CN108753082B - 一种钢结构表面阻燃处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢结构表面阻燃处理工艺，包括以下步骤：(1)将钢结构表面的杂质污物彻底清除干净后，在钢结构表面涂上一层附着力促进剂；(2)在钢结构表面涂上底漆并待底漆干燥后，喷涂第一道钢结构膨胀型防火涂料，待第一道涂层完全干燥后再喷涂第二道钢结构膨胀型防火涂料，依次操作直至达到所需涂层总厚度，所述钢结构膨胀型防火涂料由以下重量份的组分制成：20～25份聚磷酸铵，15～20份三聚氰胺，25～30份季戊四醇，20～25份的水性硅丙乳液，3～5份纳米硅藻土分散液，1～2份六偏磷酸钠，3～5份改性玻璃短纤维，0.3～0.5份OP‑10乳化剂，25～30份去离子水。本发明施工工艺简单，可操作性强，涂层与钢结构表面附着力强，能显著提高钢结构阻燃性能。

Description

一种钢结构表面阻燃处理工艺
技术领域
本发明涉及钢结构阻燃技术领域，尤其是涉及一种钢结构表面阻燃处理工艺。
背景技术
钢结构作为现代建筑的主要形式，在常温下具有质量轻、强度高，抗震性能好，施工周期短，建筑工业化程度高，空间利用率大等优点。但钢结构建筑抗火性能差的特点也非常明显，因为钢材虽是一种不燃烧的材料，却是热的良导体，极易传导热量。钢材在温度超过300度以后，屈服点和极限强度显著下降，达到600度时强度几乎等于零。未加保护的钢结构在火灾情况下，只需15分钟，自身温度就会上升到540度以上，致使构件本身扭曲变形，导致建筑物明塌毁坏，变形后的钢结构也无法修复使用。因此，对钢结构必须采取防火保护措施，涂装防火涂料或阻燃剂。
例如，申请公布号CN105598020A的中国专利公开了一种室内薄型钢结构防火涂料施工工艺，包括以下步骤：钢结构表面的预处理和清洁；采用喷涂的方法在钢结构表面均匀涂刷防锈底漆，先涂刷一层醇酸红丹防锈底漆，涂刷完成后10h再涂刷第二层醇酸红丹防锈底漆，在第二层醇酸红丹防锈底漆术固化前喷涂石英砂粗骨料：选用超薄膨胀型防火涂料，施工前充分搅拌均匀，用高压喷枪喷涂钢构件，喷涂第一遍后，表干后24h进行第二遍喷涂。该施工工艺中直接将防锈底漆喷涂在钢结构表面，防锈底漆很难湿润钢结构表面，造成底漆与钢结构之间的附着力较差，易起皮，同时不易喷涂均匀，此外还要在第二层醇酸红丹防锈底漆未固化前喷涂石英砂粗骨料以提高阻燃性能，但石英砂粗骨料很难喷洒均匀，同时喷洒石英砂粗骨料后需要喷涂较厚的超薄膨胀型防火涂料，而石英砂粗骨料颗粒较大，极易造成涂料层出现针孔及流挂现象。
发明内容
本发明是为了解决现有技术的钢结构防火涂料施工工艺所存在的上述技术问题，提供了一种施工工艺简单，可操作性强，涂层与钢结构表面附着力强，能显著提高钢结构阻燃性能的钢结构表面阻燃处理工艺。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种钢结构表面阻燃处理工艺，包括以下步骤：
(1)将钢结构表面的杂质污物彻底清除干净后，在钢结构表面涂上一层附着力促进剂。本发明在清洁后的钢结构表面涂上一层附着力促进剂(表面预处理)以降低钢结构表面张力，使得钢结构表面更易湿润，提高底漆与钢结构表面之间的附着力。
