CN104293010A - 一种水性超薄钢结构防火涂料 - Google Patents

一种水性超薄钢结构防火涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性超薄型钢结构防火涂料，其原料按重量份包括以下组分：基料50-80份、阻燃体系40-80份、氧化铁5-13份、中间相炭微球3-10份、氢氧化铝5-15份、磷酸锌5-16份、硼酸锌3-8份、可膨胀石墨5-13份、绢云母3-5份、助剂10-30份、邻苯二甲酸二丁酯1-5份、偶联剂3-10份、水40-70份；其中，所述基料为环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的组合，且环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:2-5:2.5-4。本发明所述水性超薄型钢结构防火涂料，其阻燃性好，隔热性强，耐火性优异，用于钢结构中与基体的粘接性强，综合性能好。

Description

一种水性超薄钢结构防火涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种水性超薄钢结构防火涂料。
背景技术
与传统的木质结构、砖石结构和钢筋混凝土结构相比，钢结构具有高强度、负载能力强、自身质量轻、空间体积小、力学性能好、制造与安装方便、抗震性和变形性好、施工周期短、易于维护等许多优点，在建筑中得到了广泛的应用。但是，钢材的机械强度对温度的依赖性很大，在高温下，裸漏的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构建筑丧失承重能力而垮塌，因此对钢结构采取保护措施是十分必要的。
钢结构常用的保护措施有注水冷却、水喷淋、包覆防火板、喷涂防火涂料、涂覆混凝土砂浆以及缠绕无机纤维等，其中喷涂防火涂料是在构件表面形成耐火隔热保护层，隔绝热量的传递，以提高钢结构耐火极限，此方法施工方便、成本低、装饰性好、低环境污染，维护工作量小，因此得到了人们的广泛认可，近年来一直被大量采用。
目前，现存的防火涂料其阻燃性、耐火性和隔热性能欠佳，不能达到理想的要求，需要进一步研究和开发。
发明内容
本发明提出了一种水性超薄钢结构防火涂料，其阻燃性好，隔热性强，耐火性优异，用于钢结构中与基体的粘接性强，综合性能好。
本发明提出了一种水性超薄型钢结构防火涂料，其原料按重量份包括以下组分：基料50-80份、阻燃体系40-80份、氧化铁5-13份、中间相炭微球3-10份、氢氧化铝5-15份、磷酸锌5-16份、硼酸锌3-8份、可膨胀石墨5-13份、绢云母3-5份、助剂10-30份、邻苯二甲酸二丁酯1-5份、偶联剂3-10份、水40-70份；其中，所述基料为环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的组合，且环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:2-5:2.5-4。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：基料60-70份、阻燃体系50-60份、氧化铁8-10份、中间相炭微球5-7份、氢氧化铝8-10份、磷酸锌8-10份、硼酸锌4-6份、可膨胀石墨7-10份、绢云母3.8-4.5份、助剂20-25份、邻苯二甲酸二丁酯1.8-3.5份、偶联剂5-8份、水50-60份。
优选地，其原料按重量份包括以下组分：基料65份、阻燃体系54份、氧化铁8.9份、中间相炭微球5.9份、氢氧化铝9.6份、磷酸锌8.7份、硼酸锌5.3份、可膨胀石墨7.6份、绢云母4.2份、助剂23份、邻苯二甲酸二丁酯3.2份、偶联剂6.4份、水57份。
优选地，所述基料中环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:4:3。
优选地，所述阻燃体系为聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的组合。
优选地，所述阻燃体系中聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的重量份之比为2：0.5：2：1.5：0.2：0.3。
优选地，所述聚磷酸铵的聚合度为500-800。
优选地，所述氧化铁为改性氧化铁，所述改性氧化铁按照以下工艺进行制备：按重量份将4-10份氨基硅烷偶联剂加入到20-40份甲醇和水的混合液中，调节pH为4-6，升温至70-78℃，在800-1300r/min的转速下搅拌反应40-60min，其中，甲醇和水的混合液甲醇的质量分数为40-60wt％，然后加入80-100份氧化铁，调节温度为70-78℃，在1200-1500r/min的转速下搅拌反应3.5-5h，过滤后洗涤至洗涤液呈中性，烘干、粉碎、过筛。
