CN109370346B - 一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料及施工方法 - Google Patents

一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，由聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂、膨胀催化剂、发泡剂、成炭剂、钛白粉、防锈颜料、颜填料、助剂和水组成；其中，膨胀催化剂:发泡剂:成炭剂的质量比为3:1～1.2:0.9～1；所述聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂由反应活性的丙烯酸改性聚醚醚酮，通过ATRP自由基聚合反应合成；本发明制得的一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，具有优异的粘结强度、耐腐蚀性、耐磨性、耐水蒸气性、耐盐雾性、耐老化性、防火阻燃性能和机械性能，超过国标GB14907‑2002《钢结构防火涂料》所规定的技术要求；广泛用于建筑、化工、石油、电力、冶金、船舶、交通、航天等钢结构的防火防腐。

Description

一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料及施工方法
技术领域
本发明涉及一种水性防火涂料，尤其涉及到一种聚醚醚酮改性丙烯酸超薄型钢结构防火防腐水性涂料，属于水性功能涂料技术领域。
背景技术
建筑钢结构由于具有轻质高强、塑性和韧性好(利于抗震)、施工周期短、机械化程度高、对环境破坏小、建筑形式灵活多样及适用不同气候条件等优点，已越来越受到许多国家的青睐，特别是在高层建筑、大跨度结构和轻型结构等方面得到日益广泛的应用。作为钢铁产量大国的中国，随着国家经济建设发展的需要，钢结构作为一种理想的建筑结构，将在21世纪中国的建筑工程中发挥其独特且不可替代的作用。
钢结构虽然具有以上许多优点，但是钢结构还存在三大威胁：失稳、火灾和腐蚀。失稳可以在设计中解决，而火灾和腐蚀在实际应用中存在看不见的隐患，其危害不亚于前者。
据资料显示，裸露的钢结构在高温火陷中耐火极限不足0.25h，因此钢结构无法承受火灾造成的坍塌灾难性后果。在火灾的温度作用下，钢结构的强度是温度的函数，当钢结构的温度达到350℃、500℃、600℃时，其强度分别下降1/3、1/2、2/3，而当钢结构温度达到600℃以上时，将完全丧失承载能力。所以，对钢构件采取有效保护措施，使其免受高温火焰的直接灼烧，延缓坍塌时间，为消防救火提供宝贵的时间就显得十分重要。采用防火涂料进行阻燃的方法被认为是有效的措施之一。
全世界每年因金属腐蚀而造成的经济损失超过万亿美元，超过地震、水灾、台风等自然灾害总和的6倍。据中国科学院海洋研究所表示：中国一年的腐蚀损失高达3千亿美元，占国家GDP的3％以上。据专家表示，中国每年有1.15千亿美元的腐蚀损失可以避免；因此涂层作为钢结构最有效的保护措施得到广泛应用。
目前，世界各国对钢结构采用了多种方法进行防火保护，主要有涂敷钢结构防火涂料、粘贴无机防火板、喷涂无机纤维、粘贴纤维板、粘贴柔性板材及结构内部通水。在上述的几种方法中，涂敷钢结构防火涂料施工简单、重量轻、耐火时间长，而且不受钢结构几何形状的制约，具有良好的经济性和实用性。防火防腐涂料是一种多功能的涂料，除具有防火和装饰功能以外，还具有防腐的功能，是钢结构防火防腐保护中最有效的方法。
中国专利CN104987825A公开了一种改性聚氨酯耐磨防火涂料，其组成为：改性聚氨酯60-120份、α-甲基苯乙烯线性三聚物30-50份、三聚氰胺聚磷酸盐10-30份、聚磷酸铵2-8份、纳米硼酸锌3-5份、氢氧化镁3-9份、陶瓷微粉2-6份、蒙脱土4-8份、白刚玉微粉6-12份、氟化碳3-5份、过硫酸钠2-4份、氧化铝3-5份、硅微粉1-3份、钼酸钠1-5份、三聚磷酸铝1-5份、钛白粉1-3份、纳米硫酸钡2-6份、硬脂酸钙3-8份、季戊四醇1-3份、分散剂2-4份、硅烷偶联剂3-5份、抗氧剂2-5份、水16-23份；本发明提出的涂料具有耐磨和防火性能强，使用寿命长的特点。
中国专利CN102766391A公开了一种水性无卤超膨胀型钢结构防火涂料，其制备工艺：将水性环氧乳液20～30份、水性环氧固化剂3～5份和水性氨基树脂20～30份混合均匀后，再加入多聚磷酸酯20～30份、钛白粉5～10份、海泡石3～8份、硅酸铝纤维2～5份、助剂0.5～1份、水10～15份放在一起搅拌混合20～30min。所形成的防火涂料，涂层厚度超薄为2mm，膨胀倍率高达12～20％倍，耐火极限可达80～100min；该涂料的制备方法简单、无污染、成本低廉、应用广泛。
