CN107513330A - 一种用于钢结构的防火涂料及其制备方法 - Google Patents

一种用于钢结构的防火涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种用于钢结构的防火涂料及其制备方法，该涂料由基质、阻燃体系、钛白粉、涂料助剂制备而成，其中基质为水性环氧树脂乳液和氯偏乳液，研究表明：氯偏乳液在基质中的重量百分含量为20％‑25.7％时，防火涂料流平性好，不开裂，碳化层厚度较厚；阻燃体系由聚磷酰胺、三聚氰胺、单季戊四醇和羟丙基‑β‑环糊精组成，制备成的涂料，发泡细小致密，碳化层厚度大于3cm，充分说明本发明涂料具有更加优秀的质量。

Description

一种用于钢结构的防火涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种用于钢结构防火超薄涂料及其制备方法。
背景技术
钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震，抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要；还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲，拉伸的缺陷。因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层，多层，摩天大楼，厂房，库房，候车室，候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点，抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力、发生很大的形变、导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。
超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度3mm(含3mm)以内，装饰效果较好，高温时能膨胀发泡，耐火极限一般在2h以内的钢结构防火涂料。该类钢结构防火涂料一般为溶剂型体系，具有优越的黏结强度、耐候耐水性好、流平性好、装饰性好等特点；在受火时缓慢膨胀发泡形成致密坚硬的防火隔热层，该防火层具有很强的耐火冲击性，延缓了钢材的温升，有效保护钢构件。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂、刷涂或辊涂，一般使用在耐火极限要求在2h以内的建筑钢结构上。各种轻钢结构、网架等多采用该类型防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄，使得使用量较厚型、薄型钢结构防火涂料大大减少，从而降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，防火效果很好。
现有钢结构超薄防火涂料普遍存在膨胀倍率小、炭层强度低、防火隔热性能差，耐久性差等问题。因此，研究一种新的钢结构超薄防火涂料，具有重要意义。
发明内容
基于上述原因，申请人通过多年研究，得到一种新的用于钢结构的超薄防火涂料，该涂料基质是由水性环氧树脂乳液和氯偏乳液组成，研究表明：氯偏乳液在基质中的重量百分含量为20％-25.7％时，防火涂料流平性好，不开裂，碳化层厚度较厚；阻燃体系由聚磷酰胺、三聚氰胺、单季戊四醇和羟丙基-β-环糊精组成，制备成的涂料，发泡细小致密，碳化层厚度大于3cm，充分说明本发明涂料具有更加优秀的质量。
本发明通过以下技术方案实现的。
一种用于钢结构的防火涂料，该涂料由基质、阻燃体系、钛白粉、涂料助剂制备而成，其中基质为水性环氧树脂乳液和氯偏乳液。
其中基质30-35重量份、阻燃体系46-57.5重量份、钛白粉1-3重量份、涂料助剂10-25重量份。
其中基质水性环氧树脂乳液24-26重量份，氯偏乳液6-9重量份。
其中阻燃体系由聚磷酰胺、三聚氰胺、单季戊四醇和羟丙基-β-环糊精组成，其中聚磷酰胺15-19重量份，三聚氰胺7.5-11.5重量份，单季戊四醇17.5-19重量份，羟丙基-β-环糊精6-8重量份；
其中防火涂料由下述原料制备而成：
(1)基质：
水性环氧树脂乳液24-26重量份，氯偏乳液6-9重量份；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺15-19重量份，三聚氰胺7.5-11.5重量份，单季戊四醇17.5-19重量份，羟丙基-β-环糊精6-8重量份；
(3)钛白粉1-3重量份，涂料助剂10-25重量份。
其中防火涂料由下述原料制备而成：
(1)基质：
水性环氧树脂乳液25重量份，氯偏乳液7.5重量份；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺17重量份，三聚氰胺9重量份，单季戊四醇18重量份，羟丙基-β-环糊精7重量份；
(3)钛白粉2重量份，涂料助剂18重量份。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水150-200重量份，加入水性环氧树脂乳液，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散15-20min，转速1200r/min，再分散15-20min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨10-20min，辊筒转速50-90r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入羟丙基-β-环糊精、钛白粉、涂料助剂，加入水50-100重量份，用分散机分散10-20min，转速400-600r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
本发明涂料助剂购自深圳市长辉化工有限公司，用于钢结构的超薄型防火涂料的涂料助剂，生产批号20160322。
具体实施方式
试验没备和仪器：
SD400型实验高速分散机，试验用三辊机：S65型；钢板:A3钢，其中小板规格为150㎜×100㎜×4㎜，中板规格为300㎜×300㎜×4㎜。干燥抗裂性性试验机。
试验1
基质的种类以及比例试验
试验方法：
(1)基质：
见表1、表2。
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺17g，三聚氰胺9g，单季戊四醇18g，羟丙基-β-环糊精7g；
(3)钛白粉2g，涂料助剂18g。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水175g，加入基质，搅拌均匀得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散18min，转速1200r/min，再分散18min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨15min，辊筒转速75r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入羟丙基-β-环糊精、钛白粉、涂料助剂，加入水75g，用分散机分散15min，转速500r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
将各组制得的涂料涂敷在小板和中板表面，观察表干和实干实验结果(表1、表2)，在初期干燥抗裂性性试验机上观察开裂状况。
表1改变基料以及配比的试验结果
试验小结：上述试验表明，不是任何树脂与氯偏乳液作为防火涂料的基质都是质量合格的，硅丙乳液或苯丙乳液与氯偏乳液组成的基质制备的涂料(试验1组、试验2组)，都无法实干，肯定不符合涂料的基本要求，而纯丙乳液与氯偏乳液组成的基质制备的涂料可以实干，但流平性差，也不符合基本要求；从试验中可知，试验5组的涂料更加优秀，为了进一步获得质量优秀的防火涂料，发明人进一步进行试验。
表2改变基料配比的试验结果
试验结论：上述试验表明：(1)不是任何比例的水性环氧树脂和氯偏乳液组成的基质，都能制备出合格的防火涂料(比如试验4组和试验5组)，必须保证防火涂料基质中的氯偏乳液在一定比例，才能制备出合格防火涂料；(2)防火涂料的基质在整个涂料中的比例，也不能太大，这样制备出的涂料不符合质量要求(试验4组和试验5组)。
