CN104130638A - 一种水性钢结构防火防腐涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水性钢结构防火防腐涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。该防火防腐涂料的组成及其质量百分比如下：复合乳液：20%～45%；成炭催化剂：12%～25%；发泡剂：6%～12%；成炭剂：8%～17%；阻燃剂：5%～10%；层状双氢氧化物：1%～5%；防腐填料：8%～18%；增强填料：4%～12%；改性纳米粉体：1%～5%；助剂：0.5%～6%；水：10%～30%。本发明采用复合改性乳液为基料，兼顾了涂层的防火性、防腐蚀性及装饰性，避免了单一乳液作基料而带来的涂膜缺陷；本发明添加少量纳米粉料，其填充作用使涂层更加致密，能有效地阻隔O₂、H₂O、Cl^-等对涂层的侵蚀，且在低添加量下具有很好的防火、防腐效果，很好地降低了成本；本发明具有绿色环保、制备工艺简单的特点。

Description

一种水性钢结构防火防腐涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种水性钢结构防火防腐涂料及其制备方法。

背景技术

尽管由于钢结构具有诸多优点而被广泛应用于建筑物中，但极易导热这一最大弱点将会使钢结构在火灾中失去承载能力从而带来严重的后果。因此，对钢结构进行防火保护是十分必要的，目前防火涂料是工程应用中钢结构防火保护的最佳选材。

目前的防火涂料产品中大多数为溶剂型，在施工和使用过程中会产生大量的挥发性有机化合物（VOC），既危害了人们的生命健康，又污染了环境。现有的钢结构防火涂料中还没有同时兼具防火和防腐蚀双重功能，严重影响了其使用寿命。因此，研制出具有防火性能好、防腐蚀性能优良、耐候、耐老化、装饰性好等优点的钢结构防火涂料，无疑将是我国的钢结构防火保护技术研究的一项重要任务。

到目前为止，有关钢结构防火防腐蚀涂料的报道相对较少，如中国专利CN 1183211C以高氯化聚乙烯和自行合成的有机硅改性丙烯酸酯树脂为主要成膜物质，在通常采用的膨胀防火体系中添加三聚氰胺磷酸盐和可发性膨胀石墨构成超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料；中国专利CN 102115627B公开了一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其以水性硅丙树脂和羟基丙烯酸树脂作为基料树脂，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，辅以防火阻燃体系、防腐填料和适量助剂，使涂层具有优异防火、防腐蚀性能。

现有技术是先在钢结构表面上涂覆一层防锈防腐蚀底漆，然后在其上面涂覆一层防火涂料。但该工艺成本太高，而且往往因为两种涂层之间相容性不佳导致涂层剥离脱落，严重影响钢结构防火和防腐蚀效果。

发明内容

本发明针对现有防火涂料存在的技术问题，提供一种水性钢结构防火防腐涂料及其制备方法。本发明所提供的防火防腐涂料的组成及其质量百分比如下：

          复合乳液                     20%～45%

             成炭催化剂                    12%～25%

               发泡剂                       6%～12%

               成炭剂                       8%～17%

               阻燃剂                       5%～10%

           层状双氢氧化物                   1%～5%

             防腐填料                       8%～18%

              增强填料                      4%～12%

            改性纳米粉体                     1%～5%

                助剂                        0.5%～6%

                 水                         10%～30%

所述复合乳液为纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液、环氧乳液、氯偏乳液、聚醋酸乙烯乳液中的任两种或三种以上经复配制得。

所述成炭催化剂为聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、碳酸氢铵、甲酸、植物油酸中的一种或二种以上的混合，优选聚磷酸铵，其热分解温度为245～275℃。

所述发泡剂为氯化石蜡、尿素、三聚氰胺、甘氨酸、双氰胺、蜜胺中的一种或二种以上的混合。

所述成炭剂为麦芽糖、淀粉、山梨醇、丁四醇、季戊四醇、二季戊四醇、环己六醇中的一种或二种以上的混合，优选季戊四醇，其热分解温度为255～285℃。

所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑、磷酸三丁酯、磷酸铵、氯化石蜡、四溴双酚A、十溴二苯醚中的两种或二种以上的混合。

