环境，最终将被淘汰；而水溶型防火涂料的防火性能、理化性能都还有待提高；而粉末型防火涂料不含溶剂，具有节能、环保、经济、高效等优点。超薄型防火涂料兼具防火功能和装饰性，是防火涂料的发展方向。膨胀型钢结构防火涂料通常都是超薄型防火涂料，其膨胀型阻燃剂在遇高温会迅速膨胀发泡形成致密、多孔的隔热碳层，能够延缓或阻止热量向钢结构传递，从而达到保护钢结构目的。

纵观现有的超薄型钢结构防火涂料，大都为季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸胺以及少量无机物等作为防火涂料的主要阻燃成分可分为，亦成为现有防火涂料的经典阻燃体系。但这种体系由于有多种组分，存在分散性不好的缺点，而且高温燃烧后的炭层存在不够致密、粘结性能不够好等缺点。此外，由于防火涂料中的基体树脂均是有机物化合物，如常用的氨基树脂、醇酸树脂和丙烯酸树脂等，这些有机化合物在光、热、湿的环境下不可避免的会发生降解，从而导致涂料的耐候性较差。

发明内容

本发明正是针对以上技术问题，提供可避免分散性不好的缺点，选用硅溶胶和苯丙乳液与阻燃剂配合使用经高温燃烧后的炭层结构致密且与基体钢材的粘结性能良好，并且阻燃剂和粘结剂分开独立包装，解决了有机溶剂带来的VOC等环保问题，同时大大节约了涂料的运输成本的一种新型膨胀型粉末钢结构防火涂料及其制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，该涂料包括下述重量份的原料：阻燃剂35-90份、无机填料13-27份、粘结剂15-30份，其中阻燃剂为膨胀石墨和膨胀型阻燃剂的混合物，无机填料为钛白粉、碳酸钙和硅酸铝纤维棉的混合物，粘结剂为硅溶胶和苯丙乳液的混合物。防火涂料中进一步包括水。在现场进行配比的时候，需要加入适量重量份的水与本申请中的防火涂料进行混合，然后制备成可涂刷的涂料。

当膨胀型阻燃剂为单组份膨胀阻燃剂阻燃剂一种物质组成时，单组份膨胀阻燃剂在防火涂料中的重量份为35-90份。膨胀型阻燃剂为单组份膨胀阻燃剂这种单一组分的膨胀阻燃剂，替代了季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸胺等作为防火涂料的阻燃成分，避免了多组分的分散性不好的缺点。当膨胀型阻燃剂为单组份膨胀阻燃剂与季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺和工业淀粉中的混合物混合组成时，单组份膨胀阻燃剂在防火涂料中的重量份为0-10份，季戊四醇的重量份为0-15份，聚磷酸铵为20-35份，三聚氰胺为10-20份，工业淀粉为0-10份；当膨胀型阻燃剂为季戊四醇、聚磷酸铵、三聚氰胺和工业淀粉的混合物混合组成时，季戊四醇的重量份为0-15份，聚磷酸铵为20-35份，三聚氰胺为10-20份，工业淀粉为0-20份。

阻燃剂为35-90份，其中膨胀石墨的重量份为5-10份，膨胀型阻燃剂的重量份为30-80份。

无机填料的重量份以在防火涂料的总重量计为13-27份，其中钛白粉为2-8份，碳酸钙为8-12份，硅酸铝纤维棉为3-7份。

单组份膨胀阻燃剂的制备方法为：将摩尔比为1:2.5的双季戊四醇和磷酸，按双季戊四醇重量计为１%的氯化钙作为催化剂混合均匀后，加热至120-150℃，在反应过程中缓慢加入按磷酸质量计为3-10%的五氧化磷，反应1.5-3小时，然后加入以含磷酸的摩尔比计为1:1.5-1:2.5的三聚氰胺混合后，将该固体粉碎至小于200目的粉末，放入烘箱中，180℃下反应3-6小时，即得磷酸酯三聚氰胺盐类单组份膨胀阻燃剂。该阻燃剂使用后环保无毒。

新型膨胀型粉末钢结构防火涂料的制备方法，包括以下步骤：①制备粉末涂料，将无机填料加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨和膨胀阻燃剂，混合均匀后装袋；②制备粘结剂，将硅溶胶加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液，加入的硅溶胶与苯丙乳液的比例以体积比计算为1:3-3:1，进行混合搅拌40分钟后装桶；③在施工现场将粉末涂料和粘结剂混合，加入适量的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。

