CN110343457A - 一种钢结构用自清洁、防火多功能涂料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钢结构用自清洁、防火多功能涂料及制备方法，多功能涂料包括组分A和组分B，组分B包括固化剂，组分A由包括按质量份计的下述组分制备而成：有机硅改性水性聚氨酯树脂30‑40份；改性纳米二氧化钛3‑8份；氢氧化物无机阻燃剂5‑10份；膨胀型阻燃剂25‑40份。本发明采用有机硅改性水性聚氨酯树脂作为成膜基材，可以同时兼具有机硅与聚氨酯的优点，表现出良好的耐热与机械性能，同时在配方中加入了改性纳米二氧化钛，增加了涂料的疏水性，提高了自清洁能力，使得涂料可兼具防火与自清洁功能。

Description

一种钢结构用自清洁、防火多功能涂料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种钢结构用涂料，尤其涉及一种钢结构用自清洁、防火多功能涂料及制备方法。
背景技术
近年来，钢结构以其强度高、自重轻、良好的延伸性、抗震性、施工周期短等优点，在建筑业中得到了广泛应用。然而，在超过600℃的环境温度下，未受保护的普通建筑钢的耐火极限约为10分钟，不符合消防安全规范的要求。因此钢结构的防火保护显得极为重要。
随着工业化进程的加快，环境污染问题日益加剧，其中粉尘与气体污染尤为严重，造成钢结构材料不美观、增加自重、存在安全隐患等问题，且室外的钢结构材料一般比较高大，不易进行清洗，因此开发一种只需用水冲洗，或者只要下雨天气钢结构马上就能焕然一新的涂料具有很大的市场。
目前钢结构涂料一般只能达到防火或自清洁等单一功能，但是随着工业的快速发展，我们对钢结构材料提出了更高的要求，为了适应钢结构材料的多层次需求，开发一种既能防火、又可自清洁的多功能涂料将具有很大的市场前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种既能防火、又可自清洁的钢结构用多功能涂料及制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种钢结构用自清洁、防火多功能涂料，包括组分A和组分B，组分B包括固化剂，组分A由包括按质量份计的下述组分制备而成：
有机硅改性水性聚氨酯树脂30-40份；
改性纳米二氧化钛3-8份；
氢氧化物无机阻燃剂5-10份；
膨胀型阻燃剂25-40份。
进一步的，所述有机硅改性水性聚氨酯树脂采用下述步骤制备：首先制备含亲水基团的聚氨酯预聚体，然后与三羟甲基丙烷反应，之后加入硅烷偶联剂进行偶联，最后与二元胺反应得到。
进一步的，所述改性纳米二氧化钛为氟硅烷改性纳米二氧化钛。
进一步的，所述氟硅烷改性纳米二氧化钛是将十三氟辛基三甲氧基硅烷和液相法得到的纳米二氧化钛反应得到。
进一步的，所述氢氧化物无机阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁。
进一步的，所述膨胀型阻燃剂酸源为聚磷酸铵，炭源为季戊四醇，气源为三聚氰胺。
进一步的，组分A还包括：pH调节剂、分散剂和消泡剂。
进一步的，组分A还包括：钛白粉、云母粉、防腐剂、防闪锈剂、去离子水和增稠剂，各组分及质量份如下表：
本发明还提供一种所述钢结构用自清洁、防火多功能涂料的制备方法，包括下述的步骤：将组分1搅拌分散均匀，加入组分2调节pH值为9.5-10；边搅拌边加入组分3和组分4，分散均匀；边搅拌边加入组分5到14，搅拌研磨至细度为20微米以下，加入的过程中用组分15调节稠度。
进一步的，最后用组分16调节稠度至涂-4杯流出时间为50-60秒。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用有机硅改性水性聚氨酯树脂作为成膜基材，可以同时兼具有机硅与聚氨酯的优点，表现出良好的耐热与机械性能，同时在配方中加入了改性纳米二氧化钛，增加了涂料的疏水性，提高了自清洁能力，使得涂料可兼具防火与自清洁功能。
采用氢氧化物无机阻燃剂(氢氧化铝、氢氧化镁)与膨胀型阻燃剂的协同作用，氢氧化物无机阻燃剂在200-400℃通过受热分解生成HO2可以吸收大量的潜热，稀释可燃气体，同时生成的氧化铝、氧化镁又是良好的耐火材料，可以进一步促进良好膨胀碳层的形成，也提高炭层的抗氧化性能。弥补了膨胀体系在高温下，所形成的碳层容易氧化，导致脱离基底，降低防火性能的缺陷。
氢氧化物无机阻燃剂热分解不会产生有毒有害气体，又可以促进催化聚磷酸铵和季戊四醇的酯化反应，从而提高表面的动力学和酸性活性，促进膨胀碳层的生成。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明一个具体实施方式的有机硅改性水性聚氨酯树脂采用下述步骤制备：首先制备含亲水基团的聚氨酯预聚体，然后与三羟甲基丙烷反应，之后加入硅烷偶联剂进行偶联，最后与二元胺反应得到。下述实施例中，有机硅改性水性聚氨酯树脂合成方法：
