CN108727923A - 一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，包括纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层，由于纳米SiO2气凝胶底涂层具有阻燃、隔热保温的效果，水性氟碳自清洁面涂层具有自清洁、防腐效果，施工简便，成本较低，且可同时兼备阻燃、隔热保温及自洁防腐效果。

Description

一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及环保材料技术领域，尤其涉及一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料及其制备方法。
背景技术
钢结构材料由于自质量轻、延性好等特点，已成为大空间建筑最主要的结构形式。钢材具有抗震，抗弯等特性，但在户外气候、日昼温差、作用下，其力学性能会迅速降低，随着钢结构建筑物的迅速发展，钢结构防腐保护技术问题更加突出，所以必须对钢结构进行防腐保护，以防止钢构的机械性能，如屈服点，抗拉及弹性模量等下降。
钢构物件表面的防腐涂料的应用需求已随日新月异的工业发展渗透到了各个应用领域，日常的装潢材料到冶金、石油、机车、船舶、路桥、污水处理、工业地坪等领域的实际应用中，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，这些领域又对防腐涂料的品种和性能、配套和施工提出了更高、更新的要求，进而推动了传统溶剂型品种的改进提高和高性能品种的开发和应用，特别是特种功能型水性防腐涂料更成为发展的热点。
目前传统溶剂型防腐涂料，也还存在一些缺点，如含有大量的溶剂、VOC等有毒挥发物质，在施工过程中挥发造成对环境的污染严重，且成本较高，某些品种的防腐涂料物理性能不够理想，导致钢结构在长期户外严酷过程中难以长久保护的防腐蚀性能，大量的金属需要回炼、更换设备及构件造成资源和能源的严重浪费，甚至引发灾难事故造成直接经济损失等等。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种兼备阻燃、隔热保温及自洁防腐效果的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，包括纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层，其中：
所述纳米SiO2气凝胶底涂层包括如下原料组份：水性丙烯酸乳液40-60份，纳米SiO2气凝胶10-25份，膨润土1-3份、软木粉5-8份，纳米ATO 0.2-1份，Sb2O3 1-5份，碳化硅1-2份，阻燃剂5-10份；
所述水性硅丙自清洁面涂层包括如下原料组份：水性硅丙乳液50-65份，纳米TiO2分散液5-10份，分散剂1-3份，去离子水5-20份，消泡剂0.1-1份，杀菌剂0.1-0.3份，增稠剂0.1-1份。
在一些较佳的实施例中，所述硅丙乳液包含如下成分：丙烯酸酯类单体35-55份、(甲基)丙烯酸羟乙酯4-5份、有机硅单体2-10份、乳化剂4-6份、引发剂0.2-0.4份、pH缓冲剂0.2-0.3份、三乙胺0.2-0.25份、水解抑制剂2-5份、去离子水41-50份。
在一些较佳的实施例中，所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸中的至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述有机硅单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷中的至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙醚(OP-10)及JS-2中的至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述引发剂为过硫酸铵、亚硫酸氢钠及偶氮二异丁腈中的一种。
在一些较佳的实施例中，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述水解抑制剂为丙二醇。