优选地，所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲基二乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种的组合。
优选地，其特征在于，所述助剂为流平剂、消泡剂、分散剂、增稠剂中的一种或者多种的组合。
本发明所述水性超薄型钢结构防火涂料，其原料中，基料的重量份数可以为51、51.3、52、52.4、53、53.6、54、54.5、55、55.6、56、56.3、57、57.8、58、58.9、59、59.4、60.3、61、62、63、63.5、64、66、66.9、67、67.8、68、68.5、69、70.6、72、73、73.6、74、75、75.9、76、76.8、77、77.4、78、78.9、79、79.5份，阻燃体系的重量份数可以为40.6、42、45、45.6、46、46.8、47、47.9、48、48.9、49、51、52.3、53、53.6、55、55.9、57、58、58.9、60.3、61、62、63、63.8、65、66.9、67、68、69、70、71、71.6、72、72.5、73、74、75、75.8、76、76.8、77、77.9、78、78.9、79、79.5份，氧化铁的重量份数可以为5.3、6、6.4、7、7.8、9、9.3、10.5、11、11.4、12、12.3、12.7份，中间相炭微球的重量份数可以为3.3、3.6、3.9、4、4.3、4.8、5.4、5.7、6、6.5、7.4、8、8.3、8.9、9、9.5份，氢氧化铝的重量份数可以为5.6、6、6.3、7.8、8.9、9、9.4、10.3、11、11.5、12、12.6、13、13.4、14、14.6份，磷酸锌的重量份数可以为5.6、6、6.7、7、7.5、8.3、9、9.4、10.5、11、11.3、12、12.56、13、13.4、14、15、15.6份，硼酸锌的重量份数可以为3.4、3.9、4.2、4.6、4.8、4.9、5、5.6、6.7、7、7.8份，可膨胀石墨的重量份数可以为5.6、6、6.9、7.3、8、8.5、9、9.4、10.5、11、11.7、12、12.5份，绢云母的重量份数可以为3.6、3.9、4、4.6、4.9份，助剂的重量份数可以为10.6、12、13、13.5、14、14.6、15、15.9、16、16.7、17、17.5、19、19.5、20.3、21、21.5、22、22.6、23.5、24、24.5、25.6、26、26.7、27、27.8、28、28.6、29、29.4份，邻苯二甲酸二丁酯的重量份数可以为1.2、1.5、1.6、1.9、2.1、2.3、2.5、2.6、2.8、3.0、3.1、3.9、4、4.5、4.8份，偶联剂的重量份数可以为3.6、4、4.5、5.6、6、6.8、7、7.8、8.5、9、9.4份，水的重量份数可以为42、45、48.9、52、53.6、54、55、56.9、58.9、60.3、64、65、68、68.7、69、69.4份。
本发明中，氯偏乳液能形成很好的炭化层，耐火时间长，但其与基材的粘接强度差，容易脱落，失去防火作用，苯丙乳液各方面的理化性能都能达到要求，但是其耐火时间最短，且不能形成很好的炭化层，阻燃效果欠佳，将两者与环氧树脂乳液混合使用，使三者可相互协同促进，提高了涂料的防火性能；氢氧化铝可以与铁发生反应，使铁锈中的铁元素以铁离子形式存在，并与磷酸锌的磷酸根离子反应相结合，形成了稳定的钝化薄膜，起到隔绝铁锈的作用，提高了涂料的耐蚀性能；氢氧化铝受热分解，大量吸热并放出水汽，硼酸锌在高温时分解失去结晶水，起到吸热冷却作用，两者分解释放出的水汽，起到了吸热冷却和稀释空气中氧气的作用，进而减慢燃烧速度，另外两者分解生成的氧化铝和氧化硼能附着在涂料表面，形成一层炭化覆盖层，既能阻挡氧气的进入又能阻挡可燃气体的逸出，使其不能充分燃烧，同时避免了烟灰的形成，提高了涂料的耐火性、耐高温性，减小了钢结构力学性能的损失；加入的氧化铁、中间相炭微球、可膨胀石墨、绢云母相互配合不仅可以起增强的作用还可以提高涂层的耐候性和耐酸碱性，具有一定的防腐蚀性，在不影响耐火性的前提下，提高了炭化层的强度。
本发明通过选择合适的原料，调节了各乳液的含量与阻燃体系以及其他各组分之间的匹配关系，使其处于最佳配比，使各物质的优势得到最好的配合，得到的涂料具有良好的力学性能，又具有良好的阻燃性能，可广泛应用于钢结构工程中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
实施例1
本发明所述水性超薄型钢结构防火涂料，其原料按重量份包括以下组分：基料50份、阻燃体系80份、氧化铁5份、中间相炭微球10份、氢氧化铝5份、磷酸锌16份、硼酸锌3份、可膨胀石墨13份、绢云母3份、助剂30份、邻苯二甲酸二丁酯1份、偶联剂10份、水40份；
其中，所述基料为环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的组合，且环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:5:2.5。