中国专利CN104130671A公开一种用于钢结构的水性超薄膨胀型防火涂料，其组成为：改性水性环氧乳液10～35份、固化剂：1～8份、苯丙乳液或硅丙乳液5～15份、聚磷酸铵10～20份、三聚氰胺6～12份、季戊四醇8～16份、阻燃剂5～15份、颜填料5～15份、助剂2～8份、水15～35份；其中，固化剂为酰胺化多胺、聚酰胺、多胺-环氧加成物中的任一种；颜填料为钛白粉、沉淀硫酸钡、高岭土、硅灰石粉、滑石粉、硅藻土、海泡石、玻化微珠、膨胀蛭石中的任三种或四种以上；阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、氧化镁、氧化锌、硼酸锌、三氧化二锑、磷酸三丁酯、磷酸铵、氯化石蜡、四溴双酚A、十溴二苯醚中的任意两种或三种以上；助剂为分散剂、消泡剂、乳化剂、流平剂、增稠剂、抗沉降剂、增塑剂、偶联剂中的任意三种或四种以上。本发明具有原材料成本较低、制备工艺简单、环保等特点。
中国专利CN101857760A公开了一种水性超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料，其组成为：有机硅改性丙烯酸酯乳液25.0～34.0％、多聚磷酸10.0～16.0％、三聚氰胺8.0～12.0％、季戊四醇5.0～8.0％、钛白粉2.0～3.0％、可膨胀石墨2.0～5.0％、防腐剂2.0～4.0％、陶瓷填料2.0～4.0％、消泡剂0.20～0.50％、分散剂0.20～0.50％、增稠剂1.0～3.0％、去离子水至100％；所述防腐剂为磷酸锌或磷酸铝；所述陶瓷填料为硼酸、硼酸锌、玻璃纤维、硅酸铝中的一种；本发明具有优异的防火性能的同时，又兼备防腐防锈的功能，耐水、耐酸碱性、耐腐蚀性能优良，可满足各种钢结构的防火防腐的要求。
中国专利CN102115627A公开了一种膨胀型钢结构防火防腐蚀涂料，其组成为：蒙脱土1～10份、FeCl3·6H2O 9.1～53份、吡咯或苯胺1～50份、十二烷基苯磺酸钠4.4～32份、表面处理剂0.65～2.8份、分散剂120.5～140.6份、基料树脂144.5～163.7份、增塑剂6.64～8.51份、脱水成炭催化剂103.7～127.5份、成炭剂71～94.5份、发泡剂47.6～55份、颜填料15.2～21.5份、防腐填料35.8～65.1份、流平剂4.6～7.2份、成膜助剂4.11～8.4份；利用插层结构的纳米蒙脱土/导电聚合物复合材料为导电填料，使该涂料具有优异的防腐蚀性能和防火功能。
发明内容
本发明采用一种聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂为成膜物质，提供一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料。
本发明所述的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂，首先合成具有反应活性的丙烯酸改性聚醚醚酮，然后通过ATRP自由基聚合反应引入聚醚醚酮结构单元，在丙烯酸分子骨架中含有一个酮键和两个醚键的重复单元，很有效地提高丙烯酸水性树脂固化后的硬度、耐腐蚀性、耐高温性、自阻燃性、耐水蒸汽性、耐老化性、耐磨性、电绝缘性、拉伸强度和机械性能。
本发明采取以下技术方案：本发明涉及一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，按重量百分比计，其组分为：聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂25.0～35.0％、膨胀催化剂24.0～30.0％、发泡剂7.5～12.0％、成炭剂7.0～10.0％、钛白粉3.0～5.0％、防锈颜料2.0～5.0％、颜填料3.0～5.0％、助剂2.0～8.0％、去离子水至100％；其中，膨胀催化剂:发泡剂:成炭剂质量比为3:1～1.2:0.9～1。
所述聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂，基于申请的发明专利“一种ATRP合成的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂”中所述，按重量份数计，其成分为：10.0～20.0份丙烯酸改性改性聚醚醚酮、30.0～60.0份软单体、6.0～12.0份硬单体、0.2～2.0份乳化剂、0.6～1.5份配体、1.0～2.0份催化剂、0.5～1.5份引发剂、去离子水50.0～80.0份。
所述聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂，采用ATRP自由基聚合反应制备，步骤如下：
将引发剂溶于去离子水中，配制成5％～10％的引发剂溶液；按配方重量比，依次将丙烯酸改性聚醚醚酮、催化剂、软单体、硬单体、乳化剂、配体、余下的去离子水加入到反应器中，通氮气0.5～1h，高速搅拌10～30min至乳化均匀，然后升温至60～110℃，滴加引发剂水溶液，在0.5～1h内滴加完毕，保持恒温继续反应6～12h，得所述的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂。