在一些较佳的实施例中，所述阻燃剂包括复合阻燃剂及阻燃剂添加物，所述复合阻燃剂为Mg(OH)2与Al(OH)3的混合物，其中Mg(OH)2:Al(OH)3＝0.4-2.5:1，所述阻燃剂添加物为三氧化二锑。
另外，本发明还提供了一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：
制备水性丙烯酸乳液；
将所述水性丙烯酸乳液40-60份，纳米SiO2气凝胶10-25份，膨润土1-3份、软木粉5-8份，纳米ATO 0.2-1份，Sb2O3 1-5份，碳化硅1-2份，阻燃剂5-10份混合均匀后得到纳米SiO2气凝胶底涂层；
将所述水性硅丙乳液50-65份，纳米TiO2分散液5-10份，分散剂1-3份，去离子水5-20份，消泡剂0.1-1份，杀菌剂0.1-0.3份，增稠剂0.1-1份混合均匀后得到所述水性硅丙自清洁面涂层。
在一些较佳的实施例中，制备水性丙烯酸乳液，包括下述步骤：
将去离子水、乳化剂、引发剂和pH缓冲剂混合后并升温至65-75℃形成第一混合溶液；
将丙烯酸酯类单体、有机硅单体、水解抑制剂及所述第一混合溶液混合均匀后升温至70-85℃，并保温反应2-3小时，形成第二混合溶液；
将所述第二混合溶液降温至45℃以下，用三乙胺调节PH至7-8，出料后得到所述水性硅丙乳液；
所述水性硅丙乳液包含如下成分：丙烯酸酯类单体35-55份、(甲基)丙烯酸羟乙酯4-5份、有机硅单体2-10份、乳化剂4-6份、引发剂0.2-0.4份、pH缓冲剂0.2-0.3份、三乙胺0.2-0.25份、水解抑制剂2-5份、去离子水41-50份。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，包括纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层，由于纳米SiO2气凝胶底涂层具有阻燃、隔热保温的效果，水性氟碳自清洁面涂层具有自清洁、防腐效果，施工简便，成本较低，且可同时兼备阻燃、隔热保温及自洁防腐效果。
此外，本发明提供的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，以硅丙乳液为基体树脂，加入纳米二氧化钛作为功能填料，从而使得制备的水性自清洁面漆，成本低，施工方便，可广泛用于钢结构建筑表面、水泥、砖石以及其它建材表面。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，包括：纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层。以下详细说明纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层的组份。
所述纳米SiO2气凝胶底涂层包括如下原料组份：水性丙烯酸乳液40-60份，纳米SiO2气凝胶10-25份，膨润土1-3份、软木粉5-8份，纳米ATO 0.2-1份，Sb2O3 1-5份，碳化硅1-2份，阻燃剂5-10份。
在一些较佳的实施例中，所述水性硅丙乳液包含如下成分：丙烯酸酯类单体35-55份、(甲基)丙烯酸羟乙酯4-5份、有机硅单体2-10份、乳化剂4-6份、引发剂0.2-0.4份、pH缓冲剂0.2-0.3份、三乙胺0.2-0.25份、水解抑制剂2-5份、去离子水41-50份。
可以理解，本发明以硅丙乳液为基体树脂，加入纳米二氧化钛作为功能填料，从而使得制备的水性自清洁面漆，成本低，施工方便，可广泛用于钢结构建筑表面、水泥、砖石以及其它建材表面。
在一些较佳的实施例中，所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸中的至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述有机硅单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷中的至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙醚(OP-10)及JS-2中的至少一种。
在一些较佳的实施例中，所述引发剂为过硫酸铵、亚硫酸氢钠及偶氮二异丁腈中的一种。