所述层状双氢氧化物是由两种或两种以上金属组成的类水滑石层状结构的氢氧化物，英文简称为LDHs，根据金属离子的不同，可分为Mg-Al型、Ca-Al型、Zn-Al型、Mg-Al-Ce型、Zn-Al-Ce型等，LDHs的结构中含有结晶水和羟基，受热时LDHs层间脱出的H ₂ O以及羟基分解产生的H ₂ O能起到稀释空气中氧气的作用，另外，LDHs结构中的CO ₃ ^2- 受热分解释放的CO ₂ 可以起到隔热氧气的作用，此外，其对燃烧产生的酸性气体具有极强的吸附作用，因此LDHs具有优异的阻燃抑烟作用。

所述防腐填料为聚磷酸铝、磷酸锌、硼酸锌、偏硼酸钡、沉淀硫酸钡、铝粉、磷铁粉、鳞片状锌粉、云母鳞片中的任两种或三种以上的混合；

所述增强填料为硅灰石粉、滑石粉、绢云母、硅藻土、高岭土、硅酸铝纤维、岩棉纤维、玻化微珠、膨胀蛭石中的任两种或三种以上的混合。

所述改性纳米粉体为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化钛、改性纳米氧化铝、改性纳米氧化锌中的任意一种。所述改性纳米粉体为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化钛、改性纳米氧化铝、改性纳米氧化锌中的任意一种，所诉改性纳米粉体是通过以下方法制备的：将纳米粉体置于装有冷凝管的三口瓶，加入适量的甲苯，充分搅拌并超声振荡，加入硅烷偶联剂KH-563，加热至一定温度，恒温回流一定时间，抽滤，用无水乙醇洗涤三次，烘干制得改性后的纳米粉体。

所述助剂为分散剂、消泡剂、乳化剂、流平剂、增稠剂、抗沉降剂、增塑剂、偶联剂、防闪锈剂中的任五种或六种以上混合。

本发明提出的一种水性钢结构防火防腐蚀涂料的制备方法，具体步骤如下：

(1)称取固体组分之前先进行过筛处理；

(2)按照配方分别称量复合改性乳液、成炭催化剂、发泡剂、成炭剂、阻燃剂、层状双氢氧化物、防腐蚀填料、增强填料、改性纳米粉体、助剂和水；

(3)在400～1000 r/min的转速下，向高速搅拌器中依次加入水、部分助剂、成炭催化剂、发泡剂、成炭剂、阻燃剂、防腐蚀填料、增强填料和改性纳米粉体，搅拌10～30 min；

(4)转入球磨机中碾磨，直至磨到规定的细度；

(5)转入搅拌器中，调节转速至300～800 r/min，加入复配改性乳液和剩余助剂，搅拌0.5～2.0 h，充分搅匀并过滤得到本发明的水性钢结构防火防腐蚀涂料。

本发明中层状双氢氧化物LDHs的制备采用共沉淀法，以Mg-Al型层状双氢氧化物为例，制备过程为：称取一定量的Al(NO ₃ ) ₃ ·9H ₂ O和Mg(NO ₃ ) ₂ ·6H ₂ O，溶于蒸馏水中，搅拌均匀，向镁铝离子液中缓慢滴加氨水溶液，经过一段时间的晶化，抽滤并水洗产物，将滤饼放入蒸馏水中，静置24 h，抽滤并水洗产物，烘干得到LDHs。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

    1、本发明采用复合改性乳液为基料，兼顾了涂层的防火性、防腐蚀性及装饰性，避免了单一乳液作基料而带来的某种涂膜缺陷；

    2、本发明对部分阻燃剂和填料（含纳米粉料）用硅烷偶联剂KH-563进行表面改性，改善了粉料在涂料中的分散性；

3、本发明添加了少量纳米粉料，其填充作用使涂层更加致密，能有效地阻隔O ₂ 、H ₂ O、Cl ^- 等对涂层的侵蚀，且在低添加量下具有很好的防火、防腐效果，很好地降低了成本；