对本实施例所述水性超薄型钢结构防火涂料进行性能检测，检测结果和GB14907-2002技术指标如1所示。
表1 实施例1所述水性超薄型钢结构防火涂料检测结果和GB14907-2002技术指标
实施例2
本发明所述水性超薄型钢结构防火涂料，其原料按重量份包括以下组分：基料80份、阻燃体系40份、氧化铁13份、中间相炭微球3份、氢氧化铝15份、磷酸锌5份、硼酸锌8份、可膨胀石墨5份、绢云母5份、助剂10份、邻苯二甲酸二丁酯5份、偶联剂3份、流平剂2.3份、水70份；
其中，所述基料为环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的组合，且环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:2:4；
所述阻燃体系为聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵按任意重量份之比的组合；所述聚磷酸铵的聚合度为500；
所述氧化铁为改性氧化铁，所述改性氧化铁按照以下工艺进行制备：按重量份将4份N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入到40份甲醇和水的混合液中，调节pH为4，升温至78℃，在800r/min的转速下搅拌反应60min，其中，甲醇和水的混合液甲醇的质量分数为40wt％，然后加入100份氧化铁，调节温度为70℃，在1200r/min的转速下搅拌反应5h，过滤后洗涤，洗涤至洗涤液呈中性，在75℃烘干，粉碎后过300目筛。
对本实施例所述水性超薄型钢结构防火涂料进行性能检测，检测结果和GB14907-2002技术指标如2所示。
表2 实施例2所述水性超薄型钢结构防火涂料检测结果和GB14907-2002技术指标
实施例3
本发明所述水性超薄型钢结构防火涂料，其原料按重量份包括以下组分：基料66份、阻燃体系57份、氧化铁11份、中间相炭微球6.5份、氢氧化铝13份、磷酸锌12份、硼酸锌4.9份、可膨胀石墨11份、绢云母4.6份、助剂23.5份、邻苯二甲酸二丁酯2.6份、偶联剂9份、消泡剂0.9份、增稠剂1.1份、水60.3份；
其中，所述基料为环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的组合，且环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:2.6:3.3；
所述阻燃体系为聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵按重量份之比为1:1:1:2:0.3:0.5的组合；所述聚磷酸铵的聚合度为800；
所述氧化铁为改性氧化铁，所述改性氧化铁按照以下工艺进行制备：按重量份将4份N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、6份N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲基二乙氧基硅烷加入到20份甲醇和水的混合液中，调节pH为6，升温至70℃，在1300r/min的转速下搅拌反应40min，其中，甲醇和水的混合液甲醇的质量分数为60wt％，然后加入80份氧化铁，调节温度为78℃，在1500r/min的转速下搅拌反应3.5h，过滤后洗涤至洗涤液呈中性，烘干、粉碎、过500目筛；
对本实施例所述水性超薄型钢结构防火涂料进行性能检测，检测结果和GB14907-2002技术指标如3所示。
表3 实施例3所述水性超薄型钢结构防火涂料检测结果和GB14907-2002技术指标
实施例4
本发明所述水性超薄型钢结构防火涂料，其原料按重量份包括以下组分：基料65份、阻燃体系54份、氧化铁8.9份、中间相炭微球5.9份、氢氧化铝9.6份、磷酸锌8.7份、硼酸锌5.3份、可膨胀石墨7.6份、绢云母4.2份、助剂23份、邻苯二甲酸二丁酯3.2份、偶联剂6.4份、流平剂0.3份、消泡剂0.7份、分散剂0.9份、增稠剂1.3份、水57份；
其中，所述基料为环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的组合，且环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:4：3；
所述阻燃体系为聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的组合，且聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的重量份之比为2：0.5：2：1.5：0.2：0.3；所述聚磷酸铵的聚合度为700；
