CN108034322B - 一种防火涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工涂料领域，尤其涉及一种防火涂料及其制备方法。其原料按重量份数配比如下：涂料基体树脂35‑50份，去离子水1‑10份，防火填料30‑60份，钛白粉10‑15份，涂料固化剂5‑10份。所述防火填料按重量份数配比如下：共价有机骨架10‑20份，聚磷酸铵10‑20份、羟甲基纤维素5‑10份、可膨胀石墨5‑10份。该防火涂料具有遇火快速成炭、成炭强度高的优点，并且兼具一定的防腐蚀性能。
Description
技术领域
本发明属于化工涂料领域，尤其涉及一种防火涂料及其制备方法。
技术背景
钢结构材料，具有自重轻、强度髙、抗震性能好、安装简易、施工周期短、环境污染少等优点，被誉为21世纪的绿色建筑材料；随着钢结构材料的快速掘起与发展，钢结构在建筑领域得到广泛应用。近年来，我国钢结构的应用进入了高速发展的阶段，逐渐在钢结构制作加工等领域达到世界先进水平。钢结构与传统砖石结构、钢筋混凝止结构不同，虽然不是可燃材料，但钢结构自身耐火性能较差，在发生火灾时钢结构框架会发生支撑性能的严重劣化。当钢材表面温度达到500℃时，钢构件的力学性能基本损失一半；当钢材表面温度达到600℃时，钢结构的支撑能力己经基本散失。随着钢结构材料的广泛应用，钢结构的防火也受到越来越多的重视，近年来钢结构防火涂料在钢结构建筑领域得到了充分应用。目前，防火涂料基本都属于有机膨胀涂料，材料主要由发泡剂和成炭剂等组成，在温度达到一定程度时，成炭剂促使材料基体碳化从而阻止热量向内传递。但是，传统的膨胀型防火涂料其炭层强度很低而且炭层容易脱落，这就严重限制了涂料的防火性能。
综上所述，研制一种遇火能够快速形成高强度炭层的防火涂料，是亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种防火涂料及其制备方法，该防火涂料具有遇火快速成炭、成炭强度高的优点，并且兼具一定的防腐蚀性能。
为了实现上述目的，本发明提供的防火涂料，其原料按重量份数配比如下：涂料基体树脂35-50份，去离子水1-10份，防火填料30-60份，钛白粉10-15份，涂料固化剂5-10份。
所述涂料基体树脂是水性环氧树脂或水性丙烯酸树脂中的一种树脂，或者水性环氧树脂与水性丙烯酸树脂按任意重量比混合；所述的重量比优选为m(水性环氧树脂)：m(水性丙烯酸树脂)＝2:3。
所述防火填料按重量份数配比如下：共价有机骨架10-20份，聚磷酸铵10-20份、羟甲基纤维素5-10份、可膨胀石墨5-10份。
优选的，所述聚磷酸铵是聚合度大于1000的Ⅱ型聚磷酸铵。
优选的，所述的羟甲基纤维素是聚合度为50-1000的羟甲基纤维素。
所述共价有机骨架是含硼共价有机骨架和三嗪类共价有机骨架(采购于沈阳化工大学，材料科学与工程学院)按任意重量比混合；优选的，所述的重量比为m(含硼共价有机骨架)：m(三嗪共价有机骨架)＝2:1。
所述的含硼共价有机骨架是COF-1、COF-5、COF-102、COF-103中的一种或组合。
所述的三嗪类共价有机骨架是CTF-1、CTF-2中的一种或组合。
所述的涂料固化剂为三乙烯四胺、二亚乙基三胺、氨基树脂中的一种。
所述的氨基树脂为甲醚化氨基树脂、丁醚化氨基树脂、甲醇-乙醇混合醚化氨基树脂中的一种。
为了实现上述目的，本发明提供的防火涂料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将按重量份数配置好的防火填料置于球磨机中球磨1-5h，球磨后粉料目数为50-200目；(2)将涂料基体树脂与去离子水混合，机械搅拌共混10-30min，搅拌转速为150-350转/分钟；再提高搅拌转速至500-1000转/分钟，向体系中加入防火填料，钛白粉和涂料固化剂，搅拌共混1-3h，即可。
本发明的有益效果。