(2)在钢结构表面涂上底漆并待底漆干燥后，喷涂第一道钢结构膨胀型防火涂料，待第一道涂层完全干燥后再喷涂第二道钢结构膨胀型防火涂料，依次操作直至达到所需涂层总厚度，所述钢结构膨胀型防火涂料由以下重量份的组分制成：20～25份聚磷酸铵，15～20份三聚氰胺，25～30份季戊四醇，20～25份的水性硅丙乳液，3～5份纳米硅藻土分散液，1～2份六偏磷酸钠，3～5份改性玻璃短纤维，0.3～0.5份OP-10乳化剂，25～30份去离子水。底漆种类和厚度可根据实际需要选择，底漆可为防锈漆、清漆等各种类型，本发明中提供了一种钢结构膨胀型防火涂料，基于涂层的耐候性、耐水性、黏结力、干燥时间、炭化层致密程度等多种因素考虑，本发明中的钢结构膨胀型防火涂料以水性硅丙乳液(有机硅-丙烯酸酯乳液)作为成膜物质，同时以经典的聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺(MEL)作为膨胀阻燃体系，并通过添加纳米硅藻土分散液和改性玻璃短纤维以改善钢结构膨胀型防火涂料的性能，其中纳米硅藻土分散液与水性硅丙乳液相容性好，且纳米硅藻土中的硅藻土均匀分散，能避免硅藻土发生团聚，纳米硅藻土主要由无定形的SiO2组成，其既能填充在涂层中的孔隙中阻止水的渗透，从而大大减弱阻燃剂(APP、PER、MEI)的水溶和盐析作用，又能提高炭层结构的致密性和高温稳定性，有利于提高涂料的耐高温性能和阻燃性，本发明中钢结构膨胀型防火涂料还需要控制纳米硅藻土分散液的加入量，纳米硅藻土分散液加入量太少，耐水效果差，纳米硅藻土分散液加入量太多，易使涂层开裂，在燃烧时使基材很快炭化，影响涂料的防火性能；改性玻璃短纤维在本发明中的钢结构膨胀型防火涂料中相容性好，可均匀分散，且不燃，可提高本发明中钢结构膨胀型防火涂料的耐高温及阻燃性能，同时改性玻璃短纤维可在炭化层中交织形成呈立体网状结构的支撑骨架，提高炭层的支撑强度，从而进一步提高本发明的阻燃效果；六偏磷酸钠为分散剂。
作为优选，所述附着力促进剂为Hydropalat 875。
作为优选，所述纳米硅藻土分散液通过以下方法制得：将10～15ml异丙醇与1.5～2ml水混合均匀后，滴加1～1.5ml硅烷偶联剂KH-570，充分搅拌至少1h后加入10～15g纳米硅藻土，超声分散即得纳米硅藻土分散液。在异丙醇水溶液中通过硅烷偶联剂KH-570对纳米硅藻土进行改性，以得到纳米硅藻土均匀分散的纳米硅藻土分散液，从而以保证纳米硅藻土在涂料基料中能均匀分散。
作为优选，所述改性玻璃短纤维通过以下方法制得：将甲醛加入四口烧瓶中并调节pH为5～6后，在搅拌状态下升温至60～70℃，加入尿素，回流至溶液至无色透明，升温至75～80℃并保温反应1.5～3h，调节pH为8～9后，降温至60℃以下，真空脱水至所需黏度，冷却，得浸润改性液，待用；将苯酚加入烧杯中并在水浴中加热至苯酚完全熔化为液体后，加入等体积的四氯乙烷等体积混合，搅拌均匀后加入玻璃短纤维分散均匀，得分散液；将分散液加入浸润改性液中浸润至少1h，过滤后烘干，得改性玻璃短纤维。本发明中先对玻璃短纤维用苯酚-四氯乙烷溶液进行分散，再用自制的浸润改性剂对玻璃短纤维进行包覆改性，使其表面形成一层树脂保护膜，不仅能使玻璃短纤维均匀分散在涂料的基料中，与基料的相容性好，而且还能实现玻璃短纤维单丝集束、保持原丝完整性，从而保证加强效果。
作为优选，所述尿素与甲醛的质量比为1：(5～6)。
作为优选，所述玻璃短纤维的加入量为四氯乙烷与苯酚总质量的30～50％。
作为优选，所述玻璃短纤维长度为0.5～1mm，直径为5～10μm。
