CN109762403A - 一种环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，涉及阻燃剂及防火涂料领域。该涂料包括苯丙乳液，聚磷酸铵，三聚氰胺，季戊四醇，六偏磷酸钠，香蕉树皮纤维，该涂料该防火涂料具有良好的膨胀效果，耐火性能；该防火涂料的抑烟效果完全符合GB/T8627—1999；该组分防火涂料利用天然材料作为抑烟剂，可有效利用香蕉树皮产量，也能做到安全无污染，无毒无公害。

Description

一种环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料

技术领域

本发明涉及本发明涉及阻燃剂及防火涂料领域，具体为一种环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料。

背景技术

阻燃涂料被归为消防产品中的重要一类，其中钢结构阻燃涂料应用广泛。在我国高层建筑中钢结构建筑占了37％，如高速增长的机场、商业圈、游乐场、体育中心、大型的工厂厂房等建筑物和超高层楼房等，其都广泛采用钢结构阻燃涂料。钢材虽是一种不会燃烧的材料，但却是热的优良导体，极易传导热量，普通建筑钢的热导率高达，6.763W/(m·K)。另外钢材的机械强度是温度的函数，温度上升，其机械强度迅速下降。当温度上升到钢材的临界温度时，钢材将失去承载能力。

钢结构防火涂料包含膨胀型和非膨胀型，其中膨胀型阻燃涂料涂盖在钢构件上的防火涂料受热，迅速膨胀形成泡沫层，其热导率很低，泡沫层将火焰与基材隔开，延滞了热量传向被保护的基材的速度；在涂层产生泡沫层的过程中，发生吸热反应，因而吸收掉了大量的热量；涂料中的有些组分温度升高，发生反应并生成阻燃气体，为降低体系的温度提供了条件，以此对基材起到隔热保护作用。所以，通过防火涂料的阻燃功能，起到保护钢结构的作用，其温度不会迅速升高至耐火极限造成扭曲变形导致建筑物坍塌。

防火涂料，按其涂层厚度又可分为H、B、CB三类。H类为厚涂型钢结构防火涂料，涂层厚度为0.8～5cm，涂层表面粗糙，密度较小，热导率低，耐火极限可达30～180min；B类为薄型钢结构防火涂料，涂层厚度一般为0.3～0.7cm，有一定装饰效果，高温时膨胀形成耐火隔热层，耐火极限可达30～90min；CB类为超薄型钢结构防火涂料，涂层厚度在0.3cm以下，具有较好的装饰效果，高温时膨胀形成耐火隔热层耐火极限要求为30～90min。

膨胀型钢结构防火涂料由基料、分散介质、阻燃剂、填料、助剂（增塑剂、稳定剂、防水剂、防潮剂等）组成。基料是主要成膜物质，对涂料的性能起决定性的作用。阻燃剂是防火涂料能起到防火作用的关键组分，由脱水剂（酸源）、成碳剂（碳源）、发泡剂（受热分解出不燃性气体）组成，在受热时能吸收大量的热，释放出捕获燃烧产生的自由基及不燃性气体，或形成隔热隔氧且热导率很低的膨胀碳化层。

抑烟剂是抑制各种材料在燃烧中产生的烟雾和有害气体的化学物质，经过特殊的化学作用，能够使阻燃材料在燃烧时的生烟量降低百分之五十至百分之九十，还可以在一定程度上提高阻燃性和氧指数。抑烟剂包括：过渡金属氧化物（氧化亚铜、氧化铜、氧化锌、氧化铁等），有机金属化合物（二茂铁等）、金属氢氧化物（氢氧化铝、氢氧化镁、水滑石等），金属盐类化合物（锡酸锌、硼酸锌、铬酸铜、钼酸铵、钼酸蜜胺等）

在未来的发展中，阻燃涂料将会朝更环保、更实用、性能更优良的方向发展。开发耐火性能更好、时限更长、黏结力更高、装饰效果更好的阻燃涂料。研发膨胀型和非膨胀型兼容的钢结构阻燃涂料，改革传统配方，加入膨胀型物质与无机添加剂在基础配方中，使涂层在高温火焰燃烧的过程中，形成膨胀率更低的炭化层，提升涂料的耐火性等理化性能。研制环境友好的膨胀型钢结构防火涂料。这些年来，人们的环境保护意识不断加强，绿色阻燃涂料进入了大众的视野，传统阻燃体系由于有害环境会慢慢地退出历史舞台。