4、本发明添加了LDHs，其受热分解的H ₂ O和CO ₂ 起到了阻燃抑烟的作用；

    5、本发明通过对防火组分和防腐蚀组分的合理搭配，同时添加价格较低的增强填料，充分发挥了协效防火、防腐作用，进一步提高涂层的防火性和防腐蚀性。

本发明具有绿色环保、制备工艺简单、应用前景广泛的特点。

具体实施方式

实施例1：

按照以下列出的组成和质量百分比制备本发明的钢结构防火防腐涂料：

              硅丙乳液                        10%

              氯偏乳液                        14%

              聚磷酸铵                        15%

              三聚氰胺                         7%

              季戊四醇                        10%

       Mg-Al型层状双氢氧化物                  1%

            改性氢氧化铝                       3%

               硼酸锌                          3%

               磷酸锌                          4%

              聚磷酸铝                         3%  

              云母鳞片                         2%             

              硅灰石粉                         3%

               滑石粉                          3%

          改性纳米二氧化硅                     2%

                助剂                           3%

                 水                           17%

该实施例的制备过程为：向搅拌器中依次加入水、部分助剂和粉料，在700 r/min的转速下搅拌30 min，然后转入转入球磨机中碾磨，直至磨到规定的细度，再转入搅拌器，调节转速至600 r/min，加入硅丙乳液、氯偏乳液和剩余助剂，搅拌1.0 h，充分搅匀并调至合适的黏度范围，最后经过滤即得本发明的水性钢结构防火防腐蚀涂料。

实施例2：

按照以下列出的组成和质量百分比制备本发明的钢结构防火防腐涂料：

              硅丙乳液                        12%

              环氧乳液                         6%

           聚醋酸乙烯乳液                      6%

              聚磷酸铵                        12%

              三聚氰胺                         7%

             二季戊四醇                        8%

        Ca-Al型层状双氢氧化物                  1%

            改性氢氧化镁                       3%

               硼酸锌                          4%

               磷酸锌                          4%

              聚磷酸铝                         2%  

              偏硼酸钡                         2% 

             鳞片状锌粉                        2%               

               绢云母                          3%

               滑石粉                          2%

              膨胀蛭石                         1%

          改性纳米二氧化钛                     2%

              各种助剂                         3%

                 水                           20%

该实施例的制备过程为：向搅拌器中依次加入水、部分助剂和粉料，在800 r/min的转速下搅拌20 min，然后转入转入球磨机中碾磨，直至磨到规定的细度，再转入搅拌器，调节转速至700 r/min，加入硅丙乳液、环氧乳液、聚醋酸乙烯乳液和剩余助剂，搅拌1.25 h，充分搅匀并调至合适的黏度范围，最后经过滤即得本发明的水性钢结构防火防腐蚀涂料。

实施例3：

按照以下列出的组成和质量百分比制备本发明的钢结构防火防腐涂料：

              纯丙乳液                        10%

              氯偏乳液                        15%

              聚磷酸铵                        12%

              三聚氰胺                         6%

              季戊四醇                         8%

       Mg-Al型层状双氢氧化物                  2%

            改性氢氧化铝                       4%

               硼酸锌                          4%

               磷酸锌                          3%

              聚磷酸铝                         3%  

                铝粉                           1%             

              硅灰石粉                         3%

               滑石粉                          3%

              玻化微珠                         2%

          改性纳米二氧化硅                     2%

              各种助剂                         2%

                 水                           20%

该实施例的制备过程为：向搅拌器中依次加入水、部分助剂和粉料，在800 r/min的转速下搅拌30 min，然后转入转入球磨机中碾磨，直至磨到规定的细度，再转入搅拌器，调节转速至600 r/min，加入纯丙乳液、氯偏乳液和剩余助剂，搅拌1.0 h，充分搅匀并调至合适的黏度范围，最后经过滤即得本发明的水性钢结构防火防腐蚀涂料。

