CN111218136A - 一种有机-无机杂化型防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种有机‑无机杂化型防火涂料及其制备方法，涉及防火涂料领域。防火涂料的原料按质量百分数计包括：钾水玻璃15‑22％；乙酸乙烯酯‑乙烯共聚乳液5‑10％；纤维素0.2‑0.6％；水性分散剂0.2‑0.5％；水性润湿剂0.1‑0.3％；水性消泡剂0.3‑0.5％；成膜助剂2.2‑4.1％；填料助剂13‑28％；阻燃剂20‑30％；水22‑23.6％。制备方法是往纤维素溶液中加入分散剂、润湿剂、消泡剂、成膜助剂、水，搅拌；加入金红石型钛白粉、填料助剂和阻燃剂，搅拌；加入乙酸乙烯酯‑乙烯共聚乳液，搅拌；加入钾水玻璃，搅拌。该防火涂料具有耐温性高、耐水性好、防火等级高、干燥速度快等特点。

Description

一种有机-无机杂化型防火涂料及其制备方法

技术领域

本申请涉及防火涂料领域，具体而言，涉及一种有机-无机杂化型防火涂料及其制备方法。

背景技术

在人口密集的区域，如：火车站、高铁站、动铁站、飞机场、商场、体育馆、学校等公共场所，多采用钢结构作为主体建筑，并根据防火等级在钢结构表面施工防火涂料，从而保护建筑物主体在发生火灾时不会倒塌。

目前薄型防火涂料主要成膜物质是乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液

但这种类型的防火涂料存在以下问题：1、耐水性较差，时间过长会出现起泡、发白、发花现象，影响防火等级；2、遇到明火时，乳液自身会燃烧，并且释放出不同程度的有害气体。影响防火等级。另外，无机涂料是一种以无机材料为主要成膜物质的涂料，是全无机矿物涂料的简称。无机涂料是由无机聚合物和经过分散活化的金属、金属氧化物纳米材料、稀土超微粉体组成的无机聚合物涂料，能与钢结构表面铁原子快速反应，生成具有物理、化学双重保护作用的无机聚合物防腐涂层，对环境无污染，使用寿命长，防腐性能达到国际先进水平，是符合环保要求的高科技换代产品。但是现有的无机涂料的耐温性、耐水性、防火等级等还有待提高。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种有机-无机杂化型防火涂料及其制备方法，其采用无机硅酸盐为主体原料，乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液为基料，得到的防火涂料具有耐温性高、耐水性好、防火等级高、干燥速度快等特点。

第一方面，本申请实施例提供了一种有机-无机杂化型防火涂料，按质量百分数计，其原料包括：

在上述技术方案中，采用钾水玻璃为主体原料，乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液为基料，其中的钾水玻璃属于硅酸盐类无机成膜物，其机械性能(比如韧性、强度、耐冻融性、表面效果等)不及有机成膜物，本申请采用乙酸乙烯酯-乙烯共聚这种有机成膜物对其进行杂化改性，补充提升无机成膜物的不足方面，并加入纤维素，发挥流挂、防沉效果，加入水性分散剂，发挥分散填料效果，加入水性润湿剂，提升涂料的润湿性能，加入水性消泡剂，消除动态下(比如施工时)产生的气泡，避免气泡对外观效果的不良影响，加入成膜助剂，协助成膜物在低温条件下良好成膜，并加入填料助剂和阻燃剂，得到的防火涂料具有耐温性高、耐水性好、防火等级高、干燥速度快等特点。具体的，钾水玻璃具有无机物之特性，其抗温性能特别好，不但在高温下不会燃烧，而且还能够阻燃；还具有防水性及透气性，使建筑内部的水分自由向外蒸发，使建筑物保持干燥，达到天然防潮、防霉的效果，同时具有碱物质的过滤作用，可防止涂层起气泡、产生热爆裂和起鳞片而剥落。钾水玻璃与填料助剂发生石化作用，形成一种防水及防酸的硅酸岩石。

在一种可能的实现方式中，原料中，钾水玻璃和乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的质量比为1.5-4。

