CN104673022A - 一种超薄耐候钢结构防火涂料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料包括以下组分：基料树脂： 24-30份，膨胀阻燃体系：17-23份，颜填料：8-15份，助剂：6-11份，溶剂：17-22份；改性纳米氢氧化铝：4-8份；增塑剂：1-3份；其中，所述膨胀体系以质量份数计包括以下组分：脱水催化剂：8-10份，成炭剂：5-7份，发泡剂：2-4份；本发明还设计一种超薄耐候钢结构防火涂料的制备工艺，该制备工艺简单，制备过程中不会产生浓烟和毒气，制备的防火涂料环保、超薄耐候、耐火持久、阻燃效果好、成本低、具有良好的装饰性。

Description

一种超薄耐候钢结构防火涂料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种涂料及其制备工艺，具体涉及一种超薄耐候钢结构防火涂料及其制备工艺。
背景技术
随着人类科技的进步和社会的发展，以及人们新的生活需求，各种新型建筑材料正逐步替代传统建筑材料，应用于各类新型大型建筑上。相较砖石和混凝土材料的建筑体系，钢结构体系具有强度高、自重轻、性能稳定、韧性好、安装容易、施工周期端、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势而且适合于批量生产，使得钢铁成了最佳建筑用结构材料。
跟其他建筑一样，钢结构建筑也有火灾所带来的安全隐患。由于钢材虽然不会燃烧，但其机械强度在温度升高的过程中会逐渐降低，当钢材料的温度升高到一定值时钢材会失去支撑能力，因而钢结构建筑的耐火性能比砖石结构和钢筋混凝土结构差很多。一般在温度达到300℃以上时，常用建筑钢材的机械强度逐渐降低，当温度达到540℃时，其损失率可大70%，以致完全失去支撑能力，因此在工程上通常将540℃作为建筑钢材的临界温度。
将钢结构的耐火极限提高到防火设计规范的耐火极限可以为灭火和人员安全疏散赢得时间，从而达到避免或减少火灾损失的目的。所以对钢结构进行防火保护是必要的措施。钢结构防火的原理是采用绝热或吸热的材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度，推迟钢结构升温和强度减弱的时间。目前钢结构的防火措施可以分为几类：（1）在钢结构表面砌砖或喷覆一层混凝土砂浆；（2）在钢结构表面裹缠无机纤维布和无机纤维毡；（3）在空心钢柱内填充处理后的液体和水；（4）在钢结构柱、梁、楼板等构建体上粘贴不燃烧板；（5）在钢结构表面涂覆防火涂料，在实际工程中应用最广泛且最经济的方法是涂装钢结构防火涂料。
随着国内对环保节能的重视，针对钢结构防火涂料目前存在的问题，其研究将朝着无毒环保、超薄耐候、耐火持久、防腐防火双功能化、成本低、性能好且具有装饰性的多功能化方向发展。在超薄型钢结构防火涂料的研究中，纳米阻燃剂不仅用量较少且具有良好的阻燃效果，燃烧时也不会产生浓烟和毒气，对环境污染小，是一种绿色环保型阻燃剂。与此同时，它还可以提高涂料本身的机械性能，耐候性和热稳定性等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种超薄耐候钢结构防火涂料及其制备工艺，该防火涂料环保、耐火持久、阻燃效果好、成本低、具有良好的装饰性，该防火涂料的制备工艺简单，制备过程中不会产生浓烟和毒气。
本发明解决以上技术问题的技术方案是：
一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料按重量份计包括以下组分：
基料树脂：                           24-30份
膨胀阻燃体系：                       17-23份
颜填料：                             8-15份
助剂：                               6-11份
溶剂：                               17-22份
