CN105885488A - 一种新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料，可用于高层建筑等钢结构防火，本发明运用液体硅酸钠等无机材料体系，获得发泡膨胀优异并且无毒无害的配方。其制备方法如下：称量40-55wt％液体硅酸钠，8-15wt％膨胀石墨，5-15wt％低熔点玻璃粉，14-25wt％氢氧化镁，外加占体系5-10wt％乳胶粉，适量水。将原料充分混合，加入到搅拌机中高速搅拌半小时，混合均匀得到新型无机膨胀钢结构防火涂料，即可涂覆与钢结构材料表面。在火灾中，可迅速膨胀10倍以上，有效隔热，并且无机材料无毒无害，是一种性能优秀的防火涂料。

Description

一种新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料的制备方法

发明名称

一种新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料的制备方法

1技术领域

本发明属于钢结构防火消防及特种涂料领域，具体涉及一种新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料的制备方法及详细配方。

2背景技术

钢结构是一种自重轻，强度高，拥有诸多优点的现代建筑材料，目前随着建筑行业的高速发展，钢结构在其中的运用越来越广泛，虽然钢结构材料自身不能燃烧，但是其热容非常小，导热迅速，同时，当钢结构材料的温度上升到560℃左右时，钢构材料将丧失2/3的强度，这时将不足以支撑建筑的重量而导致垮塌，其中9.11事件大厦倒塌的主要原因之一就是由于撞击到大厦钢结构防火涂料的脱落，最终大厦结构失去支撑所需要的强度而轰然倒塌。由此可见对于建筑支撑部分钢结构的防火工作非常必要，其中最有效的方法就是涂覆钢结构防火涂料。

钢结构防火涂料可分为厚型无机钢结构防火涂料，有机树脂薄型钢结构防火涂料以及有机乳液超薄型钢结构防火涂料。目前市场上已经广泛运用有机乳液超薄膨胀型钢结构防火涂料，这类涂料使用硅丙乳液，苯丙乳液等有机乳液作为粘结剂，以聚磷酸铵季戊四醇-三聚氰胺三者之间的高温反应膨胀所得的碳层为主要隔热防火层，同时添加部分膨胀剂增加膨胀效率，以及添加二氧化钛、金属氢氧化物等增强膨胀层的强度，以期等到更好的膨胀性和更长的阻燃时间。

有机超薄膨胀性钢结构防火涂料，在火灾中可膨胀10倍以上，聚磷酸铵分解，使得季戊四醇脱水炭化形成碳层，三聚氰胺高温产生气体使碳层膨胀起来，三者反应配合很好，故效果优秀。但是有很大的缺点：第一，膨胀层强度不高，通常只有数千帕，在持续的高温火源冲击中，将被逐渐氧化，故而，耐火时间有限，一般1-2个小时是其极限；第二，由于有机 超薄钢结构防火涂料其有机组分高达90％，只有少量无机填料，阻燃后无机残余物较少，不能提供更好阻燃效果；第三，火灾中，火灾产生的有毒烟气首先造成人员昏迷，随后为大火吞噬，有机超薄型钢结构防火涂料大量有机物在火灾中分解产生大量有毒烟气。

介于目前广泛运用的有机膨胀钢结构防火涂料的固有缺点，本发明从无机，超薄，发泡，减少有毒烟气几个方面着手进行了大量的尝试，开发了新型超薄钢结构防火涂料。

通过实验和调阅大量文献，结合膨胀涂料形成体的各方面原理特点，特别是无机基料粘结剂和无机高温粘结剂以及发泡剂的选择，本发明研究了一个新的无机膨胀体系，有别于上文提到的有机膨胀体系，获得最优基础配方。所得产品在耐火实验中可迅速膨胀至10倍，高效隔热，高温中低熔玻璃粉熔化固结无机材料，其他材料高温软化的同时在灼烧中发泡并整体陶瓷化。就膨胀倍数与有机超薄膨胀钢结构防火涂料持平外，膨胀层强度和阻燃效果两项指标已经大大高于于目前广泛运用的有机超薄膨胀钢结构防火涂料。经检测，最优配方所得耐水性等物化性能也很优异。