作为优选，所述分散液与浸润改性液的质量比为1：(3～5)。
作为优选，所述涂层的喷涂厚度为0.5～2mm。
作为优选，步骤(2)中，喷涂时控制湿度≤85％，喷涂温度≥5℃。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)提供了一种钢结构表面阻燃处理工艺，在清洁后的钢结构表面涂上一层附着力促进剂以降低钢结构表面张力，使得钢结构表面更易湿润，提高底漆与钢结构表面之间的附着力，施工工艺简单，可操作性强；
(2)公开了一种钢结构膨胀型防火涂料，以水性硅丙乳液(有机硅-丙烯酸酯乳液)作为成膜物质，同时以经典的聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺作为膨胀阻燃体系，并添加了纳米硅藻土分散液和改性玻璃短纤维，配方合理科学，膨胀致密性、炭层强度、耐水性与阻燃性好，能显著提高钢结构阻燃性能。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，其中水性硅丙乳液购自南通生达化工有限公司，产品型号SD-528。
实施例1
(1)将钢结构表面的杂质污物彻底清除干净后，在钢结构表面涂上一层附着力促进剂(Hydropalat 875)；
(2)在钢结构表面涂上底漆(酚醛红丹防锈底漆)并待底漆干燥后，喷涂第一道厚度为0.5mm的钢结构膨胀型防火涂料，待第一道涂层完全干燥后再喷涂第二道厚度为0.5mm的钢结构膨胀型防火涂料，依次操作直至达到所需涂层总厚度，喷涂时控制湿度≤85％，喷涂温度≥5℃；钢结构膨胀型防火涂料由以下重量的组分制成：20kg聚磷酸铵，15kg三聚氰胺，25kg季戊四醇，20kg的水性硅丙乳液，3kg纳米硅藻土分散液，1kg六偏磷酸钠，3kg改性玻璃短纤维，0.3kgOP-10乳化剂，25kg去离子水；纳米硅藻土分散液通过以下方法制得：将10ml异丙醇与1.5ml水混合均匀后，滴加1ml硅烷偶联剂KH-570，充分搅拌至少1h后加入10g纳米硅藻土，超声分散即得纳米硅藻土分散液；改性玻璃短纤维通过以下方法制得：将甲醛加入四口烧瓶中并调节pH为5～6后，在搅拌状态下升温至60～70℃，加入尿素，尿素与甲醛的质量比为1：(5～6)，回流至溶液至无色透明，升温至75～80℃并保温反应1.5～3h，调节pH为8～9后，降温至60℃以下，真空脱水至所需黏度，冷却，得浸润改性液，待用；将苯酚加入烧杯中并在水浴中加热至苯酚完全熔化为液体后，加入等体积的四氯乙烷等体积混合，搅拌均匀后加入长度为0.5～1mm、直径为5～10μm的玻璃短纤维分散均匀，得分散液，玻璃短纤维的加入量为四氯乙烷与苯酚总质量的30～50％；将分散液加入浸润改性液中浸润至少1h，分散液与浸润改性液的质量比为1：(3～5)，过滤后烘干，得改性玻璃短纤维。
实施例2
(1)将钢结构表面的杂质污物彻底清除干净后，在钢结构表面涂上一层附着力促进剂(Hydropalat 875)；