改性纳米氢氧化铝：                   4-8份
增塑剂：                             1-3份
其中，所述膨胀体系以质量份数计包括以下组分：脱水催化剂：8-10份，成炭剂：5-7份，发泡剂：2-4份；
所述助剂以质量份数计包括以下组分：增稠剂：5-8份，消泡剂：3-5份，流平剂：2-4份，成膜助剂：1-2份，分散剂：3-8份；其中所述的增稠剂为羟甲基纤维素，所述的消泡剂为有机硅类消泡剂，所述的流平剂为聚醚改性聚硅氧烷类流平剂，所述成膜助剂为苯甲醇、邻苯二甲酸二丁酯和乙二醇苯醚的混合物，所述分散剂为2- 氨基-2- 甲基-1-丙醇；
所述的溶剂为石蜡与200＃溶剂油的混合物，其中石蜡与200＃溶剂油的质量比为1：2.5。
本发明进一步的技术方案为：
前述超薄耐候钢结构防火涂料中，基料树脂为丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的混合物，其中丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的质量比为1.5：2.7。
前述超薄耐候钢结构防火涂料中，脱水催化剂为磷酸铵、聚磷酸铵或磷酸二氢铵中的一种或几种；成炭剂为季戊四醇或双季戊四醇中的一种；发泡剂为三聚氰胺、碳酸铵或双氰胺中的一种或几种。
前述超薄耐候钢结构防火涂料中，所述的颜填料为二氧化钛和氯化锌的混合物，其中二氧化钛和氯化锌的质量比为1：1；所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯。
前述超薄耐候钢结构防火涂料中，改性纳米氢氧化铝制备方法如下：
a. 80-110℃下在高速搅拌机内对氢氧化铝进行搅拌预热 30-60min，把氢氧化铝粉体超声分散在正丁醇中进行共沸蒸馏处理，体系维持升高到117-120℃时继续回流30-40min后结束；
b.经正丁醇蒸馏过的氢氧化铝在加入正丁醇配成浆料，继续加热升温到70-75℃后，采用偶联剂溶液通过高压喷雾方式加入亚磷酸酯化合物表面处理好的纳米氢氧化铝中，在 120-140℃下搅拌90-150min，将有机溶剂蒸发去除后即得改性纳米氢氧化铝；
其中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种。
本发明还设计了一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料制备工艺如下：
（1）将丙烯酸树脂和环氧树脂加入到装有溶剂的分散缸中搅拌18-25min，搅拌速度为65-90r/min；
（2）向步骤（1）分散缸中加入脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、增塑剂和颜填料，预分散25-30min,搅拌速度为210-280r/min，然后再向分散缸中加入改性纳米氢氧化铝继续搅拌20-30min待用，搅拌速度为360-540r/min；
（3）将步骤（2）分散缸中的混合物转入磨砂机中，然后加入助剂，在高剪切力作用下高速砂磨40-60min，控制混合物的细度≤50μ，即得到超薄耐候钢结构防火涂料。
本发明的有益效果是：
（1）本发明采用丙烯酸树脂和环氧树脂混合后做为基体树脂解决了仅由含丙烯酸树脂的防火涂料的涂层在受火过程中有滴落现象，且在施工干燥后涂层有细小裂纹等涂层病态现象，施工中也不易干透的问题，环氧树脂具有优秀的力学性能和粘结性能，能大大的改善涂料的附着力等性能，电性能、稳定性佳，同时具有良好的耐热性，难燃、少烟、低毒、低热释放等特性，所以很适合和丙烯酸树脂混合后作为防火涂料的基体树脂。
（2）本发明使用的二氧化钛化学性质稳定，物理性能优异，不溶于水，耐热性好，在光泽、白度、消色力、遮盖力等方面都表现良好，在涂料中加入二氧化钛后，大大改善了涂层的柔韧性，且二氧化钛与聚磷酸铵分解的酸发生反应形成白色无机保护层，与防火组分形成的炭质层起到协同作用，有利于提高中后期的防火性能；氧化锌是一种良好的阻燃抑烟剂，氧化锌遇火可分解生成大量的水分能显著地减少涂料的发烟量，因此有效地降低涂料本身对人的危害，而且它能使涂层起泡时间提前，提高了涂层的防火时间。
