CN107603395B

CN107603395B - 一种耐火涂料及其制备方法

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Publication number: CN107603395B
Application number: CN201710737648.0A
Authority: CN
Inventors: 胡宏平
Original assignee: Individual
Current assignee: Luoyang Boju Metallurgical Accessories Co ltd
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2037-08-24
Also published as: CN107603395A

Abstract

本发明涉及耐火涂料技术领域，具体而言涉及一种耐火涂料及其制备方法。一种耐火涂料，包括以下重量份的原料：耐火基料60~80份、粘结剂20~30份、SiO2气凝胶5~7份、莫来石3~4份、八钛酸钾晶须5~7份、绢云母3~5份、二氧化钛粉5~9份、双季戊四醇10~15份、分散剂3~5份、消泡剂2~4份、滑石粉1~5份。本发明还提供了一种耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：将原料中的各种固体组分用研磨机进行搅拌，用筛子过滤，备用，然后按比例称取各原料，在球磨机内研磨再进行多次过滤。本发明具有良好的耐高温隔热效果，可以在火场中有效保护建筑里的钢材料。

Description

一种耐火涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及耐火涂料技术领域，具体而言涉及一种耐火涂料及其制备方法。

背景技术

钢结构作为建筑结构的一种形式，以其结构形式灵活、自重轻、强度高、抗震性好、易于维护、施工周期短、结构占用面积小、基础费用低、能循环使用等优点，被誉为21世纪的“绿色建筑”。钢结构虽然有很多优点，然而与钢筋混凝土结构及砌体结构相比，却有一个不容忽视的缺点——抗火性能差。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。一般常用的建筑钢材的临界温度在540℃左右，对于建筑火灾，火场温度大多在800~1200℃在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形，在标准时间一升温曲线的试验条件下，钢构件的耐火极限仅为0.25h，严重时会造成建筑物倒塌。

因此在建造建筑时通常需要对钢材进行表面处理，以提高钢材的耐火能力，稳定建筑在火场中的结构，防止建筑物倒塌。

发明内容

一种耐火涂料，包括以下重量份的原料：

耐火基料60~80份、粘结剂20~30份、SiO2气凝胶5~7份、莫来石3~4份、八钛酸钾晶须5~7份、绢云母3~5份、二氧化钛粉5~9份、双季戊四醇10~15份、分散剂3~5份、消泡剂2~4份、滑石粉1~5份。

首先本发明采用了八钛酸钾晶须和莫来石共用的方法，在钢材料表面形成了立体网状结构，一方面加强涂层的机械强度，另一方面也配合SiO2气凝胶在涂层上形成了多孔结构，从而增强了涂料的抗火隔热能力。本发明还使用了双季戊四醇，可以提高产品的阻燃能力，在高温下会发泡体积增大，形成多孔结构，这个结构在八钛酸钾晶须和莫来石的配合作用下结构更加稳定，吸附在钢材料表面不脱落，起到隔热的效果也增强了本发明的耐火能力。

作为优选，所述的耐火基料包括以下重量份的原料：磷酸镧10~15份、三聚磷酸铝15~18份、三聚氰胺磷酸盐4~5份、氢氧化铝6~8份、草木灰10~14份、改性丙烯酸树脂15~20份。

本发明采用了三聚氰胺磷酸盐，三聚氰胺磷酸盐在加热状态下会发生分解，先释放出水蒸气，随后分解出三聚氰胺，三聚氰胺在700摄氏度以上温度会持续分解出水和不燃性气体，在480摄氏度三聚氰胺聚磷酸盐分解，主要分解产物是三聚氰胺与聚磷酸，并有水蒸汽、氨气等不燃性气体放出;从480摄氏度到540摄氏度分解产生的三聚氰胺和聚磷酸经过自聚形成高分子量的含P-N-O浓缩聚合物，三聚氰胺进一步分解出不燃性气体:然后持续失重至684摄氏度，因P-N-O聚合物中含有的P-N-O或P-N键具有磷酸化试剂的特性，可催化多种高聚物特别是有含氧官能团的聚合物成炭，并释放出水蒸汽、氨气、NO₂、CO₂等不燃性气体。因此三聚氰胺磷酸盐可以加强本发明的阻火能力，防止在着火时火势蔓延，降低了钢材料在火场中的温度，防止钢材料性能下降，而且产生的三聚氰胺和双季戊四醇相互配合可以有效提高产品的阻燃能力。

