CN106752500A - 一种具有防火涂层不锈钢材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，包括步骤A、在不锈钢表面热喷涂铝粉，冷却后得到表面附着有铝层的不锈钢材料；B、将进过步骤A处理的不锈钢材料浸入碱液中，使不锈钢材料表面铝层表面形成侵蚀孔；C、在不锈钢表面喷涂防火涂料。本发明针对现有技术中的不足，提供了一种具有新型防火涂层的不锈钢材料的制备方法，利用本发明中的方法不仅能够制备出一种适合应用于化学实验室中的不锈钢材料，而且该防火不锈钢材料防火性能佳，防火涂层与不锈钢基材的结合能力好，能够达到耐久使用的目的。

Description

一种具有防火涂层不锈钢材料的制备方法
技术领域
本发明属于不锈钢加工技术，具体涉及一种在不锈钢表面制备防火涂层的技术。
背景技术
现代工业领域中由于不锈钢结构的大量使用，如何针对不锈钢钢进行配套的防火耐高温处理是一项急需解决的问题。不锈钢本身材质不具备可燃性，但是不锈钢的导热系数大，遇到明火或者高温情况下，不锈钢的弹性模量、屈服强度和极限强度会显著降低，从而导致不锈钢发生扭曲变形，导致不锈钢结构整体或缺陷部分坍塌崩坏。不锈钢材料随着温度的升高，强度也会降低，一旦达到500℃以上，不锈钢结构的强度大幅降低，会完全失去支撑效果。例如，若利用不锈钢制成建筑结构，一旦失火且环境温度达到500℃以上，不锈钢结构会发生软化从而瞬间坍塌，造成极大的损坏。现有技术中，许多研究者开始利用防火涂料进行不锈钢材料的防火处理。不锈钢防火材料发展至今拥有非常多的体系，如溶剂型、水溶型，从应用上来讲，还分为室内型或者室外型。
现代化学实验室中非常需要拥有防火功能的不锈钢材料，尤其是针对一些危险性比较高的化学反应，若将防火不锈钢材料应用于构筑此类危险化学反应的空间内，一旦发生反应失控的意外，不锈钢结构若具备防火功能则能够有效争取到应对灾害初期的宝贵时间，以免发生更大的损害。
传统的膨胀型防火涂料的耐火性能一般通过加入含卤材料实现或加强。涂料中的卤素化合物，在高温下能分解出卤化氢，卤化氢可以捕捉有机物在受热氧化燃烧时分解出的羟基自由基，使连锁反应终止，从而阻止了有焰燃烧的发生。同时不可燃气体卤化氢可以降低可燃气体的浓度和空气中氧气的浓度，也抑制了有焰燃烧的反应。然而，上述防火涂料的应用对日常使用实验室的操作人员造成困扰，如受热产生的腐蚀性气体和少量烟雾，对操作人员的身体会有损坏。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种具有新型防火涂层的不锈钢材料的制备方法，利用本发明中的方法不仅能够制备出一种适合应用于化学实验室中的不锈钢材料，而且该防火不锈钢材料防火性能佳，防火涂层与不锈钢基材的结合能力好，能够达到耐久使用的目的。
本发明所要解决的技术问题通过以下步骤予以实现：
本发明中提供的一种具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A、在不锈钢表面热喷涂铝粉，冷却后得到表面附着有铝层的不锈钢材料；
B、将进过步骤A处理的不锈钢材料浸入碱液中，使不锈钢材料表面铝层表面形成侵蚀孔；
C、在不锈钢表面喷涂防火涂料，所述防火涂料的组分及质量百分比为：
丙烯酸树脂 20-30%
脲醛树脂 10-20%
DBE溶剂 20-30%
金红石型钛白粉 10-15%
纳米海泡石微粉 8-12%
钛酸酯偶联剂 8-12%
季戊四醇 6-8%
有机硅助剂 2-4%。
具有防火涂层的不锈钢往往会有涂料粘附性不强，在长期使用的过程中，涂料容易剥落或者被不小心碰或者刮一下之后被蹭落，不仅导致防火功能消失，同时还增加了不锈钢的腐蚀风险。本发明中采用在不锈钢材料表面进行热喷涂铝层，再通过腐蚀铝层形成孔隙表面，然后在该表面喷涂防火涂料的方法，一方面具有孔隙表面的铝层能够更有效地“抓住”防火涂料，使防火涂料仅仅贴合于不锈钢表面，另一方面防火涂料和铝层构成了紧密的防护层，保护不锈钢基体不受到外界环境的腐蚀。