（3）钢结构防火涂料颜填料加量较多，容易发生粉颗粒沉降或溶剂分层的现象，降低其细度可以在一定程度上降低粉料颗粒的沉降速度，但只能延迟沉降而不能防止沉降，加入有机膨润土流变剂就能获得显著的防沉降效果，并且有机膨润土具有来源广泛、价格低廉等优点。
（4）本发明中采用的200＃溶剂油作其中的一种溶剂，200＃溶剂油与树脂的相容性较好，有利于控制涂料黏度和固含量，适宜施工。
（5）本发明中加入改性纳米氢氧化铝，由于纳米氢氧化铝具有较大的比表面积，其热稳定性得到提高并且其在涂料中的分散性也会提高，所以通过对氢氧化铝的超细化，可以改善其在应用中的缺陷并且提高涂料的防火性能，同时不会降低防火涂料的理化性能。
（6）本发明中添加了改性纳米氢氧化铝后，降低初期钢材升温速率，同时能有效地降低烟密度，并且符合室内以及室外的各项理化性能、耐腐蚀和耐老化性能的标准要求。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料按重量份计包括以下组分：
基料树脂：24份,膨胀阻燃体系：17份，颜填料：8份，助剂：6份，溶剂：17份，改性纳米氢氧化铝：4份，邻苯二甲酸二正辛酯：1份；其中，膨胀体系以质量份数计包括以下组分：磷酸铵：8份，季戊四醇：5份，三聚氰胺：2份。
本实施例中的助剂以质量份数计包括以下组分：羟甲基纤维素：5份，有机硅类消泡剂：3份，聚醚改性聚硅氧烷：2份，苯甲醇：1份，2- 氨基-2- 甲基-1-丙醇：3份,溶剂为石蜡与200＃溶剂油的混合物，其中石蜡与200＃溶剂油的质量比为1：2.5；基料树脂为丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的混合物，其中丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的质量比为1.5：2.7；颜填料为二氧化钛和氯化锌的混合物，其中二氧化钛和氯化锌的质量比为1：1。
本实施例的改性纳米氢氧化铝制备方法如下：
a. 85℃下在高速搅拌机内对氢氧化铝进行搅拌预热 38min，把氢氧化铝粉体超声分散在正丁醇中进行共沸蒸馏处理，体系维持升高到118℃时继续回流40min后结束；
b.经正丁醇蒸馏过的氢氧化铝在加入正丁醇配成浆料，继续加热升温到70℃后，采用硅烷偶联剂溶液通过高压喷雾方式加入亚磷酸酯化合物表面处理好的纳米氢氧化铝中，在 120℃下搅拌150min，将有机溶剂蒸发去除后即得改性纳米氢氧化铝。
本实施例还提供了一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料制备工艺如下：
（1）将丙烯酸树脂和环氧树脂加入到装有溶剂的分散缸中搅拌18min，搅拌速度为90r/min；
（2）向步骤（1）分散缸中加入脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、增塑剂和颜填料，预分散25min,搅拌速度为280r/min，然后再向分散缸中加入改性纳米氢氧化铝继续搅拌20min待用，搅拌速度为540r/min；
（3）将步骤（2）分散缸中的混合物转入磨砂机中，然后加入助剂，在高剪切力作用下高速砂磨40min，控制混合物的细度≤50μ，即得到超薄耐候钢结构防火涂料。
实施例2
本实施例提供一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料按重量份计包括以下组分：
基料树脂：26份,膨胀阻燃体系：20份，颜填料：12份，助剂：8份，溶剂：20份，改性纳米氢氧化铝：5份，邻苯二甲酸二正辛酯：2份；其中，膨胀体系以质量份数计包括以下组分：磷酸铵：9份，季戊四醇：6份，三聚氰胺：3份。