在一些较佳的实施例中，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述水解抑制剂为丙二醇。
可以理解，由于有机硅单体水解时的产物为醇类，加入丙二醇可有效抑制水解反应，且丙二醇与水互溶，不会导致反应液分层，不影响乳液的聚合反应；同时丙二醇是一种抗冻融助剂，可提高涂料的抗冻融性能。
在一些较佳的实施例中，纳米SiO2气凝胶为中凝科技AG-PasteZ气凝胶浆料。可以理解，当浆料中的水分挥发过后，剩余的全部成分都是可以起到疏水、隔热作用的气凝胶。
由于纳米二氧化硅气凝胶因纳米多孔网络结构，孔隙率高达80～99.8％，室温导热系数可低达0.013w/(m·k)，绝热性能良好，从而使得制备的纳米SiO2气凝胶底涂层具有良好的绝热性能。
在一些较佳的实施例中，所述阻燃剂包括复合阻燃剂及阻燃剂添加物，所述复合阻燃剂为Mg(OH)2与Al(OH)3的混合物，其中Mg(OH)2:Al(OH)3＝0.4-2.5:1，所述阻燃剂添加物为三氧化二锑。
可以理解，三氧化二锑属于添加型阻燃剂，与复合阻燃剂(Mg(OH)2与Al(OH)3的混合物)并用，各组分间可产生协同效应，阻燃效果更好。由于三氧化二锑在燃烧初期，为熔融状态，在材料表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧温度；而在高温状态下三氧化二锑被气化，稀释了空气中氧浓度，从而起到阻燃作用。
所述水性硅丙自清洁面涂层包括如下原料组份：水性硅丙乳液50-65份，纳米TiO2分散液5-10份，分散剂1-3份，去离子水5-20份，消泡剂0.1-1份，杀菌剂0.1-0.3份，增稠剂0.1-1份。
在一些较佳的实施例中，分散剂为MONENG 3138。
可以理解，MONENG 3138为含有亲颜料基团的高分子量嵌段共聚体溶液，对于有机和无机颜料有非常显著的降粘效果，能提高着色力(展色性)和色浆储存稳定性以及耐水性，加入涂料中还能提到附着力与强度。
在一些较佳的实施例中，消泡剂为BEK750、BYK033及AMS101中的一种或几种的混合物。
在一些较佳的实施例中，杀菌剂为DOW KATHON LEX、MERGAL K18N中的一种或两种的混合物。
在一些较佳的实施例中，增稠剂为R7353、BYK420中的一种或两种的混合物。
本发明提供的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，包括纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层，由于纳米SiO2气凝胶底涂层具有阻燃、隔热保温的效果，水性氟碳自清洁面涂层具有自清洁、防腐效果，施工简便，成本较低，且可同时兼备阻燃、隔热保温及自洁防腐效果。
本发明还提供了一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料的制备方法，包括下述步骤：
步骤S110：制备水性丙烯酸乳液。
在一些较佳的实施例中，制备水性丙烯酸乳液，包括下述步骤：
步骤S111：将去离子水、乳化剂、引发剂和pH缓冲剂混合后并升温至65-75℃形成第一混合溶液；
步骤S112：将丙烯酸酯类单体、有机硅单体、水解抑制剂及所述第一混合溶液混合均匀后升温至70-85℃，并保温反应2-3小时，形成第二混合溶液；
步骤S113：将所述第二混合溶液降温至45℃以下，用三乙胺调节pH至7-8，出料后得到所述水性硅丙乳液；
所述水性硅丙乳液包含如下成分：丙烯酸酯类单体35-55份、(甲基)丙烯酸羟乙酯4-5份、有机硅单体2-10份、乳化剂4-6份、引发剂0.2-0.4份、pH缓冲剂0.2-0.3份、三乙胺0.2-0.25份、水解抑制剂2-5份、去离子水41-50份。
可以理解，本发明以硅丙乳液为基体树脂，加入纳米二氧化钛作为功能填料，从而使得制备的水性自清洁面漆，成本低，施工方便，可广泛用于钢结构建筑表面、水泥、砖石以及其它建材表面。
步骤S120：将所述水性丙烯酸乳液40-60份，纳米SiO2气凝胶10-25份，膨润土1-3份、软木粉5-8份，纳米ATO 0.2-1份，Sb2O3 1-5份，碳化硅1-2份，阻燃剂5-10份混合均匀后得到纳米SiO2气凝胶底涂层；
步骤S130：将所述水性硅丙乳液50-65份，纳米TiO2分散液5-10份，分散剂1-3份，去离子水5-20份，消泡剂0.1-1份，杀菌剂0.1-0.3份，增稠剂0.1-1份混合均匀后得到所述水性硅丙自清洁面涂层。
