CN105440829B - 一种水性膨胀型钢结构防火涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性膨胀型钢结构防火涂料，属于功能涂料技术领域。该防火涂料采用环氧改性醋酸乙烯、叔碳酸乙烯酯共聚醋叔乳液(下称醋叔乳液)为基料，环氧的改性提高了醋叔乳液基料的热稳定性，降低了热烧蚀速率，增加了其与阻燃填料的反应时长，使得膨胀发泡炭层更加致密，有效改善了炭层火焰冲击易掉落的弊病，形成了低膨胀倍率高隔热效果的炭层。经测试，该发明的涂层干膜厚度为1mm时，耐火极限可达69min，耐火性能可靠。

Description

一种水性膨胀型钢结构防火涂料

技术领域

本发明属于功能涂料技术领域，特别涉及一种钢结构建筑用水性膨胀型防火涂料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的持续发展和钢产量的逐步提高，钢结构建筑物不断涌现，特别是轻钢结构的发展更是如火如荼，钢结构的应用范围从工业和大型公共设施建设扩展到民用建筑等更加广泛的领域，然而，虽然钢结构具有强度高、加工性能好等优点，但其耐火性能差也是不可回避的问题。在钢结构表面涂刷防火涂料是目前钢结构防火保护中的常用方法，水性超薄型钢结构防火涂料在常温下和其它涂层一样，可起到保护和装饰基材的作用，当涂料遇火时涂层能发生膨胀，形成比原来涂层厚十几倍甚至几十倍的海绵状炭层结构，起到良好的隔热效果，从而延长钢结构的耐火极限。

但是，现有的钢结构防火涂料存在的主要问题是，涂层遇火后发泡倍率过高，一般在六十倍以上，这导致炭层的内聚强度较差，炭层较为疏松，而实际火场中火焰本身是有冲击力的，这就要求膨胀炭层要具有一定的机械强度。疏松的膨胀炭层对抗火焰和热气流冲击性差，发泡炭层容易从钢结构表面脱落。这会导致防火保护的过早失效，不利于对钢结构建构构筑物的隔热保护。

例如，中国专利CN 102627891 A公开了一种新型的水性超薄型钢结构防火涂料，该专利公开的耐火性能测试数据如下：

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明的目的是研制一种新型的水性膨胀型钢结构防火涂料，能够克服膨胀炭层致密度差、在火焰及气流冲击下易掉落的不足。

本发明采用环氧树脂改性醋叔乳液为基料，并设定了膨胀阻燃填料聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇三者的比例及总的添加量，再添加与聚磷酸铵分解产物有反应活性的无机耐高温颜料钛白粉作为炭层骨架的增强剂，并且提高炭层的抗氧化性。

本发明的水性超薄型钢结构防火涂料的组成按重量百分比如下：

上述改性醋叔乳液为E-20固体环氧树脂改性醋叔乳液，其组成按重量百分比为：E-20环氧树脂1～5％、乳化剂0.1～0.6％、助溶剂5～10％、余量为醋叔乳液，

其中，环氧树脂为双酚A型环氧树脂E-20，乳化剂为法国先创牌号为ES100的含环氧基团的反应型乳化剂，助溶剂由丙二醇乙醚、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的一种或几种组成，

上述改性醋叔乳液的制备过程如下：

按各组分重量百分比，将环氧树脂E-20、乳化剂、助溶剂加入带有搅拌器、冷凝管的反应釜中，90℃加热至固相熔融后降温至60℃，保温并在高剪切力作用下滴加醋叔乳液，至粘度突变后保持搅拌0.5h，最后加入剩余的醋叔乳液并搅拌均匀，得到环氧改性醋叔乳液，

本发明还提供了一种上述水性超薄型钢结构防火涂料的制备方法：按各组分重量百分比，将聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、钛白粉、水加入到高速分散机中预分散后，泵送至砂磨机，研磨至规定细度，转移至调漆釜，然后加入改性醋叔乳液搅拌均匀，即制成本发明所述的水性膨胀型钢结构防火涂料。

本发明以改性醋叔乳液为涂料的基料，该改性过程不同于物理混拼，而是在环氧树脂乳化过程中原位改性，更好地兼具了环氧树脂和醋叔乳液作为涂料漆基的优异性能，特别是环氧改性醋叔乳液提高了醋叔基料的热稳定性，降低了热烧蚀速率，从而增加了其与膨胀阻燃填料的反应时长，使发泡炭层更加致密，保证了膨胀炭层具有一定的抗冲击强度；

聚磷酸铵为脱水成炭催化剂，优选经包覆改性的高聚合度II型产品；

三聚氰胺为发泡剂，其分解产生的不燃性气体“吹起”炭层起到膨胀发泡的作用；

季戊四醇为成炭剂，优选超细产品，如此可以缩短制漆研磨时间；

钛白粉为着色颜料，在本发明中还作为活性物质参与聚磷酸铵的系列化学反应过程，钛白粉与聚磷酸铵反应产物焦磷酸钛起到炭层支撑和抗氧化作用，提高了炭层强度和高温抗氧化性，本发明中优选锐钛型钛白粉。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明将环氧树脂改性醋叔乳液作为成膜物质应用到配方体系中后，制成的防火涂料在遇火膨胀后，使得发泡倍率降低，炭层厚度减薄，能够形成高内聚强度的膨胀炭层，从而有效缓解了醋叔乳液基水性膨胀型钢结构防火涂料炭层强度差，易冲蚀掉落的弊病；同时因为膨胀炭层更加致密和均匀，故其隔热性能并未下降，反而有所提升；