发明内容

本发明贴合涂料的发展趋势，顺应时代对消防安全产品的需要，香蕉树皮的主要成分为纤维素，燃烧后生成二氧化碳和水，满足抑烟剂的要求，通过对含有香蕉纤维的防火涂料进行烟密度测试和垂直燃烧测试，并配制一种环境友好，低烟，低耗氧，耐火性良好且经济的膨胀型钢结构用防火涂料。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，本发明公开了一种环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，该涂料包括阻燃剂，所述阻燃剂包括基料、脱水剂、成碳剂、发泡剂和抑烟剂，所述抑烟剂为香蕉树皮纤维。基料是组成涂料的基础，是主要成膜物质；所述脱水剂，为酸源，是促进涂层产生不易燃烧的碳化层的物质，该碳化层的形成有阻止或减缓火灾蔓延的作用；所述成碳剂，为碳源，能促进和改变热分解进程，使含有羟基的化合物脱水碳化，形成不易燃烧的泡沫碳化层，对泡沫碳化层起骨架作用；所述发泡剂，遇高温受热时能分解释放出氨气、二氧化碳、水、卤化氢等不燃性气体，膨胀起碳质层形成多孔的不燃碳质泡沫，发泡剂可以是用三聚氰胺、双氰胺、碳酸铵、聚磷酸铵、尿素等含氮化合物，可以是氯化石蜡、氯化联苯；磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸脲、磷酸蜜胺等既是酸源，也是发泡剂。

上述环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，作为优选的，所述基料为苯丙乳液。

上述环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，作为优选的，所述脱水剂为聚磷酸铵，所述成碳剂为季戊四醇，所述发泡剂为三聚氰胺。该助燃剂为P-N-C膨胀阻燃体系，包含聚磷酸铵（APP）、季戊四醇（PER）和三聚氰胺（MEL）。

上述环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，作为优选的，所述阻燃剂按质量份数比重组成：苯丙乳液：12.5份，聚磷酸铵：12份，三聚氰胺：5.6份，季戊四醇：3份，六偏磷酸钠：2份，香蕉树皮纤维：1.3-1.7份。

上述环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，作为优选的，该涂料还包括溶剂，所述溶剂与阻燃剂混合成粘稠状。

上述环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，作为优选的，所述溶剂为水，所述溶剂按质量份数占9-11份。

上述环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，作为优选的，所述香蕉树皮纤维是由香蕉树皮制得的粒径为80目的香蕉树皮粉末。具体筛孔尺寸为0.178mm。

上述环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，作为优选的，所述香蕉树皮粉末的加工步骤包括：

S1将香蕉树皮进行剪碎处理，处理后的香蕉树皮碎片为指甲盖大小；

S2将香蕉树皮碎片投入球磨机中进行研磨处理，时间约为12h，使得70%的香蕉树皮碎片已成粉末状；

S3用80目的筛网处理香蕉树皮粉末；

S4将经过S3步骤后仍未达到要求的香蕉树皮投入搅拌机中进行搅拌后，再重复S3步骤。

本发明与现有技术相比具有以下优点：该防火涂料具有良好的膨胀效果，耐火性能；该防火涂料完全满足在GB/T8627—1999的规定中，防火涂料属于A级材料，烟密度等级（SDR）必须≤15。据烟密度实验的重要补充说明中，每一组实验开始前待“当前烟密度值”稳定在17-20左右再进行实验，所以根据实验结果，其抑烟效果完全符合GB/T8627—1999；该组分防火涂料利用天然材料作为抑烟剂，可有效利用香蕉树皮产量，也能做到安全无污染，无毒无公害。

具体实施方式

下面将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他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：本发明公开了一种环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，包括该涂料按质量份数比重组成：苯丙乳液：12.5份，聚磷酸铵：12份，三聚氰胺：5.6份，季戊四醇：3份，六偏磷酸钠：2份，香蕉树皮纤维：1.3-1.7份，水：份数占9-11份。

香蕉树皮纤维的化学成分主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成，而纤维素占58.5%～76.1%，半纤维素占28.5%～29.9%，而纤维素属于多糖，即为多羟基化合物，充分燃烧后生成二氧化碳，符合抑烟剂的作用，所以据此初步认为香蕉纤维具有抑烟作用，并进行实验验证和分析。

基于上述思路，为更好地将香蕉树皮制备成香蕉树皮纤维，以将其应用在环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，所述香蕉树皮纤维制得成为粒径小于或等于0.0178毫米的粉末。