粘结剂中硅溶胶与苯丙乳液的体积比为1:3-3:1，选用硅溶胶和苯丙乳液与阻燃剂配合使用，可使经高温燃烧后的炭层结构致密且与基体钢材的粘结性能良好，并且阻燃剂和粘结剂分开独立包装，解决了有机溶剂带来的VOC等环保问题，同时大大节约了涂料的运输成本。 

由于本发明中单组份膨胀阻燃剂的制备过程中不添加任何溶剂，所以该防火涂料解决了有机溶剂带来的VOC等环保问题，同时大大节约了涂料的运输成本；并且，按照GB14907检验，该涂料在涂层厚度为1.61-2.68mm时的耐火极限时间达到70-140 min，在国内同类涂料中处于领先地位，适用于工业厂房、体育馆、高层等室内需要钢结构防火保护的任何建筑。

本发明的积极效果体现在：

（一）、本发明所制得的防火涂料，按GB14907-94《钢结构防火涂料通用技术条件》的方法，经测试本发明的超薄型膨胀钢结构防火涂料的涂层超薄，耐火极限性能优异，耐火时间长。

二、将成炭剂、发泡剂、以及成炭催化剂集中于一种单组份膨胀阻燃剂中，避免了以往的防火涂料多种阻燃组分难以分散的问题。由于本发明中单组份膨胀阻燃剂的制备过程中不添加任何溶剂，因而既避免了已有技术使用有机溶剂对环境的危害和对设备的腐蚀，又降低了能耗和生产成本，且工艺简单、操作简便，适宜工业化生产。以单组份膨胀阻燃剂作为阻燃的主要成分，添加无机阻燃剂碳酸钙配合使用，使得发泡后形成的炭化层厚度高，且炭层均匀、致密，强度高，与钢结构粘结能力很强，不会被火焰冲破或脱落，从而，使本发明具有很高的耐火性能。

三、本发明制备防火涂料具有涂刷简便，防火性能优异、发泡高度高和发泡强度大等优点，一般涂刷3-4遍，涂层厚度为1.61-2.68mm就可以达到很好的防火效果。

四、本发明的新型超薄膨胀型粉末钢结构防火涂料将粉末涂料和粘结剂单独包装，在施工现场将粉末涂料和粘结剂按比例混合，加适量的水调制均匀后涂刷或喷涂即可，大大节约了涂料的运输成本。

 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1：

制备单组份膨胀阻燃剂：将摩尔比为1:2.5的双季戊四醇和磷酸，按双季戊四醇重量计为１%的氯化钙作为催化剂混合均匀后，加热至120-150℃，在反应过程中缓慢加入按磷酸质量计为3-10%的五氧化磷，反应1.5-3小时，然后加入以含磷酸的摩尔比计为1:1.5-1:2.5的三聚氰胺混合后，将该固体粉碎至小于200目的粉末，放入烘箱中，180℃下反应3-6小时，即得磷酸酯三聚氰胺盐类单组份膨胀阻燃剂，该阻燃剂使用后环保无毒。

将无机填料的重量份按13-27份加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨5-10份、膨胀阻燃剂30-80份，混合均匀后装袋；将硅溶胶加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液，加入的比例以体积比计算为1:3-3:1，进行混合搅拌40分钟后装桶；在施工现场将粉末涂料和粘结剂按比例混合，加入适量的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。

经国家防火建筑材料质量监督检验中心按照GB14907检验，检测结果见表1：

表1：    膨胀型钢结构防火涂料技术性能

                                                 

实施例2：

以重量份记，将无机填料钛白粉2.6份、碳酸钙11.1份加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨6份、膨胀阻燃剂33.3份，混合均匀后装袋；将硅溶胶7.4份加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液14.8份，进行混合搅拌40分钟后装桶；在施工现场将粉末涂料和粘结剂混合，加入22.2份的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。

实施例3：

以重量份记，将无机填料钛白粉7.2份、碳酸钙11.5份加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨7.2份、膨胀阻燃剂30.2份，混合均匀后装袋；将硅溶胶15.8份加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液5.8份，进行混合搅拌40分钟后装桶；在施工现场将粉末涂料和粘结剂混合，加入18份的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。

实施例4：

以重量份记，将无机填料钛白粉8份、碳酸钙10.3份加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨8份、膨胀阻燃剂32份，混合均匀后装袋；将硅溶胶4份加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液6份，进行混合搅拌40分钟后装桶；在施工现场将粉末涂料和粘结剂混合，加入17.3份的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。

实施例5：

以重量份记，将无机填料钛白粉2.5份、碳酸钙9.8份加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨7份、膨胀阻燃剂32份，混合均匀后装袋；将硅溶胶9.8份加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液11.2份，进行混合搅拌40分钟后装桶；在施工现场将粉末涂料和粘结剂混合，加入19.7份的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。