将聚酯多元醇加入到反应器中，真空脱水，升温至85℃后慢慢滴加二异氰酸酯，反应2h，降温至60℃，将干燥的多羟基羧酸加入到容器中，滴加二元醇单体，滴加时间0.5～1小时后，升温至70～80℃，反应3h，期间加入稀释剂，获得含亲水基团的聚氨酯预聚体。降温至65℃，加入三羟甲基丙烷，升温至70℃，反应1h，再降温至50℃，加入有机胺中和成盐、硅烷偶联剂，搅拌反应30min，加入去离子水，再次加入二元胺，搅拌30min，获得有机硅改性的水性聚氨酯树脂。
本发明一个具体实施方式的性纳米二氧化钛为氟硅烷改性纳米二氧化钛，将十三氟辛基三甲氧基硅烷和液相法得到的纳米二氧化钛反应得到。下述实施例中，改性纳米二氧化钛的合成方法：
将水、乙醇、冰醋酸质量按照2:4:1混合均匀得溶液A，钛醇乙酯、乙醇按照质量比1:4混合均匀得溶液B，然后将溶液加入到溶液B中，调节pH为3，搅拌反应2h，再加入十三氟辛基三甲氧基硅烷，在50℃下反应2h，过滤制得氟硅烷改性纳米二氧化钛材料。
膨胀型阻燃剂中：酸源可以采用磷酸二氢氨、聚磷酸铵或磷酸尿素，优选为聚磷酸铵。炭源可以采用季戊四醇、二季戊四醇或三季戊四醇，优选为季戊四醇。气源可以采用三聚氰胺、双氰胺或氯化石蜡，优选为三聚氰胺。
pH调节剂可以采用DeuAdd MA-95 pH调节剂或PH-210 pH调节剂。
分散剂可以采用ADDITTOL VXW 6208/60水性分散剂或HD2011水性分散剂。
消泡剂可以采用Tego Airex 902W消泡剂或BYK-011水性消泡剂。
防腐剂可以采用防腐剂MBS或DEUADD MB-11水性防腐剂。
防闪锈剂可以采用SC2190Z型防闪锈剂或Raybo 60防闪锈剂。
增稠剂可以采用RHEOLATE299水性流变助剂或RH750增稠剂。
实施例：
涂料组分A生产配方如表1：
表1
组分B：Bayhydrol 110水性聚氨酯固化剂。组分A和组分B质量比为5:1，使用时进行混合使涂料固化。
涂料组分A生产步骤：
将组分1加入分散罐中1000-1200r/min高速搅拌分散均匀，加入组分2调节pH值为9.5-10。边搅拌边加入组分3-4，1000-1200r/min分散均匀。边搅拌边加入组分5-14，1200-1500r/min高速搅拌研磨至细度为20微米以下，在加入的过程中用组分15调节稠度，研磨结束后用增稠剂调节稠度至涂-4杯流出时间为50-60秒，出料包装。注意:整个生产过程中温度不能超过50℃。
将实施例的涂料进行性能检测测试，结果如表2：
表2
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，包括组分A和组分B，组分B包括固化剂，组分A由包括按质量份计的下述组分制备而成：
有机硅改性水性聚氨酯树脂30-40份；
改性纳米二氧化钛3-8份；
氢氧化物无机阻燃剂5-10份；
膨胀型阻燃剂25-40份。
2.根据权利要求1所述的钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，所述有机硅改性水性聚氨酯树脂采用下述步骤制备：首先制备含亲水基团的聚氨酯预聚体，然后与三羟甲基丙烷反应，之后加入硅烷偶联剂进行偶联，最后与二元胺反应得到。
3.根据权利要求1所述的钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，所述改性纳米二氧化钛为氟硅烷改性纳米二氧化钛。
4.根据权利要求3所述的钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，所述氟硅烷改性纳米二氧化钛是将十三氟辛基三甲氧基硅烷和液相法得到的纳米二氧化钛反应得到。
5.根据权利要求1所述的钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，所述氢氧化物无机阻燃剂包括氢氧化铝和氢氧化镁。
6.根据权利要求1所述的钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，所述膨胀型阻燃剂酸源为聚磷酸铵，炭源为季戊四醇，气源为三聚氰胺。
7.根据权利要求1～6之一所述的钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，组分A还包括：pH调节剂、分散剂和消泡剂。
8.根据权利要求7所述的钢结构用自清洁、防火多功能涂料，其特征在于，组分A还包括：钛白粉、云母粉、防腐剂、防闪锈剂、去离子水和增稠剂，各组分及质量份如下表：
9.一种权利要求8所述钢结构用自清洁、防火多功能涂料的制备方法，其特征在于，包括下述的步骤：将组分1搅拌分散均匀，加入组分2调节pH值为9.5-10；边搅拌边加入组分3和组分4，分散均匀；边搅拌边加入组分5到14，搅拌研磨至细度为20微米以下，加入的过程中用组分15调节稠度。
10.根据权利要求9所述钢结构用自清洁、防火多功能涂料的制备方法，其特征在于，最后用组分16调节稠度至涂-4杯流出时间为50-60秒。
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