加工方法如下：S1将香蕉树皮进行剪碎处理，处理后的香蕉树皮碎片为指甲盖大小；S2将香蕉树皮碎片投入球磨机中进行研磨处理，时间约为12h，使得70%的香蕉树皮碎片已成粉末状；S3用80目的筛网处理香蕉树皮粉末；S4将经过S3步骤后仍未达到要求的香蕉树皮投入搅拌机中进行搅拌后，再重复S3步骤。

为验证实施例中配方的抑烟效果，本发明采用了烟密度实验和水平垂直燃烧法。烟密度是指材料在规定的试验条件下发量，它用透过光强衰减烟密度是指材料在规定的试验条件下发量，它用透过光强衰减来描述的。烟密度检测方法分两类：质量法和消光法。本发明采用消光法，主要通过测量烟雾的透光率，计算烟的光密度来评价生烟的量，实际生活中材料烟密度大小很程度决定了火灾时人员的疏散和火源的扑灭难度，烟密度越大，难度越高；烟密度越小，难度越低。水平垂直燃烧法，对阻燃涂料进行长时间高温燃烧，能确定涂料的燃烧耐火时间和最高温度以及膨胀系数，对膨胀型钢结构阻燃涂料的防火性能进行评定。其中，消光法烟密度实验选用JCY-3建材烟密度测试仪（南京炯雷仪器设备有限公司）；水平垂直燃烧法，选定了CZF-3水平垂直燃烧测定仪（南京炯雷仪器设备有限公司）。

由实施例，将聚磷酸铵：12g，三聚氰胺：5.6g，季戊四醇：3g，六偏磷酸钠：2g，水：10g，苯丙乳液为12.5g。不加香蕉树皮的防火涂料标记为E，香蕉树皮的量以等梯度0.5g递增，为标为防火涂料XN（N=1.2.3），其中为了混合充分，蒸馏水适量增加。组分分组如下表：

	聚磷酸铵/g	三聚氰胺/g	季戊四醇/g	苯丙乳液/g	六偏磷酸/g	蒸馏水/g	香蕉树皮/g
								E	12	5.6	3	12.5	2	10	0
X1	12	5.6	3	12.5	2	10	0.5
								X2	12	5.6	3	12.5	2	10	1
X3	12	5.6	3	12.5	2	10	1.5
								X4	12	5.6	3	12.5	2	10	2
X5	12	5.6	3	12.5	2	10	2.5
								X6	12	5.6	3	12.5	2	10	3
X7	12	5.6	3	12.5	2	10	3.5
								X8	12	5.6	3	12.5	2	12	4
X9	12	5.6	3	12.5	2	12	4.5
								X10	12	5.6	3	12.5	2	12	5
X11	12	5.6	3	12.5	2	12	5.5
								X12	12	5.6	3	12.5	2	15	6
X13	12	5.6	3	12.5	2	15	6.5
								X14	12	5.6	3	12.5	2	15	7
X15	12	5.6	3	12.5	2	15	7.5

将不同组分的防火涂料涂刷到预处理过的钢板。用稀盐酸浸泡钢板进行除锈，浸泡时间约为2h，钢板全身为黑色，即说明除锈完成，除锈过后，再把钢板放入装有水的烧杯中隔绝空气，防止钢板表面的二次氧化，待使用时再取出钢板放入电热恒温鼓风干燥箱中干燥，等到钢板完全干燥后，把配制完毕的防火涂料用小铲均匀地涂抹在钢板上，只涂刷一面，另一面用来在水平垂直燃烧时测温，涂刷完毕后放在通风处晾置24h左右，再用游标卡尺测量涂层的厚度。以上准备工作完毕，就可以进行水平垂直燃烧实验和烟密度的测试。

经过消光法烟密度实验，得出不同组分的最大烟密度（MSD），烟密度等级（SDR）如下表：

组别	香蕉树皮用量/g	最大烟密度/MSD	烟密度等级/SDR	组别	香蕉树皮用量/g	最大烟密度/MSD	烟密度等级/SDR
								E	0	33.11	25.06	X8	4	33.93	22.15
X1	0.5	23.72	18.29	X9	4.5	27.39	20.35
								X2	1	28.85	21.52	X10	5	22.62	16.83
X3	1.5	23.72	17.07	X11	5.5	28.58	20.91
								X4	2	25.00	18.97	X12	6	29.17	20.35
X5	2.5	26.93	20.05	X13	6.5	26.79	17.88
								X6	3	28.21	21.72	X14	7	37.50	25.41
X7	3.5	29.76	19.81	X15	7.5	42.27	30.24