在上述技术方案中，钾水玻璃和乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的质量比为1.5-4，虽然钾水玻璃与乙酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液的配比越大，耐火性能越强，隔热效率衰减量也越小。但是二者的配比过大(比如全部采用钾水玻璃)，会导致涂层强度差、韧性差，外观效果差等异常情况。

在一种可能的实现方式中，按质量百分数计，原料还包括表面活性剂0.6％-1％。

在上述技术方案中，加入一定量的表面活性剂，能够保证涂料的低温贮存稳定性，避免其变质异常。

在一种可能的实现方式中，按原料总量的质量百分数计，填料助剂包括：金红石钛白粉4％-6％、可膨胀型石墨1％-4％、锻烧高岭土3％-7％、珍珠岩2％-5％、蛭石3％-6％和云母粉2％-5％。

在上述技术方案中，采用一定量的金红石钛白粉、可膨胀型石墨、锻烧高岭土、珍珠岩和蛭石、云母粉组成填料助剂，其不仅能够起到骨架、填充作用，调节流变性能，改善机械强度，调节光学性能，而且其还能与成膜物质发生化学反应，形成的涂膜能有效地阻挡光线的穿透，提高其耐水性和耐候性，其中的矿物成分还能够与钾水玻璃发生石化作用。

在一种可能的实现方式中，钾水玻璃的型号为AH-K1；

和/或，乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的型号为BJ-707；

和/或，纤维素的型号为HS30000YP2；

和/或，水性分散剂为阴离子型高分子水性分散剂，可选地，型号为5040；

和/或，水性润湿剂为阴离子型表面活性剂，可选地，型号为070；

和/或，水性消泡剂为炔二醇类水性消泡剂，可选地，型号为A111和A11；

和/或，成膜助剂为丙二醇和型号AH-12的成膜助剂；

和/或，阻燃剂的型号201-A。

在上述技术方案中，上述具体型号的原料能够发挥较佳的作用。

第二方面，本申请实施例提供了一种第一方面提供的有机-无机杂化型防火涂料的制备方法，其包括以下步骤：

往纤维素溶液中加入水性分散剂、水性润湿剂、水性消泡剂、成膜助剂、水，采用300-400转/分搅拌5-10分钟；

加入金红石型钛白粉、填料助剂和阻燃剂，采用800-1000转/分搅拌15-20分钟，检测无颗粒即可；

加入乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，采用400-600转/分搅拌5-10分钟；

加入钾水玻璃，采用400-600转/分搅拌10-15分钟。

在上述技术方案中，按照上述步骤加入各原料，能够保证形成的防火涂料具有耐温性高、耐水性好、防火等级高、干燥速度快等特点。如果改变加料顺序，会出现分散不均匀，细度分散不下来，表面粗糙等现象，严重时会出现破乳现象，导致所有原料全部报废。

在一种可能的实现方式中，纤维素溶液的配制方法为：将纤维素加入部分水中，采用800-1000转/分搅拌，直至纤维素充分溶解，形成纤维素溶液。

在上述技术方案中，先配制纤维素溶液，能够保证纤维素充分溶解。

在一种可能的实现方式中，水性消泡剂为第一水性消泡剂和第二水性消泡剂，先往纤维素溶液中加入第一水性消泡剂，再在加入乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的步骤中加入第二水性消泡剂。

在上述技术方案中，按照上述方式先加入第一水性消泡剂，第一消泡剂起抑泡功效，再在后续步骤中加入第二水性消泡剂，第二消泡剂起破泡功效，能够保证水性消泡剂充分发挥效果。

在一种可能的实现方式中，成膜助剂为第一成膜助剂和第二成膜助剂，先往纤维素溶液中加入第一成膜助剂，再在加入钾水玻璃的步骤中加入第二成膜助剂。

在上述技术方案中，根据成膜助剂的沸点、与原料溶解程度按照上述方式和顺序加入成膜助剂，能够保证成膜助剂充分发挥效果。

在一种可能的实现方式中，按质量百分数计，原料还包括表面活性剂0.6％-1％，制备方法还包括在加入钾水玻璃的步骤中加入表面活性剂的步骤。

在上述技术方案中，在最后加入钾水玻璃的步骤中加入表面活性剂，这是因为表面活性剂不能高速搅拌，否则会出现失效，按照上述方式加入能够避免表面活性剂影响防火涂料的形成，并发挥其低温贮存作用。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请实施例的有机-无机杂化型防火涂料及其制备方法进行具体说明。