本发明样品与有机超薄钢结构防火涂料及厚型无机钢结构防火涂料的主要性能指标对比如下表1所示。

表1 钢结构防火涂料的主要性能对比

对比项目	无机厚型	有机超薄	无机超薄(本发明)
				涂层厚度	50±5mm	3mm	3mm
膨胀倍数	1.2	15	12
				阻燃时间	2小时以上	1-2小时	3小时以上
烟气量(mg/h)	20	168	14
				施工方法	涂抹	涂刷	涂刷或喷涂
阻燃层强度	2Mpa左右	2Kpa左右	300Kpa以上

通过表1对比可以看出，本发明所获得的产品在几个影响阻燃效果的参数上有很好的优势，其特点在于无机膨胀体系的发现，原料廉价易得，产品性能优良。根据研究，阻燃中达到比有机超薄膨胀效果更好的阻燃效果的同时，极少的烟气量和更强的强度，此时，面对一般的撞击，涂层将不会脱落了，获得更长的阻燃时间。

3发明内容

本发明以液体硅酸钠、膨胀石墨、低熔点玻璃粉、氢氧化镁等为主要原材料，再加入一定量乳胶粉作为常温助粘剂。该无机超薄膨胀钢结构防火涂料的具体制备工艺如下：首先将原料进行预处理，研磨过100目筛备用，称量40-55wt％液体硅酸钠，8-15wt％膨胀石墨，5-15wt％低熔点玻璃粉，14-25wt％氢氧化镁，外加占体系5-10wt％乳胶粉，适量水。将原料充分混合，加入到搅拌机中高速搅拌半小时，混合均匀得到新型无机膨胀钢结构防火涂料，在火灾中，可迅速膨胀10倍以上，有效隔热，并且无机材料无毒无害。

本发明的特点和创新在于：

1、发明了一种新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料配方，及新型无机膨胀体系。这一体系在火灾中互相配合快速发泡，高效隔热。

2、在无机超薄膨胀钢结构防火涂料配方中，使用液体硅酸钠作为常温粘结剂，克服了有机乳液等粘结剂在高温分解产生的大量烟气的问题，同时可在高温灼烧时，和其他无机材料一起陶瓷化，大大增强膨胀层的强度。

3、本发明中创造性运用低熔点玻璃粉的低熔性能在涂料层受到高温灼烧是，熔融重新固化无机阻燃体系，同时软化保存住发泡剂产生的气体，获得更好的膨胀隔热层。

4、本发明中使用的氢氧化镁，受热分解出氧化镁和水蒸气，氧化镁是高温阻燃剂，增强膨胀层强度，同时是高效抑烟剂，发泡气体为水蒸气而不是各类有机反应气体是本发明有毒烟气进一步减少的另一重要原因

5、本发明钢结构防火涂料配方的制备，制备方法工艺简单，操作方便，设备要求低，原料廉价易得，产品性能突出，并且生产高效。

4具体实施方式

新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料制备包括以下的步骤：原料预处理，液体硅酸钠、膨胀石墨、低熔点玻璃粉、氢氧化镁、乳胶粉等原料的称量、混合、高速搅拌等一系列步骤。通过大量实验，及对产品性能的检测，在实施过程中，可以优先考虑以下方案。

实施例1

称量45wt％液体硅酸钠，20wt％氢氧化镁，15wt％低熔点玻璃粉，10wt％膨胀石墨，外加占体系7wt％乳胶粉，3％的减水剂、消泡剂、流平剂等其他助剂以及适量的水，混合均匀，将充分混合的原料加入高速涂料搅拌机，高速搅拌半个小时到一个小时，使产品充分搅拌均 匀，然后将获得的无机涂料通过涂刷或者喷涂的方式一次性涂覆到钢材表面，在一定温度和湿度条件下养护一段时间即可。经测试，此配方获得产品3mm涂层的阻燃时间超过3小时，有毒烟气只有有机超薄膨胀型钢结构防火涂料的1/10，阻燃中，涂层膨胀9倍左右，并且强度达到300Kpa，大大超过有机型钢结构防火涂料阻燃膨胀层的强度。