(2)本发明使用了环氧改性醋叔乳液，及优选聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇三者的比例及总的添加量，再添加与聚磷酸铵分解产物有反应活性的无机耐高温颜料钛白粉后，使得炭层抗高温氧化性增强，提高耐火时长。

具体实施方式

各实施例的原料及其按重量百分数计的含量、主要性能指标列于下表1：

注：本表中的数据均在中航百慕新材料技术股份有限公司研发的膨胀涂料防火性能快速测试装置上测得，耐火极限以Q235钢板背温达到580℃时长计。

上表中各实施例的制造方法相同，具体方法如下：

首先制造环氧树脂改性醋叔乳液，过程如下：

(1)按照上述组分及含量备料；

(2)将破碎、研磨、筛分(20目筛下)的固体环氧树脂E-20、含环氧基团的反应型乳化剂、助溶剂混合，在反应釜中90℃的条件下加热溶解后在800r/min下搅拌混合0.5h，然后降温到60℃；

(3)温度保持在60℃，调高转速在1200r/min转速条件下，逐滴加入醋叔乳液(上海杰邦化工JE-II型)，直到体系的粘度突然下降，继续维持搅拌0.5h后加入剩余的醋叔乳液搅拌均匀，即得环氧改性醋叔乳液；

然后再生产水性膨胀型钢结构防火涂料，方法如下：

将聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、钛白粉、溶剂水加入到高速分散机中预分散15min后，泵送至砂磨机，研磨至细度小于100μm，转移至调漆釜，然后加入上述环氧改性醋叔乳液低速搅拌均匀，即制成本发明所述的改进的水性膨胀型钢结构防火涂料。

上述实施例1、2、3中的涂膜厚度与背景技术中提到的文献“CN 102627891A”中的涂膜厚度相比明显变薄了，但是耐火时长却更长，这表明本发明涂料耐火性能更优异。

表2为本发明的产品与市售钢结构防火涂料性能比较：

表2

本表(及下表3)中的数据均在中航百慕新材料技术股份有限公司研发的膨胀涂料防火性能快速测试装置上测得，试验炉温符合GB/T 9978的温升曲线，耐火极限以Q235钢板背温达到580℃时长计。

由上表数据易知，本发明改进的水性膨胀型钢结构防火涂料在更薄的涂层下，即具有高效的防火隔热效果，表现出更高的耐火时长。另外，本发明改进的水性膨胀型钢结构防火涂料具有与先前CN 102627891 A公开的专利产品同样的贮存稳定性和施工性能。

对比实施例1

与上述实施例3相比，以单纯的醋叔乳液为基体树脂，其余工艺与实施例1相同，具体制备过程：将聚磷酸铵28.5重量份、三聚氰胺9.0重量份、季戊四醇9.2重量份、钛白粉9.4重量份、溶剂水20.6重量份加入到高速分散机中预分散15min后，泵送至砂磨机，研磨至细度小于100μm，转移至调漆釜，然后加入醋叔乳液(上海杰邦化工JE-II型)21重量份低速搅拌均匀，即制成水性膨胀型钢结构防火涂料。涂料主要性能指标列于下表3。

对比实施例2

与上述实施例3相比，在制备环氧改性醋叔乳液的过程中，将环氧树脂在乳化剂的作用下事先和醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯混合单体预乳化，然后加入引发剂及剩余乳化剂，乳化液混合物在升温和搅拌下发生自由基聚合反应得到；制备涂料的其余工艺与实施例3相同。涂料主要性能指标列于下表3。

对比实施例3

与上述实施例3相比，采用“先将环氧树脂乳化制备成环氧乳液，再与醋叔乳液物理混拼”的工艺代替“环氧改性醋叔乳液制备”，制备涂料的其余工艺与实施例3相同。涂料主要性能指标列于下表3。

表3

Claims (4)

1.一种水性膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述的防火涂料以改性醋叔乳液为基料，

所述的改性醋叔乳液为E-20固体环氧树脂改性醋叔乳液，其组成按重量百分比为：E-20环氧树脂1～5％、乳化剂0.1～0.6％、助溶剂5～10％、余量为醋叔乳液；

所述的乳化剂为法国先创牌号为ES100的含环氧基团的反应型乳化剂；

改性醋叔乳液制备过程如下，

将环氧树脂、乳化剂、助溶剂混合加热至固相熔融后，在剪切力作用下滴加醋叔乳液，至粘度突变后继续搅拌，并加入剩余的醋叔乳液搅拌均匀，得到环氧改性醋叔乳液。

2.如权利要求1 所述的水性膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述的助溶剂由丙二醇乙醚、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的一种或几种组成。

3.如权利要求1 所述的水性膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述的防火涂料的组成按重量百分比如下，

改性醋叔乳液 17~26%

聚磷酸铵 19~30%

季戊四醇 8~12%

三聚氰胺 7~14%

钛白粉 9~13%

水余量。

4.一种如权利要求3所述的水性膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：所述制备方法为，按各组分重量百分比，将聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、钛白粉、水混合预分散后，进行研磨，然后加入改性醋叔乳液搅拌均匀，即制成水性膨胀型钢结构防火涂料。