经检测，实施例1～3的主要性能见表1：

表1   本发明实施例1～3的主要性能

Claims (4)

1.一种水性钢结构防火防腐涂料，其特征在于所述防火防腐涂料的组成及其质量百分比如下：

          复合乳液                     20%～45%

             成炭催化剂                    12%～25%

               发泡剂                       6%～12%

               成炭剂                       8%～17%

               阻燃剂                       5%～10%

           层状双氢氧化物                   1%～5%

             防腐填料                       8%～18%

              增强填料                      4%～12%

            改性纳米粉体                     1%～5%

                助剂                        0.5%～6%

                 水                         10%～30%

所述复合乳液为纯丙乳液、硅丙乳液、苯丙乳液、环氧乳液、氯偏乳液、聚醋酸乙烯乳液中的任两种或三种以上经复配制得；

所述成炭催化剂为聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、碳酸氢铵、甲酸、植物油酸中的一种或二种以上的混合；

所述发泡剂为氯化石蜡、尿素、三聚氰胺、甘氨酸、双氰胺、蜜胺中的一种或二种以上的混合；

所述成炭剂为麦芽糖、淀粉、山梨醇、丁四醇、季戊四醇、二季戊四醇、环己六醇中的一种或二种以上的混合；

所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化二锑、磷酸三丁酯、磷酸铵、氯化石蜡、四溴双酚A、十溴二苯醚中的任意两种或三种以上的混合；

所述层状双氢氧化物是由两种或两种以上金属组成的类水滑石层状结构的氢氧化物；

所述防腐填料为聚磷酸铝、磷酸锌、硼酸锌、偏硼酸钡、沉淀硫酸钡、铝粉、磷铁粉、鳞片状锌粉、云母鳞片中的任两种或三种以上的混合；

所述增强填料为硅灰石粉、滑石粉、绢云母、硅藻土、高岭土、硅酸铝纤维、岩棉纤维、玻化微珠、膨胀蛭石中的任两种或三种以上的混合；

所述改性纳米粉体为改性纳米二氧化硅、改性纳米二氧化钛、改性纳米氧化铝、改性纳米氧化锌中的任意一种，所诉改性纳米粉体是通过以下方法制备的：将纳米粉体置于装有冷凝管的三口瓶，加入适量的甲苯，充分搅拌并超声振荡，加入硅烷偶联剂KH-563，加热至一定温度，恒温回流一定时间，抽滤，用无水乙醇洗涤三次，烘干制得改性后的纳米粉体；

所述助剂为分散剂、消泡剂、乳化剂、流平剂、增稠剂、抗沉降剂、增塑剂、偶联剂、防闪锈剂中的任五种或六种以上混合。

2.根据权利要求1所述的防火防腐蚀涂料，其特征在于所述成炭催化剂为聚磷酸铵。

3.根据权利要求1所述的防火防腐蚀涂料，其特征在于所述成炭剂为季戊四醇。

4.权利要求1所述防火防腐蚀涂料的制备方法，其特征在于该方法具体步骤如下：

(1)称取固体组分之前先进行过筛处理；

(2)按照配方分别称量复合改性乳液、成炭催化剂、发泡剂、成炭剂、阻燃剂、层状双氢氧化物、防腐蚀填料、增强填料、改性纳米粉体、助剂和水；

(3)在400～1000 r/min的转速下，向高速搅拌器中依次加入水、部分助剂、成炭催化剂、发泡剂、成炭剂、阻燃剂、防腐蚀填料、增强填料和改性纳米粉体，搅拌10～30 min；

(4)转入球磨机中碾磨，直至磨到规定的细度；

(5)转入搅拌器中，调节转速至300～800 r/min，加入复配改性乳液和剩余助剂，搅拌0.5～2.0 h，充分搅匀并过滤得到所述防火防腐蚀涂料。