所述氧化铁为改性氧化铁，所述改性氧化铁按照以下工艺进行制备：按重量份将7份氨基硅烷偶联剂加入到33份甲醇和水的混合液中，调节pH为5，升温至75℃，在1200r/min的转速下搅拌反应47min，其中，甲醇和水的混合液甲醇的质量分数为49wt％，然后加入90份氧化铁，调节温度为76℃，在1350r/min的转速下搅拌反应4.2h，过滤后洗涤至洗涤液呈中性，烘干、粉碎、过筛；其中，所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲基二乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷按任意重量份之比的组合。
对本实施例所述水性超薄型钢结构防火涂料进行性能检测，检测结果和GB14907-2002技术指标如4所示。
表4 实施例4所述水性超薄型钢结构防火涂料检测结果和GB14907-2002技术指标
由表1-4中数据可知，本发明所述水性超薄型钢结构防火涂料综合性能好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：基料50-80份、阻燃体系40-80份、氧化铁5-13份、中间相炭微球3-10份、氢氧化铝5-15份、磷酸锌5-16份、硼酸锌3-8份、可膨胀石墨5-13份、绢云母3-5份、助剂10-30份、邻苯二甲酸二丁酯1-5份、偶联剂3-10份、水40-70份；其中，所述基料为环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的组合，且环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:2-5:2.5-4。
2.根据权利要求1所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：基料60-70份、阻燃体系50-60份、氧化铁8-10份、中间相炭微球5-7份、氢氧化铝8-10份、磷酸锌8-10份、硼酸锌4-6份、可膨胀石墨7-10份、绢云母3.8-4.5份、助剂20-25份、邻苯二甲酸二丁酯1.8-3.5份、偶联剂5-8份、水50-60份。
3.根据权利要求1或2所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，其原料按重量份包括以下组分：基料65份、阻燃体系54份、氧化铁8.9份、中间相炭微球5.9份、氢氧化铝9.6份、磷酸锌8.7份、硼酸锌5.3份、可膨胀石墨7.6份、绢云母4.2份、助剂23份、邻苯二甲酸二丁酯3.2份、偶联剂6.4份、水57份。
4.根据权利要求1-3中任一项所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，所述基料中环氧树脂乳液、氯偏乳液、苯丙乳液的重量份之比为1:4:3。
5.根据权利要求1-4中任一项所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，所述阻燃体系为聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的组合。
6.根据权利要求5所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，所述阻燃体系中聚磷酸胺、三聚氰胺、氯化石蜡、季戊四醇、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵的重量份之比为2：0.5：2：1.5：0.2：0.3。
7.根据权利要求6或7所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，所述聚磷酸铵的聚合度为500-800。
8.根据权利要求1-7中任一项所述水性超薄钢结构防火涂料，其特征在于，所述氧化铁为改性氧化铁，所述改性氧化铁按照以下工艺进行制备：按重量份将4-10份氨基硅烷偶联剂加入到20-40份甲醇和水的混合液中，调节pH为4-6，升温至70-78℃，在800-1300r/min的转速下搅拌反应40-60min，其中，甲醇和水的混合液甲醇的质量分数为40-60wt％，然后加入80-100份氧化铁，调节温度为70-78℃，在1200-1500r/min的转速下搅拌反应3.5-5h，过滤后洗涤至洗涤液呈中性，烘干、粉碎、过筛。
9.根据权利要求8所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲基二乙氧基硅烷、氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或者多种的组合。
10.根据权利要求1-9中任一项所述水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，所述助剂为流平剂、消泡剂、分散剂、增稠剂中的一种或者多种的组合。
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