所述软单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。
所述硬单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种。
所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酸钾、油酸钠、琥珀酸酯磺酸钠、甘油硬脂酸酯、甘油油酸酯、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯酯、双十二烷基苯基醚二磺酸钠、月桂酸钠、OP-10、苯乙基酚聚氧乙烯醚、吐温中的至少一种。
所述配体为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、N,N,N’,N’,N”-五甲基丙烯酸甲酯基二乙烯基三胺、N,N,N’,N’,N”,N”-六甲基丙烯酸正丁酯基三乙烯基四胺、2,2’-联吡啶、N,N,N’,N’,N”-五甲基二乙烯基三胺、N,N,N’,N’,N”,N”-六甲基丙烯酸甲酯基三乙烯基四胺中的至少一种。
所述催化剂为溴化亚铜、氯化亚铜、溴化铜中的至少一种。
所述引发剂为4-[2-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)乙氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、4-[10-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)癸氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、4-[6-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)己氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、4-[10-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)辛氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、2-氯丙酰胺、2-溴丙酰胺、2-碘代丙烯酸甲酯、2-氯代丙腈、2-溴丙烯酸乙酯、2-溴丙烯酸甲酯、二溴丙烯酸乙酯、1-溴代乙腈、2-甲基-2-溴代丙烯酸乙酯、2-溴代异丁酸乙酯、2-溴丙烯酸乙酯、N,N-二乙基-2-溴代丙烯酰胺中的至少一种。
所述膨胀催化剂为聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺、磷酸二氢铵中的至少一种。
所述发泡剂为三聚氰胺、双氰胺、甘氨酸中的至少一种。
所述成炭剂为季戊四醇、二季戊四醇、蔗糖中的至少一种。
所述防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁红、氧化锌中的一种或几种的组合。
所述颜填料为滑石粉、硅石粉、高岭土、膨润土、硼砂、石棉粉中的一种或几种的组合。
涂层的耐火性能受原料的颗粒度影响很大，粒径越小，其膨胀倍数越大，耐火时间越长；要求组分中是固体粉料的其粒径为600～1000目。
所述助剂至少包括流平剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、防闪锈剂、防沉流变剂、pH调节剂中的一种或几种的组合。
超薄型钢结构防火防腐水性涂料的施工方法：
(1)对钢结构的除油、除锈、除污要达到国标所规定的表面质量；
(2)采用刷涂、辊涂、喷涂、淋涂、浸涂进行涂刷；
(3)要求涂刷6～10道，根据施工环境和条件，每道涂刷间隔时间为4～8h，每道干膜厚度为0.2～0.3mm，总干膜厚度为2.0±0.2mm。
本发明制得的一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，具有优异的粘结强度、耐腐蚀性、耐磨性、耐水蒸气性、耐盐雾性、耐老化性、防火阻燃性能和机械性能，超过国标GB14907-2002《钢结构防火涂料》所规定的技术要求。广泛用于建筑、化工、石油、电力、冶金、船舶、交通、航天等钢结构的防火防腐。
具体实施方式
本发明结合以下实施例对多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。
实施例1
一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，按重量份计，其组成为：聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂A30.0份、润湿剂0.2份、分散剂1.5份、聚磷酸铵24.5份、三聚氰胺8.5份、季戊四醇8.0份、钛白粉3.0份、三聚磷酸铝4.0份、高岭土3.0份、防闪锈剂1.0份、消泡剂0.1份、pH调节剂0.2份、丙二醇甲醚2.0份、防沉剂0.5份、去离子水13.5份。