本申请实施例提供一种有机-无机杂化型防火涂料，按质量百分数计，其原料包括：钾水玻璃15％-22％；乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液5％-10％；纤维素0.2％-0.6％；水性分散剂0.2％-0.5％；水性润湿剂0.1％-0.3％；水性消泡剂0.3-0.5％；成膜助剂2.2％-4.1％；填料助剂13％-28％；阻燃剂20％-30％；表面活性剂0.6％-1％；以及水22％-23.6％。作为一种实施方式，原料按质量百分数计包括：钾水玻璃15％、17％、19％、20％或22％；乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液5％、6％、8％或10％；纤维素0.2％、0.3％、0.5％或0.6％；水性分散剂0.2％、0.4％或0.5％；水性润湿剂0.1％、0.2％或0.3％；水性消泡剂0.3％、0.4％或0.5％；成膜助剂2.2％、2.5％、2.7％、3％、3.1％、3.3％、3.5％、3.8％或4.1％；填料助剂13％、15％、18％、20％、23％、25％或28％；阻燃剂20％、25％或30％；表面活性剂0.6％、0.8％或1％；以及水22％、23％或23.6％，上述各原料的总质量百分数为100％即可。

在本申请的原料中，钾水玻璃和乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的质量比为1.5-4，比如为1.5、2、2.5、3、3.5、4或上述任意两个点值之间的中间值。

在本申请的一些实施例中，填料助剂按原料总量的质量百分数计包括：金红石钛白粉4％-6％、可膨胀型石墨1％-4％、锻烧高岭土3％-7％、珍珠岩2％-5％和蛭石3％-6％和云母粉2％-5％。为了保证填料助剂充分溶解分散，填料助剂的粒度至少在500目以上。

在本申请的一些实施例中，钾水玻璃的型号为AH-K1；乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的型号为BJ-707；纤维素的型号为HS30000YP2；水性分散剂为阴离子型高分子水性分散剂，可选地，型号为5040；水性润湿剂为阴离子型表面活性剂，可选地，型号为070；水性消泡剂为炔二醇类水性消泡剂，可选地，型号为A111和A11；成膜助剂为丙二醇和型号AH-12的成膜助剂；阻燃剂的型号为201-A(成都卓安)。

本申请实施例还提供一种上述的有机-无机杂化型防火涂料的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将纤维素加入部分水中，采用800-1000转/分搅拌，直至纤维素充分溶解，形成纤维素溶液。

S2、往纤维素溶液中加入水性分散剂、水性润湿剂、水性消泡剂、成膜助剂、水，采用300-400转/分搅拌5-10分钟。

S3、加入金红石型钛白粉、填料助剂和阻燃剂，采用800-1000转/分搅拌15-20分钟，检测无颗粒即可，说明颜料、填料、阻燃剂已经均匀分散到溶液中，如检测有颗粒，说明还存在未分散均匀的原料颗粒。

S4、加入乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，采用400-600转/分搅拌5-10分钟。

S5、加入钾水玻璃、表面活性剂，采用400-600转/分搅拌10-15分钟。

在本申请的一些实施例中，水性消泡剂为第一水性消泡剂和第二水性消泡剂，先往纤维素溶液中，即在步骤S2中加入第一水性消泡剂、再在加入乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的步骤中，即在步骤S4中加入第二水性消泡剂。

成膜助剂为第一成膜助剂和第二成膜助剂，先往纤维素溶液中，即在步骤S2中加入第一成膜助剂，再在加入钾水玻璃的步骤中，即在步骤S5中加入第二成膜助剂。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1-5