由以上数据可以得出，当香蕉树皮含量为0.5g，1.5g，5g和6.5g时，其最大烟密度和烟密度等级较低。

根据烟密度实验结果，选择了4组烟密度等级最低的组别（X1,X3,X10,X13）进行水平垂直燃烧实验，用CZF-3水平垂直燃烧测定仪对钢板进行垂直燃烧，用SDF-2型防火涂料测试仪的温度计测出钢板背面达到的最高温度以及所需要的时间。每块钢板烧完后，计算每组的膨胀系数。通过对比，遴选出一个最高温度低，达到最高温度的时间长且膨胀系数最大的组别作为最佳配方。测试结果为：

	裸钢+涂层（cm）	最终总厚度（cm）	涂层厚度（cm）	膨胀系数	烟密度等级SDR
						X1	0.70	2.59	0.20	10.45	18.29
X3	0.73	2.40	0.23	8.25	17.07
						X10	0.74	1.25	0.24	3.18	16.83
X13	0.72	1.70	0.22	5.45	17.88

由上述图表中我们可以看出X1的膨胀倍数最高，X3相差不多，X10的膨胀效果最不理想，从综合烟密度测试以及膨胀系数的测试结果来看，可以从X1和X3选为最佳配方，再结合耐火性能实验结果，X3是最佳配方，即含有香蕉树皮的最佳阻燃涂料配方为12.5g苯丙乳液，5.6g的三聚氰胺（MEL），3g的季戊四醇（PER），12g的聚磷酸铵（APP），2g的六偏磷酸钠，1.5g的香蕉树皮,10g蒸馏水。

该涂料配方为，按重量计为：苯丙乳液：12.5g，聚磷酸铵：12g，三聚氰胺：5.6g，季戊四醇：3g，六偏磷酸钠：2g，香蕉树皮纤维：1.5g，水：份数占10g。则该涂料按质量份数比重组成：苯丙乳液：12.5份，聚磷酸铵：12份，三聚氰胺：5.6份，季戊四醇：3份，六偏磷酸钠：2份，香蕉树皮纤维：1.3-1.7份，水：份数占9-11份。

该防火涂料具有良好的膨胀效果，耐火性能；该防火涂料完全满足在GB/T8627—1999的规定中，防火涂料属于A级材料，烟密度等级（SDR）必须≤15。据烟密度实验的重要补充说明中，每一组实验开始前待“当前烟密度值”稳定在17-20左右再进行实验，所以根据实验结果，其抑烟效果完全符合GB/T8627—1999；该组分防火涂料利用天然材料作为抑烟剂，可有效利用香蕉树皮产量，也能做到安全无污染，无毒无公害。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，该涂料包括阻燃剂，所述阻燃剂包括基料、脱水剂、成碳剂、发泡剂和抑烟剂，所述抑烟剂为香蕉树皮纤维。

2.根据权利要求1所述的环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，所述基料为苯丙乳液。

3.根据权利要求2所述的环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，所述脱水剂为聚磷酸铵，所述成碳剂为季戊四醇，所述发泡剂为三聚氰胺。

4.根据权利要求3所述的环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，所述阻燃剂按质量份数比重组成：苯丙乳液：12.5份，聚磷酸铵：12份，三聚氰胺：5.6份，季戊四醇：3份，六偏磷酸钠：2份，香蕉树皮纤维：1.3-1.7份。

5.根据权利要求4所述的环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，该涂料还包括溶剂，所述溶剂与阻燃剂混合成粘稠状。

6.根据权利要求5所述的环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，所述溶剂为水，所述溶剂按质量份数占9-11份。

7.根据权利要求1-6任一权利要求所述的环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，所述香蕉树皮纤维是由香蕉树皮制得的粒径为80目的香蕉树皮粉末。

8.根据权利要求7所述的环境友好型膨胀型钢结构用防火涂料，其特征在于，所述香蕉树皮粉末的加工步骤包括：

S1将香蕉树皮进行剪碎处理，处理后的香蕉树皮碎片为指甲盖大小；

S2将香蕉树皮碎片投入球磨机中进行研磨处理，时间约为12h，使得70%的香蕉树皮碎片已成粉末状；

S3用80目的筛网处理香蕉树皮粉末；

S4将经过S3步骤后仍未达到要求的香蕉树皮投入搅拌机中进行搅拌后，再重复S3步骤。