CN105838171A - 一种超薄型钢结构防火涂料及其制备方法 - Google Patents

一种超薄型钢结构防火涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，由以下质量份数的原料构成：纳米二氧化硅气凝胶5~20份、丙烯酸乳液15~45份、三聚氰胺30~80份、季戊四醇30~60份、聚磷酸铵50~80份、钛白粉10~15份、海泡石纤维5~15份、滑石5~15份、可膨胀石墨5~15份、水性润湿分散剂0.2~0.8份、改性有机膨润土0.02~0.08份、水性流平剂0.05~0.2份。制备方法为：按照组分配比对各组分进行称量；将各组分依次加入高速分散机中进行混料分散；静置陈化10~15h；计量包装。本发明的防火涂料不仅可降低涂料对钢结构的负重增加，而且对膨胀发泡过程无影响，涂层膨胀倍率高，可以大幅提高防火涂料的隔热能力，改善钢结构耐火性能。

Description

一种超薄型钢结构防火涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防火涂料技术领域，尤其与一种超薄型钢结构防火涂料及其制备方法有关。
背景技术
钢结构工程具有自重轻、可利用空间大、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等优点，在现代得到广泛应用，但其又有耐火性能差的致命弱点。在正常荷载情况下，540℃左右时钢结构即会失去承载作用，而烃类火场环境下，温度通常在10分钟以内上升至1000℃，在这样的环境下，钢结构很快会出现变形，产生局部破坏，并失去承载力。为提高钢结构的耐火性能，钢结构外围需要进行隔热包覆来提高建筑物的耐火极限。
钢结构防火涂料具有涂覆厚度薄、饰面型好等特点，被广泛应用于钢结构中，在遇火受热条件下能快速膨胀到原始厚度的十几倍甚至数十倍，在钢结构表面形成一层致密的隔热保温层，阻止热量向钢结构传递，起到提高耐火极限的功能。但是，相对于其他非膨胀型防火涂料，现有的钢结构防火涂料在发泡膨胀初期隔热能力较低，导致钢结构在隔热保温层完全膨胀之前温度上升较大，整体耐火效果通常不如非膨胀型防火涂料，且多数涂料对于钢结构的负重增加较大，其应用效果不理想，使用受到限制。
发明内容
本发明提供一种超薄型钢结构防火涂料及其制备方法，解决上述现有技术的不足，不仅可降低涂料对钢结构的负重增加，而且对膨胀发泡过程无影响，涂层膨胀倍率高，可以大幅提高防火涂料的隔热能力，改善钢结构耐火性能。
为了实现本发明的目的，拟采用以下技术：
一种超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，由以下质量份数的原料构成：
纳米二氧化硅气凝胶 5~20份
丙烯酸乳液 15~45份
三聚氰胺 30~80份
季戊四醇 30~60份
聚磷酸铵 50~80份
钛白粉 10~15份
海泡石纤维 5~15份
滑石 5~15份
可膨胀石墨 5~15份
水性润湿分散剂 0.2~0.8份
改性有机膨润土 0.02~0.08份
水性流平剂 0.05~0.2份
作为进一步的方案：所述超薄型钢结构防火涂料由以下质量份数的原料构成：
纳米二氧化硅气凝胶 10份
丙烯酸乳液 20份
三聚氰胺 45份
季戊四醇 40份
聚磷酸铵 70份
钛白粉 10份
海泡石纤维 5份
滑石 10份
可膨胀石墨 15份
水性润湿分散剂 0.5份
改性有机膨润土 0.03份
水性流平剂 0.1份
进一步，所述纳米二氧化硅气凝胶为球形颗粒，直径在50~300nm。
进一步，所述纳米二氧化硅气凝胶表面经过疏水基团接枝取代羟基进行修饰。所述疏水基团为三甲基氯硅烷、六甲基二氧硅烷、三乙基氯硅烷、三甲基溴硅烷中的一种或多种。
进一步，所述纳米二氧化硅气凝胶的密度为30~100 kg/m3。
进一步，所述聚磷酸铵的聚合度为500~1000。
一种超薄型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照组分配比对各组分进行备料；
S2：将各组分依次加入高速分散机中进行混料分散；
S3：静置陈化10~15h；
S4：计量包装。
所述步骤S2中，先在低速800~1000 r/pm下分散10~20min，再在高速3000~5000 r/pm下分散15~25min。
在所述步骤S1之前，先对纳米二氧化硅气凝胶的表面进行疏水基团接枝进行修饰，用三甲基氯硅烷、六甲基二氧硅烷、三乙基氯硅烷、三甲基溴硅烷中的一种或多种接枝取代羟基。
本发明的有益效果是：
1、本发明制得的超薄型钢结构防火涂料，对膨胀发泡过程无影响，涂层膨胀倍率高，可以大幅提高防火涂料的隔热能力，改善钢结构耐火性能；
2、本发明极大减小了涂料的干膜密度，可低至1.67×103 kg/m3，与现有技术相比，降低了20~30%，降低涂料对钢结构负重的增加；