本发明公开的防火涂料的防火填料由共价有机骨架(优选化工大学实验室合成的产品，本领域人员可购买)、聚磷酸铵、羟甲基纤维素、可膨石墨复合而成，含硼共价有机骨架和三嗪类共价有机骨架富含硼、氮两种阻燃元素，两者复配可组成硼-氮协同阻燃体系，可有效提升涂料的防火性能；本发明采用的含硼共价有机骨架在发生火灾时可在涂料表面形成隔绝层，阻止热量向内传递；三嗪类共价有机骨架能够促进炭层膨胀，二者能形成硼-氮阻燃体系，提升涂料的防火性能；本发明选用的含硼共价有机骨架和三嗪类共价有机骨架具有优异的吸附性能和催化性能，可与聚磷酸铵、羟甲基纤维素、可膨胀石墨组成的阻燃体系产生协效作用；涂料遇火聚磷酸铵快速成炭，同时可膨胀石墨迅速将炭层膨大以隔绝氧气，并且羟甲基纤维素是天然大分子生物炭源，可使炭层更加连续致密，与传统炭源相比羟基纤维素具有来源广、价格低廉、安全环保的优势；可膨胀石墨遇火膨胀倍数大，炭层易脱落，而共价有机骨架可牢牢的吸附和固定炭层，提升防火膨胀炭层的强度以提高涂料的防火性能。另外，本发明还具有制作方法简单、设备投入少、便于涂覆等优点，适用于钢结构屋架、钢结屋顶等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细的说明。
实施例1。
防火涂料的原料按重量份数配比如下：水性丙烯酸树脂35份，去离子水5份，防火填料35份，钛白粉15份，三乙烯四胺5份。
所述的防火填料按重量份数配比如下：COF-1 10份，CTF-1 5份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份。
所述的防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(一)将COF-1 10份，CTF-1 5份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份，在球磨机中球磨5h，制得防火填料；
(二)将水性丙烯酸树脂35份与去离子水5份混合，机械搅拌共混30min，搅拌转速为350转/分钟，再提高搅拌转速至1000转/分钟，向体系中加入球磨后的防火填料35份，钛白粉15份和三乙烯四胺5份，搅拌共混3h，即可。
实施例2。
防火涂料的原料按重量份数配比如下：水性环氧树脂40份，去离子水10份，防火填料50份，钛白粉10份，二亚乙基三胺10份。
所述的防火填料按重量份数配比如下：COF-5 10份，CTF-2 5份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份。
所述的防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(一)将COF-5 10份，CTF-2 5份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份，在球磨机中球磨5h，制得防火填料；
(二)将水性环氧树脂40份与去离子水10份混合，机械搅拌共混30min，搅拌转速为350转/分钟，再提高搅拌转速至1000转/分钟，向体系中加入球磨后的防火填料50份，钛白粉15份和二亚乙基三胺5份，搅拌共混3h，即可。
实施例3。
防火涂料的原料按重量份数配比如下：水性环氧树20份，水性丙烯酸树脂30份，去离子水5份，防火填料35份，钛白粉15份，三乙烯四胺5份。
所述的防火填料按重量份数配比如下：COF-102 10份，CTF-1 5份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份。
所述的防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(一)将COF-102 10份，CTF-1 5份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份，在球磨机中球磨5h，制得防火填料；
(二)将水性环氧树20份，水性丙烯酸树脂30份与去离子水5份混合，机械搅拌共混30min，搅拌转速为350转/分钟，再提高搅拌转速至1000转/分钟，向体系中加入球磨后的防火填料35份，钛白粉15份和三乙烯四胺5份，搅拌共混3h，即可。
对比例1。
防火填料中不含有共价骨架材料成分。
防火涂料的原料按重量份数配比如下：水性丙烯酸树脂35份，去离子水5份，防火填料20份，钛白粉15份，三乙烯四胺5份。
所述的防火填料按重量份数配比如下：聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份。
所述的防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(一)将聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份，在球磨机中球磨5h，制得防火填料；