同时本发明采用了磷酸镧和三聚磷酸铝，磷酸镧具有非常优良的耐火能力，而三聚磷酸铝为白色首先替代红丹、锌铬黄等传统的有毒防锈颜料安全环保，三聚磷酸铝也具有防火、耐热的特点，而且有助于提高涂料的耐磨性，而且在本发明中三聚磷酸铝也与三聚氰胺磷酸盐起到配合作用，配合莫来石、八钛酸钾晶须及SiO2气凝胶的立体网状结构可以提高本发明的耐火隔热能力和阻燃能力。

作为优选，所述的改性丙烯酸树脂采用以下方法制备：将180~250重量份的有机硅树脂，150~200重量份的甲基丙烯酸甲酯、150~200重量份甲基丙烯酸丁酯和30~40重量份的甲基丙烯酸羟乙酯加入反应容器内，再加入150~200重量份的甲苯和乙酸丁酯混合液，开始搅拌，搅拌转速为100~150rpm，所述的甲苯和乙酸丁酯混合液中甲苯和乙酸丁酯的体积比为5：2~3：1，然后加入10~15重量份的偶氮二异丁腈，升温到75~80℃，缓慢滴加25~30重量份的偶氮二异丁腈，于1~1.5h内滴加完毕，再保温2~3h，停止搅拌，得到改性丙烯酸树脂。

通过用有机硅树脂对甲基丙烯酸酯类进行改性处理，首先可以降低涂层的厚度，减少涂料的用量，另一方面可以提高交联度，增加涂料的柔韧性和耐磨性，同时也增加了涂料的热稳定性。针对甲基丙烯酸酯类单体的选择，本发明采用了软性和硬性单体配合使用的方案，甲基丙烯酸甲酯可以提高产品的硬度附着力和耐磨能力，但是会降低产品的流平性和柔韧性，而甲基丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸羟乙酯可以提高产品的流平性和柔韧性，通过本发明的配比可以同时是产品具有较好的附着力、耐磨能力、流平性和柔韧性，再在有机硅树脂的改性作用下产品以甲基丙烯酸为主链以硅烷或聚硅氧烷为侧链，使甲基丙烯酸酯类树脂在具有本身优秀的机械性能和成膜性的同时兼具有有机硅树脂优秀的耐高温能力和耐水性，同时也提高了该组分与本发明其他组分的混合能力，使本发明的各组分分散更加均匀，而且同时也降低了生产成本。在本发明的方案中采用了偶氮二异丁腈，使用偶氮二异丁腈是因为其活性较低，在本发明的反应体系中副反应少，仅仅只会在反应中产生一种自由基，对反应没有影响，而且其反应活化能适中，不会因为活化能高导致反应速度慢，聚合时间长，影响生产效率，同时也不会因为活化能低而导致反应过快导致温度过高引发爆聚或副反应过多导致转化率降低，而且本发明采用了缓慢滴加偶氮二异丁腈的方案，可以很好地控制反应的速率，有效地提高了反应的转化率也防止了副反应的发生。

作为优选，所述的有机硅树脂经过以下步骤制备:将60~80重量份二甲基二乙基硅烷、60~80重量份一甲基二乙基硅烷、30~40重量份一苯基三乙氧基硅烷和3~5重量份的盐酸，搅拌均匀后，加热到55~60℃，然后滴加120~140重量份的水，滴加完毕后升温到80~85℃，保温6~10h，然后进行减压蒸馏。

首先本发明通过将60~80重量份二甲基二乙基硅烷、60~80重量份一甲基二乙基硅烷、30~40重量份一苯基三乙氧基硅烷作为原料制取有机硅树脂，可以提高涂料整体的热稳定性和柔韧性，另外本发明的方案中是将水逐渐滴加进反应体系中去的。这样反应体系始终处于水量不足的情况，因此烷氧基的分解受到抑制作用，反应中硅醇可以溶解在体系中，可以很好地控制反应速率，使反应均匀进行，防止副反应的发生，有效提高产率降低成本，而且运用盐酸作为催化剂再通过减压蒸馏提取产物，可以减少杂质干扰，可以提高涂料的耐高温能力和耐水性。

作为优选，所述的分散剂是木质素磺酸酯、磺化聚苯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮或聚丙烯酸中的一种或者多种组合。

作为优选，所述的消泡剂采用以下方法制备：在反应器中加入50~60重量份的含氢聚硅氧烷、15~20重量份的丙二醇醚、100~150重量份的汽油溶剂和5~10重量份的0.5%的盐酸，搅拌，缓慢加热至100~105℃，保温8~9h，当恒温反应至氢气不再逸出时，加氢氧化钠直至pH为7~8，经抽滤及减压蒸馏除去残余的催化剂和汽油溶剂，然后加入2~5重量份的硅油，即得消泡剂。