3、本发明纳米二氧化硅气凝胶颗粒表面经过疏水基团接枝修饰，有效改善了涂料的韧性和耐水性能，使用涂层寿命长；
4、本发明优选50~300nm的球形纳米二氧化硅气凝胶颗粒，空隙中的气体分子之间的分子运动基本可被忽略，且其极低的体积密度及纳米网格结构的气体运动路径进一步阻止气固两相的热传导，极大降低了气体分子间的对流传热，显著降低了在膨胀前的热导率系数；
5、采用先低速再高速的分散参数，可以确保各组分物料充分混合均匀，有利于静置陈化，是确保防火涂料制备成功的工艺参数设置。
具体实施方式
实施例一
S0：选取直径为50nm的球形纳米二氧化硅气凝胶颗粒，先对其表面进行疏水基团接枝修饰，具体采用三甲基氯硅烷接枝取代羟基进行修饰；
S1：按照以下组分配比进行备料：修饰后纳米二氧化硅气凝胶10份、丙烯酸乳液20份、三聚氰胺45份、季戊四醇40份、聚合度600的聚磷酸铵70份、钛白粉10份、海泡石纤维5份、滑石10份、可膨胀石墨15份、水性润湿分散剂0.5份、改性有机膨润土0.03份、水性流平剂0.1份；
S2：将S1获得的各组分依次加入高速分散机中，在低速800r/pm下分散10min，再在高速4000r/pm下分散25min；
S3：静置陈化10h；
S4：计量包装，获得超薄型钢结构防火涂料。
实施例二
S0：选取直径为100nm的球形纳米二氧化硅气凝胶颗粒，先对其表面进行疏水基团接枝修饰，具体采用六甲基二氧硅烷接枝取代羟基进行修饰；
S1：按照以下组分配比进行备料：修饰后纳米二氧化硅气凝胶5份、丙烯酸乳液45份、三聚氰胺30份、季戊四醇30份、聚合度800的聚磷酸铵50份、钛白粉15份、海泡石纤维15份、滑石5份、可膨胀石墨5份、水性润湿分散剂0.2份、改性有机膨润土0.02份、水性流平剂0.2份；
S2：将S1获得的各组分依次加入高速分散机中，在低速1000r/pm下分散20min，再在高速3000r/pm下分散25min；
S3：静置陈化12h；
S4：计量包装，获得超薄型钢结构防火涂料。
实施例三
S0：选取直径为150nm的球形纳米二氧化硅气凝胶颗粒，先对其表面进行疏水基团接枝修饰，具体采用三乙基氯硅烷接枝取代羟基进行修饰；
S1：按照以下组分配比进行备料：修饰后纳米二氧化硅气凝胶15份、丙烯酸乳液15份、三聚氰胺60份、季戊四醇60份、聚合度1000的聚磷酸铵60份、钛白粉12份、海泡石纤维10份、滑石15份、可膨胀石墨10份、水性润湿分散剂0.8份、改性有机膨润土0.08份、水性流平剂0.2份；
S2：将S1获得的各组分依次加入高速分散机中，在低速900r/pm下分散15min，再在高速5000r/pm下分散20min；
S3：静置陈化15h；
S4：计量包装，获得超薄型钢结构防火涂料。
实施例四
S0：选取直径为200nm的球形纳米二氧化硅气凝胶颗粒，先对其表面进行疏水基团接枝修饰，具体采用三甲基溴硅烷接枝取代羟基进行修饰；
S1：按照以下组分配比进行备料：修饰后纳米二氧化硅气凝胶20份、丙烯酸乳液30份、三聚氰胺80份、季戊四醇30份、聚合度700的聚磷酸铵80份、钛白粉10份、海泡石纤维5份、滑石5份、可膨胀石墨5份、水性润湿分散剂0.8、改性有机膨润土0.06份、水性流平剂0.05份；
S2：将S1获得的各组分依次加入高速分散机中，在低速800r/pm下分散20min，再在高速5000r/pm下分散15min；
S3：静置陈化12h；
S4：计量包装，获得超薄型钢结构防火涂料。
实施例五
S0：选取直径为250nm的球形纳米二氧化硅气凝胶颗粒，先对其表面进行疏水基团接枝修饰，具体采用三甲基氯硅烷和六甲基二氧硅烷接枝取代羟基进行修饰；
S1：按照以下组分配比进行备料：修饰后纳米二氧化硅气凝胶10份、丙烯酸乳液40份、三聚氰胺50份、季戊四醇30份、聚合度500的聚磷酸铵60份、钛白粉12份、海泡石纤维5份、滑石10份、可膨胀石墨10份、水性润湿分散剂0.5份、改性有机膨润土0.05份、水性流平剂0.15份；
S2：将S1获得的各组分依次加入高速分散机中，在低速900r/pm下分散15min，再在高速3000r/pm下分散20min；
S3：静置陈化10h；
S4：计量包装，获得超薄型钢结构防火涂料。
实施例六
S0：选取直径为300nm的球形纳米二氧化硅气凝胶颗粒，先对其表面进行疏水基团接枝修饰，具体采用三乙基氯硅烷和三甲基溴硅烷接枝取代羟基进行修饰；
S1：按照以下组分配比进行备料：修饰后纳米二氧化硅气凝胶5份、丙烯酸乳液35份、三聚氰胺70份、季戊四醇30份、聚合度900的聚磷酸铵60份、钛白粉10份、海泡石纤维10份、滑石5份、可膨胀石墨15份、水性润湿分散剂0.4份、改性有机膨润土0.04份、水性流平剂0.1份；
S2：将S1获得的各组分依次加入高速分散机中，在低速800r/pm下分散10min，再在高速4000r/pm下分散25min；
S3：静置陈化15h；
S4：计量包装，获得超薄型钢结构防火涂料。
实施例一~六制得样品的干密度、膨胀倍率等参数如下表所示：