试验2
阻燃体系的研究试验
试验1组
(1)基质：
水性环氧树脂乳液25g，氯偏乳液7.5g；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺19g，三聚氰胺11g，单季戊四醇21g；
(3)钛白粉2g，涂料助剂18g。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水175g，加入水性环氧树脂乳液，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散17.5min，转速1200r/min，再分散17.5min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨15min，辊筒转速75r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入钛白粉、涂料助剂，加入水70g，用分散机分散15min，转速500r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
试验2组
(1)基质：
水性环氧树脂乳液25g，氯偏乳液7.5g；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺17g，三聚氰胺9g，单季戊四醇18g，氯化石蜡7g；
(3)钛白粉2g，涂料助剂18g。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水175g，加入水性环氧树脂乳液，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散17min，转速1200r/min，再分散17min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨15min，辊筒转速70r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入氯化石蜡、钛白粉、涂料助剂，加入水75g，用分散机分散15min，转速500r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
试验3组
(1)基质：
水性环氧树脂乳液25g，氯偏乳液7.5g；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺17g，三聚氰胺9g，单季戊四醇18g，羟丙基-β-环糊精7g；
(3)钛白粉2g，涂料助剂18g。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水175g，加入水性环氧树脂乳液，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散17min，转速1200r/min，再分散17min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨15min，辊筒转速70r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入羟丙基-β-环糊精、钛白粉、涂料助剂，加入水75g，用分散机分散15min，转速500r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
试验方法：将涂料涂展到中板上，用煤油喷灯垂直灼烧，3分钟后，观察涂料性状，试验结果见表3。
表3不同阻燃体系试验结果
试验组别 试验结果
试验1组 发泡不高，但泡较大，碳化层厚度约1cm
试验2组 发泡较多，但泡较大，碳化层厚度约1.5cm
试验3组 发泡细小致密，碳化层厚度约4cm
试验结论：上述试验表明，试验3组的阻燃体系与本发明基质组合，制备成涂料，质量优秀，符合超薄型防火涂料的质要求。
制备实施例
尽管以下本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，下述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
实施例1
(1)基质：
水性环氧树脂乳液24kg，氯偏乳液6kg；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺15kg，三聚氰胺7.5kg，单季戊四醇17.5kg，羟丙基-β-环糊精6kg；
(3)钛白粉1kg，涂料助剂10kg。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水150kg，加入水性环氧树脂，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散15min，转速1200r/min，再分散15min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨10min，辊筒转速50r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入羟丙基-β-环糊精、钛白粉、涂料助剂，加入水50kg重量份，用分散机分散10min，转速600r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
实施例2
(1)基质：
水性环氧树脂乳液26kg，氯偏乳液9kg；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺19kg，三聚氰胺11.5kg，单季戊四醇19kg，羟丙基-β-环糊精8kg；
(3)钛白粉3kg，涂料助剂25kg。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水200kg，加入水性环氧树脂，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散20min，转速1200r/min，再分散20min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨20min，辊筒转速90r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入羟丙基-β-环糊精、钛白粉、涂料助剂，加入水100kg，用分散机分散20min，转速400r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
实施例3
(1)基质：
水性环氧树脂乳液25kg，氯偏乳液7.5kg；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺17kg，三聚氰胺9kg，单季戊四醇18kg，羟丙基-β-环糊精7kg；
(3)钛白粉2kg，涂料助剂18kg。
防火涂料的制备方法为：
(1)取水175kg，加入水性环氧树脂，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散17min，转速1200r/min，再分散17min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨15min，辊筒转速70r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入羟丙基-β-环糊精、钛白粉、涂料助剂，加入水75kg，用分散机分散15min，转速500r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
本发明原料由下述厂家提供。
表4试验及实施例原料厂家
原料名称 提供厂家
水性环氧树脂乳液 广州天章化工科技有限公司
氯偏乳液 郑州翰硕化工原料有限公司
钛白粉 深圳市联标科技有限公司
涂料助剂 深圳市长辉化工有限公司
聚磷酰胺 四川海旺科技有有限公司
三聚氰胺 四川金象赛瑞化工股份有限公司
单季戊四醇 湖北宜化
羟丙基-β-环糊精 西安德立生物化工有限公司
苯丙乳液 广州白云精细化工厂
硅丙乳液 湖北宜化化工有限公司
纯丙乳液 广州白云精细化工厂
氯化石蜡 江盐化工有限公司