其中，所述聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂A为发明专利“一种ATRP合成的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂”中的实施例4所述。
实施例2
一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，按重量份计，其组成为：聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂B 32.0份、润湿剂0.2份、分散剂2.0份、聚磷酸铵25.0份、双氰胺9.0份、二季戊四醇7.5份、钛白粉3.0份、三聚磷酸铝3.0份、滑石粉3.0份、磷酸锌2.0份、消泡剂0.1份、pH调节剂0.2份、丙二醇甲醚2.0份、防沉剂0.5份、去离子水10.5份。
其中，所述聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂B为发明专利“一种ATRP合成的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂”中的实施例5所述。
实施例3
一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，按重量份计，其组成为：聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂C 28.0份、润湿剂0.2份、分散剂1.6份、聚磷酸铵25.0份、三聚氰胺8.0份、蔗糖8.0份、钛白粉3.0份、三聚磷酸铝4.0份、滑石粉3.0份、氧化锌2.0份、消泡剂0.1份、pH调节剂0.2份、丙二醇甲醚2.0份、防沉剂0.5份、去离子水14.4份。
其中，所述聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂C为发明专利“一种ATRP合成的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂”中的实施例6所述。
对比例
一种有机硅改性丙烯酸超薄型钢结构防火防腐水性涂料，按重量份计，其组成为：有机硅改性丙烯酸水性树脂30.0份、润湿剂0.2份、分散剂1.5份、聚磷酸铵24.5份、三聚氰胺8.5份、季戊四醇8.0份、钛白粉3.0份、三聚磷酸铝4.0份、滑石粉3.0份、防闪锈剂1.0份、消泡剂0.1份、pH调节剂0.2份、丙二醇甲醚2.0份、防沉剂0.5份、去离子水13.5份。
按照相关标准，对本发明的实施例和对比例中的防火防腐水性涂料进行检测，其性能指标如表1所示。
表1：防火防腐水性涂料性能技术指标
Figure BDA0001814017260000081
Figure BDA0001814017260000091
尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，其特征在于：所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，按重量百分比计，其组分为：聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂25.0～35.0%、膨胀催化剂24.0～30.0%、发泡剂7.5～12.0%、成炭剂7.0～10.0%、钛白粉3.0～5.0%、防锈颜料2.0～5.0%、颜填料3.0～5.0%、助剂2.0～8.0%、去离子水至100%；其中，膨胀催化剂:发泡剂:成炭剂的质量比为3:1～1.2:0.9～1；所述膨胀催化剂为聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺、磷酸二氢铵中的至少一种；所述发泡剂为三聚氰胺、双氰胺、甘氨酸中的至少一种；所述成炭剂为季戊四醇、二季戊四醇、蔗糖中的至少一种；所述各组分中为固体粉料的其粒径为600～1000目；