(2)在钢结构表面涂上底漆并待底漆干燥后，喷涂第一道厚度为0.8mm的钢结构膨胀型防火涂料，待第一道涂层完全干燥后再喷涂第二道厚度为0.8mm的钢结构膨胀型防火涂料，依次操作直至达到所需涂层总厚度，喷涂时控制湿度≤85％，喷涂温度≥5℃；钢结构膨胀型防火涂料由以下重量的组分制成：23kg聚磷酸铵，18kg三聚氰胺，28kg季戊四醇，28kg的水性硅丙乳液，4kg纳米硅藻土分散液，1.2kg六偏磷酸钠，3.5kg改性玻璃短纤维，0.4kgOP-10乳化剂，28kg去离子水；纳米硅藻土分散液通过以下方法制得：将12ml异丙醇与1.8ml水混合均匀后，滴加1.2ml硅烷偶联剂KH-570，充分搅拌至少1h后加入12g纳米硅藻土，超声分散即得纳米硅藻土分散液；改性玻璃短纤维通过以下方法制得：将甲醛加入四口烧瓶中并调节pH为5.5后，在搅拌状态下升温至65℃，加入尿素，尿素与甲醛的质量比为1：5.5，回流至溶液至无色透明，升温至78℃并保温反应2h，调节pH为8.5后，降温至60℃以下，真空脱水至所需黏度，冷却，得浸润改性液，待用；将苯酚加入烧杯中并在水浴中加热至苯酚完全熔化为液体后，加入等体积的四氯乙烷等体积混合，搅拌均匀后加入长度为0.8mm、直径为6μm的玻璃短纤维分散均匀，得分散液，玻璃短纤维的加入量为四氯乙烷与苯酚总质量的40％；将分散液加入浸润改性液中浸润至少1h，分散液与浸润改性液的质量比为1：4，过滤后烘干，得改性玻璃短纤维。
实施例3
(1)将钢结构表面的杂质污物彻底清除干净后，在钢结构表面涂上一层附着力促进剂(Hydropalat 875)；
(2)在钢结构表面涂上底漆并待底漆干燥后，喷涂第一道厚度为2mm的钢结构膨胀型防火涂料，待第一道涂层完全干燥后再喷涂第二道厚度为2mm的钢结构膨胀型防火涂料，依次操作直至达到所需涂层总厚度，喷涂时控制湿度≤85％，喷涂温度≥5℃；钢结构膨胀型防火涂料由以下重量的组分制成：25kg聚磷酸铵，20kg三聚氰胺，30kg季戊四醇，25kg的水性硅丙乳液，5kg纳米硅藻土分散液，2kg六偏磷酸钠，5kg改性玻璃短纤维，0.5kgOP-10乳化剂，30kg去离子水；纳米硅藻土分散液通过以下方法制得：将15ml异丙醇与2ml水混合均匀后，滴加1.5ml硅烷偶联剂KH-570，充分搅拌至少1h后加入15g纳米硅藻土，超声分散即得纳米硅藻土分散液；改性玻璃短纤维通过以下方法制得：将甲醛加入四口烧瓶中并调节pH为6后，在搅拌状态下升温至70℃，加入尿素，尿素与甲醛的质量比为1：6，回流至溶液至无色透明，升温至80℃并保温反应3h，调节pH为9后，降温至60℃以下，真空脱水至所需黏度，冷却，得浸润改性液，待用；将苯酚加入烧杯中并在水浴中加热至苯酚完全熔化为液体后，加入等体积的四氯乙烷等体积混合，搅拌均匀后加入长度为1mm、直径为10μm的玻璃短纤维分散均匀，得分散液，玻璃短纤维的加入量为四氯乙烷与苯酚总质量的50％；将分散液加入浸润改性液中浸润至少1h，分散液与浸润改性液的质量比为1：5，过滤后烘干，得改性玻璃短纤维。
对实施例1～3中的膨胀型防火涂料进行自由膜浸泡试验和阻燃试验，以目前现有的膨胀型防火涂料(以重量份计配方为：21份聚磷酸铵，10.5份三聚氰胺，3.5份季戊四醇，6份金红石型钛白粉，25份苯丙乳液，4份10％六偏磷酸钠，0.5份0P-10乳化剂，3.5份40％羧甲基纤维素，26份去离子水)作为对比例，其中自由膜浸泡试验和阻燃试验的具体方法为：
自由膜浸泡试验：将实施例1～3及对比例中的钢结构膨胀型防火涂料分别以24h的间隔时间分3次涂覆于钢板上，涂膜厚为1mm，自然干燥7h后取下涂膜进行试验，涂膜每种样品制成3个(计算失重率时取平均值)放入蒸馏水中进行静态浸泡试验，每隔24h，将样品取出用脱脂棉擦去污物，用滤纸吸去涂膜表面的水分，在25℃空气中风干1h后称重，由下式计算单位表面的失重率：△W＝(W1-W2)/W1×100％，式中，△W为失重率，W1为浸水前涂膜的质量(mg)，W2为浸水后涂膜的质量(mg)，得到的实验结果如表1所示。