步骤A中热喷涂铝粉采用电弧喷涂、等离子喷涂或者超音速火焰喷涂中的一种。进一步优选，步骤A中热喷涂的送粉速率为140-155g/min，热喷涂的喷涂源到不锈钢基材表面的喷涂距离为290-320mm。步骤A中热喷涂用的铝粉颗粒粒径范围为15-25μm，铝粉纯度高于99.9wt%。
步骤B中不锈钢材料表面附着的铝层厚度为0.3-0.6mm。铝层厚度也需精确控制，过薄则无法完成碱液浸蚀过程，过厚则影响不锈钢材料整体的厚度。
步骤B中的碱液成分为氢氧化钠20-50g/L、碳酸钠15-20 g/L、碳酸氢钠5-10 g/L、偏磷酸钠5-12 g/L、乙二醇5-8 g/L、三乙醇胺2-5 g/L、水溶性流平剂0.5-0.8 g/L，余量为水。步骤C的关键技术要点在于要在铝层上腐蚀出均匀的侵蚀孔，纯粹使用包含有氢氧化钠的碱液进行腐蚀在实际操作过程中容易导致铝层上的孔洞不均匀，从而导致后续吸附防火涂料不均匀。本发明中采用的碱洗液中利用偏磷酸钠、乙二醇、三乙醇胺和水性流平剂共同作用，使铝层表面腐蚀过程发生的温和且均匀。该步骤中产生的均匀侵蚀孔不仅均匀分布而且深度较高，且空内部结构无序度高，吸附溶胶的能力非常强。
步骤B中浸入碱液的时间为10-30min。
进一步对材料进行优选，步骤C中金红石型钛白粉粉末粒度为5-16μm。步骤C中纳米海泡石微粉粉末粒度为30-80nm。
本发明中的防火涂料中主要采用金红石型钛白粉和纳米海泡石微粉作为防火添加剂。海泡石是一种具层链状结构的含水富镁硅酸盐黏土矿物，一般大块的海泡石呈现块状、涂装、纤维状或者上述三种状态的集合体。海泡石无毒无害、吸附能力强、韧性高，在本发明中的防火涂料中进行适量的添加，能够有效增强涂料中钛白粉的均匀分布，同时有助于增强防火性能。尤其本发明中采用的是纳米海泡石微粉，添加适量可有效增加本发明中防火涂料的硬度。
本发明中提供的上述防火涂料的制备方法为：将丙烯酸树脂和脲醛树脂溶于DBE溶剂中，全部溶解后再加入季戊四醇和有机硅助剂，搅拌均匀后加入钛酸酯偶联剂，然后搅拌均匀后再加入钛白粉和纳米海泡石微粉，在3500-6000r/min速度下分散60-120min后即得所需防火涂料。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中提供了一种具有新型防火涂层的不锈钢材料的制备方法，制备出一种适合应用于化学实验室中的防火不锈钢材料，防火能力佳。
2、本发明中制备出的具有防火涂层的不锈钢材料，防火涂层与不锈钢基体结合力强，能持续耐久使用。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。
1、不锈钢试片的制备
选择SUS304不锈钢作为本实施例中的不锈钢基材，将厚度为1cm的SUS304不锈钢板机械加工成长宽为10×10cm的相同尺寸的试片。
将上述不锈钢试片表面打磨后碱洗，除去表面氧化层和油污，最后用去离子水清洗干净后，烘干待用。在该步骤中，可利用抛磨或者喷砂处理不锈钢试片表面，一方面除去氧化层和脏污，另一方面加大不锈钢试片的表面粗糙度，有助于提升下一步骤中喷涂铝粉的附着力。
利用电弧喷涂的方式在上述表面处理好的不锈钢试片上喷涂铝粉，喷涂过程中送粉速率为145g/min，热喷涂的喷涂源到不锈钢基材表面的喷涂距离为300mm。电弧喷涂中用到的铝粉颗粒粒径为18μm，铝粉纯度高于99.9wt%。喷涂完毕后，不锈钢试片表面铝层厚度为0.5mm。
2、碱液浸蚀
选择碱液配方为氢氧化钠35g/L、碳酸钠18 g/L、碳酸氢钠9 g/L、偏磷酸钠10 g/L、乙二醇6 g/L、三乙醇胺4g/L、水溶性流平剂0.5 g/L，余量为水。上述使用的试剂皆为市售产品。
在室温条件下，将经过热喷涂步骤的不锈钢试片浸入碱液中25min，使试片表面的铝层表面形成侵蚀孔。
3、防火涂料的制备及应用
防火涂料按照以下配方进行配比，表内数值为质量百分比：
上述原料皆为市售产品，其中金红石型钛白粉粉末粒度为6μm，纳米海泡石微粉粉末粒度为40nm，有机硅助剂选用市售有机硅流平消泡剂。