所述的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂，按重量份数计，其成分为：10.0～20.0份丙烯酸改性聚醚醚酮、30.0～60.0份软单体、6.0～12.0份硬单体、0.2～2.0份乳化剂、0.6～1.5份配体、1.0～2.0份催化剂、0.5～1.5份引发剂、去离子水50.0～80.0份；其中，所述配体为N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、N,N,N’,N’,N”-五甲基丙烯酸甲酯基二乙烯基三胺、N,N,N’,N’,N”,N”-六甲基丙烯酸正丁酯基三乙烯基四胺、2,2’-联吡啶、N,N,N’,N’,N”-五甲基二乙烯基三胺、N,N,N’,N’,N”,N”-六甲基丙烯酸甲酯基三乙烯基四胺中的至少一种；所述催化剂为溴化亚铜、氯化亚铜、溴化铜中的至少一种；所述引发剂为4-[2-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)乙氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、4-[10-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)癸氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、4-[6-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)己氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、4-[10-(2-溴-2-甲基丙酰氧基)辛氧基]-4-氧代-2-磺酸基丁酸二钠、2-氯丙酰胺、2-溴丙酰胺、2-碘代丙烯酸甲酯、2-氯代丙腈、2-溴丙烯酸乙酯、2-溴丙烯酸甲酯、二溴丙烯酸乙酯、1-溴代乙腈、2-甲基-2-溴代丙烯酸乙酯、2-溴代异丁酸乙酯、2-溴丙烯酸乙酯、N,N-二乙基-2-溴代丙烯酰胺中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，其特征在于：所述防锈颜料为磷酸锌、三聚磷酸铝、铁红或氧化锌中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，其特征在于：所述颜填料为滑石粉、硅石粉、高岭土、膨润土、硼砂或石棉粉中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，其特征在于：所述助剂至少包括流平剂、润湿剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂、防闪锈剂、防沉流变剂、pH调节剂中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，其特征在于：所述乳化剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、油酸钾、油酸钠、琥珀酸酯磺酸钠、甘油硬脂酸酯、甘油油酸酯、月桂醇聚氧乙烯醚、月桂酸聚氧乙烯酯、双十二烷基苯基醚二磺酸钠、月桂酸钠、OP-10、苯乙基酚聚氧乙烯醚、吐温中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，其特征在于：所述软单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸异辛酯中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料，其特征在于：所述硬单体为苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异冰片酯中的至少一种。
8.一种如权利要求1所述聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂的制备方法，其特征在于：所述制备方法为ATRP自由基聚合反应，步骤如下：将引发剂溶于去离子水中，配制成5%～10%的引发剂溶液；按配方重量比，依次将丙烯酸改性聚醚醚酮、催化剂、软单体、硬单体、乳化剂、配体、余下的去离子水加入到反应器中，通氮气0.5～1h，高速搅拌10～30min至乳化均匀，然后升温至60～110℃，滴加引发剂水溶液，在0.5～1h内滴加完毕，保持恒温继续反应6～12h，得所述的聚醚醚酮改性丙烯酸水性树脂。
9.一种如权利要求1所述的多功能超薄型钢结构防火防腐水性涂料的施工方法，其特征在于：所述施工方法如下：
(1) 对钢结构的除油、除锈、除污要达到国标所规定的表面质量；
(2) 采用刷涂、辊涂、喷涂、淋涂、浸涂进行涂刷；
(3) 要求涂刷6～10道，根据施工环境和条件，每道涂刷间隔时间为4～8h，每道干膜厚度为0.2～0.3mm，总干膜厚度为2.0±0.2mm。
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Granted publication date: 20200825

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Pledgor: UNION (FOSHAN) CHEMICAL Co.,Ltd.

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