Claims (10)

1.一种超薄型钢结构防火涂料，其特征在于，由以下质量份数的原料构成：
纳米二氧化硅气凝胶 5~20份
丙烯酸乳液 15~45份
三聚氰胺 30~80份
季戊四醇 30~60份
聚磷酸铵 50~80份
钛白粉 10~15份
海泡石纤维 5~15份
滑石 5~15份
可膨胀石墨 5~15份
水性润湿分散剂 0.2~0.8份
改性有机膨润土 0.02~0.08份
水性流平剂 0.05~0.2份。
2.根据权利要求1所述的超薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述纳米二氧化硅气凝胶为球形颗粒，直径在50~300nm。
3.根据权利要求1或2所述的超薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述纳米二氧化硅气凝胶表面经过疏水基团接枝取代羟基进行修饰。
4.根据权利要求3所述的超薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述疏水基团为三甲基氯硅烷、六甲基二氧硅烷、三乙基氯硅烷、三甲基溴硅烷中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的超薄型钢结构防火涂料，其特征在于：，由以下质量份数的原料构成：
纳米二氧化硅气凝胶 10份
丙烯酸乳液 20份
三聚氰胺 45份
季戊四醇 40份
聚磷酸铵 70份
钛白粉 10份
海泡石纤维 5份
滑石 10份
可膨胀石墨 15份
水性润湿分散剂 0.5份
改性有机膨润土 0.03份
水性流平剂 0.1份。
6.根据权利要求1所述的超薄型钢结构防火涂料，其特征在于：所述纳米二氧化硅气凝胶的密度为30~100 kg/m3。
7.根据权利要求1所述的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500~1000。
8.根据权利要求1所述的超薄型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照组分配比对各组分进行称量；
S2：将各组分依次加入高速分散机中进行混料分散；
S3：静置陈化10~15h；
S4：计量包装。
9.根据权利要求8所述的超薄型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，先在低速800~1000 r/pm下分散10~20min，再在高速3000~5000 r/pm下分散15~25min。
10.根据权利要求8或9所述的超薄型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1之前，先对纳米二氧化硅气凝胶的表面进行疏水基团接枝进行修饰，用三甲基氯硅烷、六甲基二氧硅烷、三乙基氯硅烷、三甲基溴硅烷中的一种或多种接枝取代羟基。
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