本实施例中的助剂以质量份数计包括以下组分：羟甲基纤维素：6份，有机硅类消泡剂：4份，聚醚改性聚硅氧烷：3份，苯甲醇：1份，2- 氨基-2- 甲基-1-丙醇：6份,溶剂为石蜡与200＃溶剂油的混合物，其中石蜡与200＃溶剂油的质量比为1：2.5；基料树脂为丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的混合物，其中丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的质量比为1.5：2.7；颜填料为二氧化钛和氯化锌的混合物，其中二氧化钛和氯化锌的质量比为1：1。
本实施例的改性纳米氢氧化铝制备方法如下：
a. 90℃下在高速搅拌机内对氢氧化铝进行搅拌预热 45min，把氢氧化铝粉体超声分散在正丁醇中进行共沸蒸馏处理，体系维持升高到118℃时继续回流35min后结束；
b.经正丁醇蒸馏过的氢氧化铝在加入正丁醇配成浆料，继续加热升温到73℃后，采用钛酸酯偶联剂溶液通过高压喷雾方式加入亚磷酸酯化合物表面处理好的纳米氢氧化铝中，在130℃下搅拌110min，将有机溶剂蒸发去除后即得改性纳米氢氧化铝。
本实施例还提供了一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料制备工艺如下：
（1）将丙烯酸树脂和环氧树脂加入到装有溶剂的分散缸中搅拌20min，搅拌速度为80r/min；
（2）向步骤（1）分散缸中加入脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、增塑剂和颜填料，预分散27min,搅拌速度为250r/min，然后再向分散缸中加入改性纳米氢氧化铝继续搅拌25min待用，搅拌速度为420r/min；
（3）将步骤（2）分散缸中的混合物转入磨砂机中，然后加入助剂，在高剪切力作用下高速砂磨50min，控制混合物的细度≤50μ，即得到超薄耐候钢结构防火涂料。
实施例3
本实施例提供一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料按重量份计包括以下组分：
基料树脂：30份,膨胀阻燃体系：23份，颜填料：15份，助剂：11份，溶剂：22份，改性纳米氢氧化铝：8份，邻苯二甲酸二正辛酯：3份；其中，膨胀体系以质量份数计包括以下组分：磷酸铵：10份，季戊四醇：7份，三聚氰胺：4份。
本实施例中的助剂以质量份数计包括以下组分：羟甲基纤维素：8份，有机硅类消泡剂：5份，聚醚改性聚硅氧烷：4份，苯甲醇：2份，2- 氨基-2- 甲基-1-丙醇：8份,溶剂为石蜡与200＃溶剂油的混合物，其中石蜡与200＃溶剂油的质量比为1：2.5；基料树脂为丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的混合物，其中丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的质量比为1.5：2.7；颜填料为二氧化钛和氯化锌的混合物，其中二氧化钛和氯化锌的质量比为1：1。
本实施例的改性纳米氢氧化铝制备方法如下：
a. 110℃下在高速搅拌机内对氢氧化铝进行搅拌预热 30min，把氢氧化铝粉体超声分散在正丁醇中进行共沸蒸馏处理，体系维持升高到120℃时继续回流30min后结束；
b.经正丁醇蒸馏过的氢氧化铝在加入正丁醇配成浆料，继续加热升温到75℃后，采用钛酸酯偶联剂溶液通过高压喷雾方式加入亚磷酸酯化合物表面处理好的纳米氢氧化铝中，在140℃下搅拌90min，将有机溶剂蒸发去除后即得改性纳米氢氧化铝。
本实施例还提供了一种超薄耐候钢结构防火涂料，该防火涂料制备工艺如下：
（1）将丙烯酸树脂和环氧树脂加入到装有溶剂的分散缸中搅拌25min，搅拌速度为90r/min；
（2）向步骤（1）分散缸中加入脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、增塑剂和颜填料，预分散30min,搅拌速度为210r/min，然后再向分散缸中加入改性纳米氢氧化铝继续搅拌30min待用，搅拌速度为360r/min；