聚硅氧烷类消泡剂具有消泡迅速、抑泡时间长和安全无毒等特点，但它难溶于水，耐高温能力较差，聚醚类消泡剂水溶性好，耐高温、耐强碱性强，但其消泡速度和抑泡时间都不甚理想。本发明通过缩合反应在聚硅氧烷链上引入聚醚链，这种聚醚改性硅油类共聚物可改善溶解性，提高消泡效力，使之不仅兼有原两类消泡剂的优点，而且还具有诸如逆溶解性强、自乳性好、化学稳定性和热稳定性高等优点，有效提高了本发明涂料的机械性能和耐热能力。

一种耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：

a.研磨：将原料中的各种固体组分用研磨机进行搅拌，用筛子过滤，备用；

b.搅拌：按比例称取各原料，在球磨机内研磨；

c.过滤：将步骤b得到的产物进行多次过滤。

作为优选，所述的步骤b的搅拌步骤如下：先进行高速搅拌，转速为1500~1800rpm，搅拌时间2~2.5h，然后进行中速搅拌，调节转速至500~550rpm，搅拌20~30min，然后加入100~200重量份的蒸馏水，继续搅拌10~15min。

作为优选，在步骤b中球料比为3：1~2：1。

本发明的有益效果在于：（1）本发明具有良好的耐高温隔热效果，可以在火场中有效保护建筑里的钢材料（2）本发明具有强耐高温、耐腐蚀能力（3）本发明的涂料具有良好的粘度和耐磨性。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明作进一步解释：

实施例1

一种耐火涂料，包括以下重量份的原料：

耐火基料60份、粘结剂20份、SiO2气凝胶5份、莫来石3份、八钛酸钾晶须5份、绢云母3份、二氧化钛粉5份、双季戊四醇10份、分散剂3份、消泡剂2份、滑石粉1份。

其中，所述的耐火基料包括以下重量份的原料：磷酸镧10份、三聚磷酸铝15份、三聚氰胺磷酸盐4份、氢氧化铝6份、草木灰10份、改性丙烯酸树脂15份。

其中，所述的改性丙烯酸树脂采用以下方法制备：

将180重量份的有机硅树脂，150重量份的甲基丙烯酸甲酯、150重量份甲基丙烯酸丁酯和30重量份的甲基丙烯酸羟乙酯加入反应容器内，再加入150重量份的甲苯和乙酸丁酯混合液，开始搅拌，搅拌转速为100rpm，所述的甲苯和乙酸丁酯混合液中甲苯和乙酸丁酯的体积比为3：1，然后加入10重量份的偶氮二异丁腈，升温到75℃，缓慢滴加25重量份的偶氮二异丁腈，于1h内滴加完毕，再保温2h，停止搅拌，得到改性丙烯酸树脂。

其中，所述的有机硅树脂经过以下步骤制备:将60重量份二甲基二乙基硅烷、60重量份一甲基二乙基硅烷、30重量份一苯基三乙氧基硅烷和3重量份的盐酸，搅拌均匀后，加热到55℃，然后滴加120重量份的水，滴加完毕后升温到80℃，保温6h，然后进行减压蒸馏。

其中，所述的分散剂是木质素磺酸酯、磺化聚苯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮或聚丙烯酸中的一种或者多种组合。

其中，所述的消泡剂采用以下方法制备：在反应器中加入50重量份的含氢聚硅氧烷、15重量份的丙二醇醚、100重量份的汽油溶剂和5重量份的0.5%的盐酸,搅拌, 缓慢加热至100℃，保温8h。当恒温反应至氢气不再逸出时, 加氢氧化钠直至pH为7,经抽滤及减压蒸馏除去残余的催化剂和汽油溶剂,然后加入2重量份的硅油，即得消泡剂。

一种耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：

b.搅拌：按比例称取各原料，在球磨机内研磨，球料比为3：1，先进行高速搅拌，转速为1500rpm，搅拌时间2h，然后进行中速搅拌，调节转速至500rpm，搅拌20min，然后加入100重量份的蒸馏水，继续搅拌10min；

c.过滤：将步骤b得到的产物进行多次过滤。

实施例2

一种耐火涂料，包括以下重量份的原料：

耐火基料80份、粘结剂30份、SiO2气凝胶7份、莫来石4份、八钛酸钾晶须7份、绢云母5份、二氧化钛粉9份、双季戊四醇15份、分散剂5份、消泡剂4份、滑石粉5份。

其中，所述的改性丙烯酸树脂采用以下方法制备：

一种耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：

c.过滤：将步骤b得到的产物进行多次过滤。

实施例3

一种耐火涂料，包括以下重量份的原料：

耐火基料70份、粘结剂25份、SiO2气凝胶6份、莫来石3份、八钛酸钾晶须6份、绢云母4份、二氧化钛粉6份、双季戊四醇15份、分散剂4份、消泡剂3份、滑石粉3份。