Claims (7)

1.一种用于钢结构的防火涂料，其特征在于该涂料由基质、阻燃体系、钛白粉、涂料助剂制备而成，其中基质为水性环氧树脂乳液和氯偏乳液。
2.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的防火涂料，其中基质30-35重量份、阻燃体系46-57.5重量份、钛白粉1-3重量份、涂料助剂10-25重量份。
3.根据权利要求1所述的一种用于钢结构的防火涂料，其中基质中水性环氧树脂乳液24-26重量份，氯偏乳液6-9重量份。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于钢结构的防火涂料，其中阻燃体系由聚磷酰胺、三聚氰胺、单季戊四醇和羟丙基-β-环糊精组成，其中聚磷酰胺15-19重量份，三聚氰胺7.5-11.5重量份，单季戊四醇17.5-19重量份，羟丙基-β-环糊精6-8重量份。
5.根据权利要求1、3或4所述的一种用于钢结构的防火涂料，其中防火涂料由下述原料制备而成：
(1)基质：
水性环氧树脂乳液24-26重量份，氯偏乳液6-9重量份；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺15-19重量份，三聚氰胺7.5-11.5重量份，单季戊四醇17.5-19重量份，羟丙基-β-环糊精6-8重量份；
(3)钛白粉1-3重量份，涂料助剂10-25重量份。
6.根据权利要求1、3或4所述的一种用于钢结构的防火涂料，其中防火涂料由下述原料制备而成：
(1)基质：
水性环氧树脂乳液25重量份，氯偏乳液7.5重量份；
(2)阻燃体系：
聚磷酰胺17重量份，三聚氰胺9重量份，单季戊四醇18重量份，羟丙基-β-环糊精7重量份；
(3)钛白粉2重量份，涂料助剂18重量份。
7.根据权利要求5或6所述的一种用于钢结构的防火涂料，其特征在于防火涂料的制备方法为：
(1)取水150-200重量份，加入水性环氧树脂乳液，搅拌均匀，加入氯偏乳液，搅拌均匀，得到基质配液；
(2)取基质配液，依次加入单季戊四醇、聚磷酰胺、三聚氰胺，用高速分散机分散15-20min，转速1200r/min，再分散15-20min，转速1200r/min，得到高速分散液；
(3)取分散液，用三辊研磨机研磨10-20min，辊筒转速50-90r/min，得到研磨液；
(4)取研磨液，加入羟丙基-β-环糊精、钛白粉、涂料助剂，加入水50-100重量份，用分散机分散10-20min，转速400-600r/min，得到分散液，过滤，包装，得到涂料。
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