本发明提供的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料制备方法，包括纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层，由于纳米SiO2气凝胶底涂层具有阻燃、隔热保温的效果，水性氟碳自清洁面涂层具有自清洁、防腐效果，施工简便，成本较低，且可同时兼备阻燃、隔热保温及自洁防腐效果。
以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
按照表1的各组分配比做实施例1-3。
表1
实施例1
按照表1中实施例1的质量份数，制备水性外墙绝热保温自清洁涂料，其制备方法如下：
第一步：制备水性丙烯酸乳液，包括下述步骤：
1)在装有搅拌杆、温度计、冷凝管、恒压漏斗的四口圆底烧瓶中，加入去离子水41g、十二烷基苯磺酸钠4g、过硫酸铵0.2g和碳酸氢钠0.2g，升温至65℃，200转搅拌；
2)将丙烯酸丁酯单体35g，甲基丙烯酸羟乙酯4g，乙烯基三甲氧基硅烷10g，及丙二醇2g混合均匀，置于恒压漏斗中，匀速滴加入上述四口烧瓶中，滴加完成后，升温至70℃，保温反应3小时；
3)反应完成后，降温至45℃以下，用三乙胺调节pH至7，出料，制得水性硅丙乳液。
第二步：将所述水性丙烯酸乳液60份，纳米SiO2气凝胶10份，膨润土1份、软木粉8份，纳米ATO 0.2份，Sb2O3 5份，碳化硅1份，阻燃剂10份混合均匀后得到纳米SiO2气凝胶底涂层，其中：复合阻燃剂为Mg(OH)2:Al(OH)3＝0.4:1；
第三步：将所述水性硅丙乳液50份，纳米TiO2分散液5份，分散剂1份，去离子水5份，消泡剂0.1份，杀菌剂0.1份，增稠剂0.1份混合均匀后得到所述水性硅丙自清洁面涂层。
实施例2
按照表1中实施例2的质量份数，制备水性外墙绝热保温自清洁涂料，其制备方法如下：
第一步：制备水性丙烯酸乳液，包括下述步骤：
1)在装有搅拌杆、温度计、冷凝管、恒压漏斗的四口圆底烧瓶中，加入去离子水50g、辛烷基酚聚氧乙醚6g、亚硫酸氢钠0.4g和碳酸氢钠0.3g，升温至75℃，200转搅拌。
2)将丙丙烯酸丁酯单体30g，甲基丙烯酸甲酯20g，甲基丙烯酸羟乙酯5g，乙烯基三乙氧基硅烷2g，及丙二醇5g混合均匀，置于恒压漏斗中，匀速滴加入上述四口烧瓶中，滴加完成后，升温至85℃，保温反应2小时。
3)反应完成后，降温至45℃以下，用三乙胺调节pH至8，出料，制得水性硅丙乳液。
第二步：将所述水性丙烯酸乳液50份，纳米SiO2气凝胶20份，膨润土2份、软木粉6份，纳米ATO 0.6份，Sb2O345份，碳化硅1.5份，阻燃剂8份混合均匀后得到纳米SiO2气凝胶底涂层，其中：复合阻燃剂为Mg(OH)2:Al(OH)3＝2.5:1；
第三步：将所述水性硅丙乳液60份，纳米TiO2分散液8份，分散剂2份，去离子水15份，消泡剂0.7份，杀菌剂0.3份，增稠剂0.6份混合均匀后得到所述水性硅丙自清洁面涂层。
实施列3
按照表1中实施例1的质量份数，制备水性外墙绝热保温自清洁涂料，其制备方法如下：
第一步：制备水性丙烯酸乳液，包括下述步骤：
1)在装有搅拌杆、温度计、冷凝管、恒压漏斗的四口圆底烧瓶中，加入去离子水45g、JS-25g、过硫酸铵0.2g和碳酸氢钠0.25g，升温至65℃，200转搅拌；
2)将丙烯酸丁酯单体45g，甲基丙烯酸羟乙酯4.5g，乙烯基三甲氧基硅烷6g，及丙二醇4g混合均匀，置于恒压漏斗中，匀速滴加入上述四口烧瓶中，滴加完成后，升温至70℃，保温反应3小时；
3)反应完成后，降温至45℃以下，用三乙胺调节pH至7.5，出料，制得水性硅丙乳液。
第二步：将所述水性丙烯酸乳液40份，纳米SiO2气凝胶25份，膨润土3份、软木粉5份，纳米ATO1份，Sb2O31份，碳化硅2份，阻燃剂5份混合均匀后得到纳米SiO2气凝胶底涂层，其中：复合阻燃剂为Mg(OH)2:Al(OH)3＝2:1；
第三步：将所述水性硅丙乳液65份，纳米TiO2分散液10份，分散剂3份，去离子水20份，消泡剂1份，杀菌剂0.5份，增稠剂1份混合均匀后得到所述水性硅丙自清洁面涂层。