阻燃试验：选用尺寸120×120×5mm的三层胶合木板作为基板，在基板一面中间100×100mm的正方形区域内涂覆实施例1～3及对比例中的钢结构膨胀型防火涂料，湿涂覆总量为500g/m2，分三次(每次间隔24h)均匀涂覆、干燥7天。干燥固化后，漆膜厚度lmm左右，每组重复涂刷3块作为试样，按照大板燃烧测试法(GB/T15442.2-1995)进行测试，得到的实验结果如表1所示。
表1自由膜浸泡试验和阻燃试验测试结果
Figure BDA0001677776810000081
从表1看出，实施例1～3中的钢结构膨胀型防火涂料其耐水性能与阻燃性能明显优于对比例中的同阻燃体系的防火涂料，由此可知在对钢结构表面阻燃处理时使用本发明中的钢结构膨胀型防火涂料能显著提高钢结构的耐水性能与阻燃性能，使得钢结构的防火效果更为长久。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (3)

1.一种钢结构表面阻燃处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将钢结构表面的杂质污物彻底清除干净后，在钢结构表面涂上一层附着力促进剂Hydropalat 875；
（2）在钢结构表面涂上底漆并待底漆干燥后，喷涂第一道钢结构膨胀型防火涂料，待第一道涂层完全干燥后再喷涂第二道钢结构膨胀型防火涂料，依次操作直至达到所需涂层总厚度，喷涂时控制湿度≤85%，喷涂温度≥5℃；所述钢结构膨胀型防火涂料由以下重量份的组分制成：20~25份聚磷酸铵，15~20份三聚氰胺，25~30份季戊四醇，20~25份的水性硅丙乳液，3~5份纳米硅藻土分散液，1~2份六偏磷酸钠，3~5份改性玻璃短纤维，0.3~0.5份OP-10乳化剂，25~30份去离子水；所述纳米硅藻土分散液通过以下方法制得：将10~15ml异丙醇与1.5~2ml水混合均匀后，滴加1~1.5ml硅烷偶联剂KH-570，充分搅拌至少1h后加入10~15g纳米硅藻土，超声分散即得纳米硅藻土分散液；所述改性玻璃短纤维通过以下方法制得：将甲醛加入四口烧瓶中并调节pH为5~6后，在搅拌状态下升温至60~70℃，加入尿素，所述尿素与甲醛的质量比为1：（5~6），回流至溶液至无色透明，升温至75~80℃并保温反应1.5~3h，调节pH为8~9后，降温至60℃以下，真空脱水至所需黏度，冷却，得浸润改性液，待用；将苯酚加入烧杯中并在水浴中加热至苯酚完全熔化为液体后，加入等体积的四氯乙烷混合，搅拌均匀后加入玻璃短纤维分散均匀，所述玻璃短纤维的加入量为四氯乙烷与苯酚总质量的30~50%，得分散液；将分散液加入浸润改性液中浸润至少1h，所述分散液与浸润改性液的质量比为1：（3~5），过滤后烘干，得改性玻璃短纤维。
2.根据权利要求1所述的一种钢结构表面阻燃处理工艺，其特征在于，所述玻璃短纤维长度为0.5~1mm，直径为5~10μm。
3.根据权利要求1所述的一种钢结构表面阻燃处理工艺，其特征在于，所述涂层的喷涂厚度为0.5~2mm。
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