（3）将步骤（2）分散缸中的混合物转入磨砂机中，然后加入助剂，在高剪切力作用下高速砂磨60min，控制混合物的细度≤50μ，即得到超薄耐候钢结构防火涂料。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种超薄耐候钢结构防火涂料，其特征在于，该防火涂料按重量份计包括以下组分：
基料树脂：                           24-30份
膨胀阻燃体系：                       17-23份
颜填料：                             8-15份
助剂：                               6-11份
溶剂：                               17-22份
改性纳米氢氧化铝：                   4-8份
增塑剂：                             1-3份
其中，所述膨胀体系以质量份数计包括以下组分：脱水催化剂：8-10份，成炭剂：5-7份，发泡剂：2-4份；
所述助剂以质量份数计包括以下组分：增稠剂：5-8份，消泡剂：3-5份，流平剂：2-4份，成膜助剂：1-2份，分散剂：3-8份；其中所述的增稠剂为羟甲基纤维素，所述的消泡剂为有机硅类消泡剂，所述的流平剂为聚醚改性聚硅氧烷类流平剂，所述成膜助剂为苯甲醇、邻苯二甲酸二丁酯和乙二醇苯醚的混合物，所述分散剂为2- 氨基-2- 甲基-1-丙醇；
所述的溶剂为石蜡与200＃溶剂油的混合物，其中石蜡与200＃溶剂油的质量比为1：2.5。
2.根据权利要求1所述的超薄耐候钢结构防火涂料，其特征在于：所述的基料树脂为丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的混合物，其中丙烯酸树脂和环氧树脂树脂的质量比为1.5：2.7。
3.根据权利要求1所述的超薄耐候钢结构防火涂料，其特征在于：所述的脱水催化剂为磷酸铵、聚磷酸铵或磷酸二氢铵中的一种或几种；所述的成炭剂为季戊四醇或双季戊四醇中的一种；所述的发泡剂为三聚氰胺、碳酸铵或双氰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的超薄耐候钢结构防火涂料，其特征在于：所述的颜填料为二氧化钛和氯化锌的混合物，其中二氧化钛和氯化锌的质量比为1：1；所述增塑剂为邻苯二甲酸二正辛酯。
5.根据权利要求1所述的超薄耐候钢结构防火涂料，其特征在于：所述的改性纳米氢氧化铝制备方法如下：
a. 80-110℃下在高速搅拌机内对氢氧化铝进行搅拌预热 30-60min，把氢氧化铝粉体超声分散在正丁醇中进行共沸蒸馏处理，体系维持升高到117-120℃时继续回流30-40min后结束；
b.经正丁醇蒸馏过的氢氧化铝在加入正丁醇配成浆料，继续加热升温到70-75℃后，采用偶联剂溶液通过高压喷雾方式加入亚磷酸酯化合物表面处理好的纳米氢氧化铝中，在 120-140℃下搅拌90-150min，将有机溶剂蒸发去除后即得改性纳米氢氧化铝；
其中，所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的一种。
6.如权利要求1所述的超薄耐候钢结构防火涂料的制备工艺，其特征在于，该超薄耐候钢结构防火涂料制备工艺如下：
（1）将丙烯酸树脂和环氧树脂加入到装有溶剂的分散缸中搅拌18-25min，搅拌速度为65-90r/min；
（2）向步骤（1）分散缸中加入脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、增塑剂和颜填料，预分散25-30min,搅拌速度为210-280r/min，然后再向分散缸中加入改性纳米氢氧化铝继续搅拌20-30min待用，搅拌速度为360-540r/min；
（3）将步骤（2）分散缸中的混合物转入磨砂机中，然后加入助剂，在高剪切力作用下高速砂磨40-60min，控制混合物的细度≤50μ，即得到超薄耐候钢结构防火涂料。
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