当然本发明的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，包括纳米SiO2气凝胶底涂层和水性氟碳自清洁面涂层，其中：
所述纳米SiO2气凝胶底涂层包括如下原料组份：水性丙烯酸乳液40-60份，纳米SiO2气凝胶10-25份，膨润土1-3份、软木粉5-8份，纳米ATO 0.2-1份，Sb2O3 1-5份，碳化硅1-2份，阻燃剂5-10份；
所述水性硅丙自清洁面涂层包括如下原料组份：水性硅丙乳液50-65份，纳米TiO2分散液5-10份，分散剂1-3份，去离子水5-20份，消泡剂0.1-1份，杀菌剂0.1-0.3份，增稠剂0.1-1份。
2.如权利要求1所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，所述水性硅丙乳液包含如下成分：丙烯酸酯类单体35-55份、(甲基)丙烯酸羟乙酯4-5份、有机硅单体2-10份、乳化剂4-6份、引发剂0.2-0.4份、pH缓冲剂0.2-0.3份、三乙胺0.2-0.25份、水解抑制剂2-5份、去离子水41-50份。
3.如权利要求2所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，所述丙烯酸酯类单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸中的至少一种。
4.如权利要求2所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，所述有机硅单体为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三叔丁氧基硅烷中的至少一种。
5.如权利要求2所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠、辛烷基酚聚氧乙醚(OP-10)及JS-2中的至少一种。
6.如权利要求2所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，所述引发剂为过硫酸铵、亚硫酸氢钠及偶氮二异丁腈中的一种。
7.如权利要求2所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，所述pH缓冲剂为碳酸氢钠，所述水解抑制剂为丙二醇。
8.如权利要求1所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料，其特征在于，所述阻燃剂包括复合阻燃剂及阻燃剂添加物，所述复合阻燃剂为Mg(OH)2与Al(OH)3的混合物，其中Mg(OH)2:Al(OH)3＝0.4-2.5:1，所述阻燃剂添加物为三氧化二锑。
9.一种水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
制备水性丙烯酸乳液；
将所述水性丙烯酸乳液40-60份，纳米SiO2气凝胶10-25份，膨润土1-3份、软木粉5-8份，纳米ATO 0.2-1份，Sb2O3 1-5份，碳化硅1-2份，阻燃剂5-10份混合均匀后得到纳米SiO2气凝胶底涂层；
将所述水性硅丙乳液50-65份，纳米TiO2分散液5-10份，分散剂1-3份，去离子水5-20份，消泡剂0.1-1份，杀菌剂0.1-0.3份，增稠剂0.1-1份混合均匀后得到所述水性硅丙自清洁面涂层。
10.如权利要求9所述的水性钢构用阻燃隔热保温自清洁涂料的制备方法，其特征在于，其特征在于，制备水性丙烯酸乳液，包括下述步骤：
将去离子水、乳化剂、引发剂和pH缓冲剂混合后并升温至65-75℃形成第一混合溶液；
将丙烯酸酯类单体、有机硅单体、水解抑制剂及所述第一混合溶液混合均匀后升温至70-85℃，并保温反应2-3小时，形成第二混合溶液；
将所述第二混合溶液降温至45℃以下，用三乙胺调节pH至7-8，出料后得到所述水性硅丙乳液，其中：
所述水性硅丙乳液包含如下成分：丙烯酸酯类单体35-55份、(甲基)丙烯酸羟乙酯4-5份、有机硅单体2-10份、乳化剂4-6份、引发剂0.2-0.4份、pH缓冲剂0.2-0.3份、三乙胺0.2-0.25份、水解抑制剂2-5份、去离子水41-50份。
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