防火涂料的制备方法为：将丙烯酸树脂和脲醛树脂溶于DBE溶剂中，全部溶解后再加入季戊四醇和有机硅助剂，搅拌均匀后加入钛酸酯偶联剂，然后搅拌均匀后再加入钛白粉和纳米海泡石微粉，在4650r/min速度下分散90min后即得所需防火涂料。实施例中，利用高分散速度及高分散速度下产生的较高温度达到树脂快速融化、添加物质均匀分散的目的。在涂料喷涂之前还可将制备得到的防火涂料进行研磨工艺，直至涂料内固体颗粒粒度更为细腻，同时还有助于钛白粉与海泡石微粉的分散，增强涂料整体的流动性。
将上述制备得到的涂料利用喷涂设备喷至步骤2处理后的不锈钢试片上，试片表面的涂层厚度为25μm。
4、测试结果
对上述实施例中制得的涂料进行耐火性测试和性能比较。
采用市售普通氯乙烯树脂为基材的耐火涂料喷涂于表面未做本实施例中热喷涂铝粉及碱液浸蚀步骤的SUS304不锈钢试片作为对比例，结果如下表所示。
由测试结果可以看出，本实施例中的具有返货涂层的不锈钢试片相比起现有技术中的防火涂料耐火时间更长，涂层强度更高，在实际应用过程中可争取更长的灭火时间，具有显著的效果。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A、在不锈钢表面热喷涂铝粉，冷却后得到表面附着有铝层的不锈钢材料；
B、将进过步骤A处理的不锈钢材料浸入碱液中，使不锈钢材料表面铝层表面形成侵蚀孔；
C、在不锈钢表面喷涂防火涂料，所述防火涂料的组分及质量百分比为：
丙烯酸树脂 20-30%
脲醛树脂 10-20%
DBE溶剂 20-30%
金红石型钛白粉 10-15%
纳米海泡石微粉 8-12%
钛酸酯偶联剂 8-12%
季戊四醇 6-8%
有机硅助剂 2-4%。
2.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤A中热喷涂铝粉采用电弧喷涂、等离子喷涂或者超音速火焰喷涂中的一种。
3.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤A中热喷涂的送粉速率为140-155g/min，热喷涂的喷涂源到不锈钢基材表面的喷涂距离为290-320mm。
4.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤A中热喷涂用的铝粉颗粒粒径范围为15-25μm，铝粉纯度高于99.9wt%。
5.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤B中不锈钢材料表面附着的铝层厚度为0.3-0.6mm。
6.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤B中的碱液成分为氢氧化钠20-50g/L、碳酸钠15-20 g/L、碳酸氢钠5-10 g/L、偏磷酸钠5-12 g/L、乙二醇5-8 g/L、三乙醇胺2-5 g/L、水溶性流平剂0.5-0.8 g/L，余量为水。
7.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤B中浸入碱液的时间为10-30min。
8.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤C中金红石型钛白粉粉末粒度为5-16μm。
9.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：步骤C中纳米海泡石微粉粉末粒度为30-80nm。
10.如权利要求1所述具有防火涂层不锈钢材料的制备方法，其特征在于：所述防火涂料的制备方法为：将丙烯酸树脂和脲醛树脂溶于DBE溶剂中，全部溶解后再加入季戊四醇和有机硅助剂，搅拌均匀后加入钛酸酯偶联剂，然后搅拌均匀后再加入钛白粉和纳米海泡石微粉，在3500-6000r/min速度下分散60-120min后即得所需防火涂料。
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