其中，所述的改性丙烯酸树脂采用以下方法制备：

一种耐火涂料的制备方法，包括以下步骤：

c.过滤：将步骤b得到的产物进行多次过滤。

选取本发明优选实施例3进行检测，检测结果如下：

本发明硬度测试按GB/T 6739规定进行，结果评定：漆膜擦伤，本发明结果为铅笔硬度6H；耐热性测试以初始热分解温度来评价，本发明初始分解温度为680摄氏度；本发明的导热性只有0.2，耐冲击性测试按GB/T 1732规定进行，结果评定：4倍放大镜观察，漆膜无裂纹、皱纹及剥落现象。耐磨性测试按GB/T 1768规定进行，砂轮型号：CRPM0；），本发明耐磨性（500g/500r，g）≤0.01，另外本发明耐溶剂（丁酮）擦洗性200次，无露底。本发明耐火极限为190分钟，具有良好的耐火能力和阻火能力。

综上所述，本发明具有良好的本发明具有好的阻燃隔热能力、并具有良好的耐火性、耐磨性。

Claims

1.一种耐火涂料，其特征在于，包括以下重量份的原料：

耐火基料60~80份、粘结剂20~30份、SiO2气凝胶5~7份、莫来石3~4份、八钛酸钾晶须5~7份、绢云母3~5份、二氧化钛粉5~9份、双季戊四醇10~15份、分散剂3~5份、消泡剂2~4份、滑石粉1~5份；

其中，所述的耐火基料包括以下重量份的原料：磷酸镧10~15份、三聚磷酸铝15~18份、三聚氰胺磷酸盐4~5份、氢氧化铝6~8份、草木灰10~14份、改性丙烯酸树脂15~20份。

2.根据权利要求1所述的一种耐火涂料，其特征在于：所述的改性丙烯酸树脂采用以下方法制备：

将180~250重量份的有机硅树脂，150~200重量份的甲基丙烯酸甲酯、150~200重量份甲基丙烯酸丁酯和30~40重量份的甲基丙烯酸羟乙酯加入反应容器内，再加入150~200重量份的甲苯和乙酸丁酯混合液，开始搅拌，搅拌转速为100~150rpm，所述的甲苯和乙酸丁酯混合液中甲苯和乙酸丁酯的体积比为5：2~3：1，然后加入10~15重量份的偶氮二异丁腈，升温到75~80℃，缓慢滴加25~30重量份的偶氮二异丁腈，于1~1.5h内滴加完毕，再保温2~3h，停止搅拌，得到改性丙烯酸树脂。

3.根据权利要求2所述的一种耐火涂料，其特征在于：所述的有机硅树脂经过以下步骤制备:将60~80重量份二甲基二乙基硅烷、60~80重量份一甲基二乙基硅烷、30~40重量份一苯基三乙氧基硅烷和3~5重量份的盐酸，搅拌均匀后，加热到55~60℃，然后滴加120~140重量份的水，滴加完毕后升温到80~85℃，保温6~10h，然后进行减压蒸馏。

4.根据权利要求1所述的一种耐火涂料，其特征在于：所述的分散剂是木质素磺酸酯、磺化聚苯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮或聚丙烯酸中的一种或者多种组合。

5.根据权利要求1所述的一种耐火涂料，其特征在于：所述的消泡剂采用以下方法制备：在反应器中加入50~60重量份的含氢聚硅氧烷、15~20重量份的丙二醇醚、100~150重量份的汽油溶剂和5~10重量份的0.5%的盐酸,搅拌, 缓慢加热至100~105℃，保温8~9h，当恒温反应至氢气不再逸出时, 加氢氧化钠直至pH为7~8,经抽滤及减压蒸馏除去残余的催化剂和汽油溶剂,然后加入2~5重量份的硅油，即得消泡剂。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种耐火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

b.搅拌：按比例称取各原料，在球磨机内研磨；

c.过滤：将步骤b得到的产物进行多次过滤。

7.根据权利要求6所述的一种耐火涂料的制备方法，其特征在于：所述的步骤b的搅拌步骤如下：先进行高速搅拌，转速为1500~1800rpm，搅拌时间2~2.5h，然后进行中速搅拌，调节转速至500~550rpm，搅拌20~30min，然后加入100~200重量份的蒸馏水，继续搅拌10~15min。

8.根据权利要求6所述的一种耐火涂料的制备方法，其特征在于：在步骤b中球料比为3：1~2：1。