实施例2

称量45wt％液体硅酸钠，22.5wt％氢氧化镁，10wt％低熔点玻璃粉，9wt％膨胀石墨，外加占体系11wt％乳胶粉，2.5％的减水剂、消泡剂、流平剂等其他助剂以及适量的水，混合均匀，将充分混合的原料加入高速涂料搅拌机，高速搅拌半个小时到一个小时，使产品充分搅拌均匀，然后将获得的无机涂料通过涂刷或者喷涂的方式一次性涂覆到钢材表面，在一定温度和湿度条件下养护一段时间即可。经测试，此配方获得产品3mm涂层的阻燃时间超过3小时，有毒烟气只有有机超薄膨胀型钢结构防火涂料的1/10，阻燃中，涂层膨胀7倍左右，膨胀层非常致密，并且强度提高达到1Mpa左右，大大超过有机型钢结构防火涂料阻燃膨胀层仅有的数千帕强度。

实施例3

称量51.5wt％液体硅酸钠，21.5wt％氢氧化镁，6.5wt％低熔点玻璃粉，12.5wt％膨胀石墨，外加占体系7.5wt％乳胶粉，少量的减水剂、消泡剂、流平剂等其他助剂以及适量的水，混合均匀，将充分混合的原料加入高速涂料搅拌机，高速搅拌半个小时到一个小时，使产品充分搅拌均匀，然后将获得的无机涂料通过涂刷或者喷涂的方式一次性涂覆到钢材表面，在一定温度和湿度条件下养护一段时间即可。经测试，此配方获得产品3mm涂层的阻燃时间超过3小时，有毒烟气只有有机超薄膨胀型钢结构防火涂料的1/10，阻燃中，涂层膨胀12倍左右，膨胀层较为致密，并且强度提高达到500Kpa左右，大大超过有机型钢结构防火涂料阻燃膨胀层仅有的数千帕强度。

Claims (6)

1.该新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料的制备工艺如下：按配方称量液体硅酸钠、膨胀石墨、低熔点玻璃粉、氢氧化镁、乳胶粉及水等各类原料，混合均匀，将充分混合的原料加入高速搅拌机，高速搅拌半个小时至一个小时，使涂料分散均匀，装罐备用。

2.如权利1中的无机超薄膨胀钢结构防火涂料的制备，原料为液体硅酸钠、膨胀石墨、低熔点玻璃粉、氢氧化镁、乳胶粉等。

3.如权利1中的涂料粘结剂为液体硅酸钠，无机取代一般薄型防火涂料中的有机树脂或者有机水性乳液等。

4.如权利1中液体硅酸钠、膨胀石墨、低熔点玻璃粉、氢氧化镁、胶粉最佳配方比例，40-55wt％液体硅酸钠，8-15wt％膨胀石墨，5-15wt％低熔点玻璃粉，14-25wt％氢氧化镁，外加占体系5-10wt％乳胶粉，适量水。

5.如权利1中低熔点玻璃，为绿色磷酸盐低熔点玻璃粉，非有毒高铅低熔点玻璃粉。

6.如权利1中的新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料，它的最优配方产品在火灾中可膨胀到10倍以上，有效隔热，保证被保护钢结构材料温度远低于应力值560℃，效果远优于目前市售有机型超薄膨胀钢结构防火涂料，同时其在火灾中放出的有毒烟气只有有机膨胀钢结构防火涂料的10％一下。它是很有发展前景的一种新型无机超薄膨胀钢结构防火涂料。