(二)将水性丙烯酸树脂35份与去离子水5份混合，机械搅拌共混30min，搅拌转速为350转/分钟，再提高搅拌转速至1000转/分钟，向体系中加入球磨后的防火填料35份，钛白粉15份和三乙烯四胺5份，搅拌共混3h，即可。
对比例2。
防火填料中只含有共价骨架材料成分。
防火涂料的原料按重量份数配比如下：水性丙烯酸树脂35份，去离子水5份，防火填料15份，钛白粉15份，三乙烯四胺5份。
所述的防火填料按重量份数配比如下：COF-1 10份，CTF-1 5份。
所述的防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(一)将COF-1 10份，CTF-1 5份，在球磨机中球磨5h，制得防火填料；
(二)将水性丙烯酸树脂35份与去离子水5份混合，机械搅拌共混30min，搅拌转速为350转/分钟，再提高搅拌转速至1000转/分钟，向体系中加入球磨后的防火填料35份，钛白粉15份和三乙烯四胺5份，搅拌共混3h，即可。
对比例3。
防火填料的含有共价骨架材料成分中COF-1与CTF-1重量比不采用2:1。
防火涂料的原料按重量份数配比如下：水性丙烯酸树脂35份，去离子水5份，防火填料35份，钛白粉15份，三乙烯四胺5份。
所述的防火填料按重量份数配比如下：COF-1 5份，CTF-1 10份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份。
所述的防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(一)将COF-1 10份，CTF-1 5份，聚磷酸铵10份、羟甲基纤维素5份、可膨胀石墨5份，在球磨机中球磨5h，制得防火填料；
(二)将水性丙烯酸树脂35份与去离子水5份混合，机械搅拌共混30min，搅拌转速为350转/分钟，再提高搅拌转速至1000转/分钟，向体系中加入球磨后的防火填料35份，钛白粉15份和三乙烯四胺5份，搅拌共混3h，即可。
一、实施例与对比例性能测试数据对比，见表1。
表1实施例与对比例性能测试数据对比。
Claims (4)
1.一种防火涂料，其特征在于，其原料按重量份数配比如下：涂料基体树脂35-50份，去离子水1-10份，防火填料30-60份，钛白粉10-15份，涂料固化剂5-10份；
所述防火填料按重量份数配比如下：共价有机骨架10-20份，聚磷酸铵10-20份、羟甲基纤维素5-10份、可膨胀石墨 5-10份；
所述涂料基体树脂是水性环氧树脂或水性丙烯酸树脂中的一种树脂，或水性环氧树脂与水性丙烯酸树脂按任意重量比混合；所述聚磷酸铵是聚合度大于1000的Ⅱ型聚磷酸铵；所述的羟甲基纤维素是聚合度为50-1000的羟甲基纤维素；
所述共价有机骨架是含硼共价有机骨架和三嗪类共价有机骨架按任意重量比混合；所述的含硼共价有机骨架是COF-1、COF-5、COF-102、COF-103中的一种或组合；所述的三嗪类共价有机骨架是CTF-1、CTF-2中的一种或组合；
所述的涂料固化剂为三乙烯四胺、二亚乙基三胺、氨基树脂中的一种；
所述的氨基树脂为甲醚化氨基树脂、丁醚化氨基树脂、甲醇-乙醇混合醚化氨基树脂中的一种。
2.如权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述涂料基体树脂中水性环氧树脂与水性丙烯酸树脂按重量比为水性环氧树脂： 水性丙烯酸树脂＝2:3。
3.如权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述共价有机骨架是含硼共价有机骨架和三嗪类共价有机骨架按重量比为含硼共价有机骨架：三嗪共价有机骨架＝2:1。
4.如权利要求1-3任一所述的防火涂料的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将按重量份数配置好的防火填料置于球磨机中球磨1-5h，球磨后粉料目数为50-200目；(2)将涂料基体树脂与去离子水混合，机械搅拌共混10-30min，搅拌转速为150-350转/分钟；再提高搅拌转速至500-1000转/分钟，向体系中加入防火填料，钛白粉和涂料固化剂，搅拌共混1-3h，即可。
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