实施例6：

以重量份记，将无机填料钛白粉2.9份、碳酸钙10.5份加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨7份、膨胀阻燃剂62.2份混合均匀后装袋；将硅溶胶7.2份加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液3.6份，进行混合搅拌40分钟后装桶；在施工现场将粉末涂料和粘结剂混合，加入20.3份的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。

将实施例2—6中各物质的重量份及主要技术性能列表如下：

 从表中可知，本发明中的配方所制备的涂料在涂层厚度较低的情况下仍然具有较高的耐火极限。

对比实施例1：

以重量份记，实施方法和前面实施例一致，原料成分为钛白粉2.6份、碳酸钙11.1份、膨胀石墨6份、聚磷酸铵35份，季戊四醇16份，工业淀粉2份、三聚氰胺14.6份、聚乙烯醇7.4份、苯丙乳液14.8份、加入22.2份的水调制成防火涂料，其涂层厚度为2.00mm，但是其耐火极限为35min，说明硅溶胶在本配方中的作用不能被简单的替换。

对比实施例2：

以重量份记，实施方法和前面实施例一致，原料成分为钛白粉2.6份、碳酸钙11.1份、膨胀石墨6份、聚磷酸铵35份，季戊四醇16份，工业淀粉2份、三聚氰胺14.6份、聚乙烯醇7.4份、硅溶胶14.8份、加入22.2份的水调制成防火涂料，其涂层厚度为2.00mm，但是其耐火极限为29min，说明粘结剂苯丙乳液在本配方中的作用不能被简单的替换。

请查看一下，我这样的虚拟对比可否，不行就删除。这样只是说明里面的物质不能简单的被替换。

Claims (8)

1.一种新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，其特征在于该涂料包括下述重量份的原料：阻燃剂35-90份、无机填料13-27份、粘结剂15-30份，其中阻燃剂为膨胀石墨和膨胀型阻燃剂的混合物，无机填料为钛白粉、碳酸钙和硅酸铝纤维棉的混合物，粘结剂为硅溶胶和苯丙乳液的混合物。

2.根据权利要求1所述的新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，其特征在于：所述的膨胀型阻燃剂为单组份膨胀阻燃剂阻燃剂或单组份膨胀阻燃剂与聚磷酸铵、三聚氰胺和工业淀粉中的混合物混合组成，或由聚磷酸铵、三聚氰胺和工业淀粉的混合物混合组成，或单组份膨胀阻燃剂与聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和工业淀粉的混合物混合组成，或由聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和工业淀粉的混合物混合组成。

3.根据权利要求1所述的新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，其特征在于：所述的阻燃剂为35-90份，其中膨胀石墨的重量份为5-10份，膨胀型阻燃剂的重量份为30-80份。

4.根据权利要求1所述的新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，其特征在于：所述的无机填料的重量份，以在防火涂料的总重量计为13-27份，其中钛白粉为2-8份，碳酸钙为8-12份，硅酸铝纤维棉为3-7份。

5.根据权利要求1所述的新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，其特征在于：所述的粘结剂中硅溶胶与苯丙乳液的体积比为1:3-3:1。

6.根据权利要求2所述的新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，其特征在于：所述的单组份膨胀阻燃剂的制备方法为：将摩尔比为1:2.5的双季戊四醇和磷酸，按双季戊四醇重量计为１%的氯化钙作为催化剂混合均匀后，加热至120-150℃，在反应过程中缓慢加入按磷酸质量计为3-10%的五氧化磷，反应1.5-3小时，然后加入以含磷酸的摩尔比计为1:1.5-1:2.5的三聚氰胺混合后，将该固体粉碎至小于200目的粉末，放入烘箱中，180℃下反应3-6小时，即得磷酸酯三聚氰胺盐类单组份膨胀阻燃剂。

7.根据权利要求1所述的新型膨胀型粉末钢结构防火涂料，其特征在于：所述的防火涂料进一步包括水。

8.根据权利要求1所述的新型膨胀型粉末钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：①制备粉末涂料，将无机填料加入无重力搅拌机中混合均匀，再加入膨胀石墨和膨胀阻燃剂，混合均匀后装袋；

②制备粘结剂，将硅溶胶加入反应釜中进行搅拌，然后加入苯丙乳液，加入的硅溶胶与苯丙乳液的比例以体积比计算为1:3-3:1，进行混合搅拌40分钟后装桶；

③在施工现场将粉末涂料和粘结剂混合，加入适量的水调制均匀即制成可用于喷涂或涂刷的膨胀型粉末钢结构防火涂料。