每个实施例分别提供一种防火涂料，型号为：GT-NSP-FP2.5-A室外膨胀型钢结构水性防火涂料，各实施例的原料组分配方如表1所示。

表1实施例1-5的原料组分配方

对比例1-4

每个对比例分别提供一种防火涂料，各对比例的原料组分配方如表2所示。

表2对比例1-4的原料组分配方

上述各原料的型号和生产厂家信息如下：

钾水玻璃：AH-K1、东方澳汉；

乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液：BJ-707、东方石油化工；

纤维素：HS30000YP2、科莱恩；

水性分散剂：5040、诺谱科；

水性润湿剂：070、陶氏；

第一水性消泡剂：A111、巴斯夫；

第二水性消泡剂：A11、罗地亚；

第一成膜助剂：丙二醇、江苏佰耀；

第二成膜助剂：AH-12、东方澳汉；

表面活性剂：3320、BYK；

可膨胀型石墨粉：5200、欧尔石墨；

金红石钛白粉：996、龙蟒；

珍珠岩：成都欧宁；

蛭石：成都耐邦建设；

云母粉：1250目、滁州；

阻燃剂：成都卓安。

上述实施例和对比例的防火涂料的制备工艺大致都是按照以下过程进行：

S1、往生产缸内的自来水中慢慢加入纤维素，采用1000转/分搅拌，直至纤维素充分溶解。

S2、往溶解好的纤维素溶液中慢慢加入水性分散剂、第一水性消泡剂、水性润湿剂、第一成膜助剂、自来水，采用400转/分搅拌8分钟。

S3、加入金红石型钛白粉、云母粉、锻烧高岭土、可膨胀型石墨粉、珍珠岩、蛭石、阻燃剂，采用1000转/分搅拌，检测无颗粒即可。

S4、将乙烯共聚乳液、第二水性消泡剂加入生产缸中，采用600转/分中速搅拌8分钟。

S5、将钾水玻璃、第二成膜助剂、表面活性剂加入生产缸中，采用600转/分中速搅拌12分钟。

以下通过干板实验对上述实施例和对比例的防火涂料的综合性能进行检测。

干板实验：工件准备，先将工字钢材刷涂防锈底漆(厚度50-60微米)，干燥24小时以后再喷涂防火涂料(将薄型防火涂料加入自来水稀释成10％左右溶液后再进行喷涂)，防火涂料的厚度为5±0.5mm。施工后检测外观、表干时间、实干时间；自然环境条件下干燥7天检测综合性能(耐水性、耐酸性、耐碱性、耐低温循环性、耐冻融循环性、耐曝热、耐湿热、耐盐雾腐蚀性、耐紫外线辐照性以及耐火等级)。

产品综合性能依照GB/T14907-2018《钢结构防火涂料》标准执行，综合性能检测项目及标准见表3。结果见表4。

表3综合性能检测项目及标准

表4综合性能检测结果

根据实施例1-5和对比例1-2的结果可知，钾水玻璃与乙烯共聚物乳液配合在一起，具有非常优异的防火性能，比常规的水性薄型防火涂料防火等级提升了1h以上，同时耐候性好、耐碱性超好、耐水性好、耐曝热性能非常好，说明钾水玻璃与乙烯共聚物乳液二者缺一不可；根据实施例1-5和对比例3-4的结果可知，钾水玻璃与乙烯共聚物乳液的配比越大，耐火性能超强，隔热效率衰减量也变小，但是如果钾水玻璃与乙烯共聚物乳液的配比过大，则容易出现裂纹。根据实施例1-5可知，实施例1-2未添加表面活性剂，低温贮存出现变质异常，并且罐内状态出现轻微分水现象，实施例3-5中表面活性剂的添加量超过0.6％后，低温贮存稳定性较好。

综上所述，本申请实施例的有机-无机杂化型防火涂料及其制备方法，其采用无机硅酸盐为主体原料，乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液为基料，得到的防火涂料具有耐温性高、耐水性好、防火等级高、干燥速度快等特点。

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

Claims (10)

1.一种有机-无机杂化型防火涂料，其特征在于，按质量百分数计，其原料包括：

2.根据权利要求1所述的有机-无机杂化型防火涂料，其特征在于，所述原料中，所述钾水玻璃和所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的质量比为1.5-4。

3.根据权利要求1所述的有机-无机杂化型防火涂料，其特征在于，按质量百分数计，所述原料还包括表面活性剂0.6％-1％。

4.根据权利要求1所述的有机-无机杂化型防火涂料，其特征在于，按原料总量的质量百分数计，所述填料助剂包括：金红石钛白粉4％-6％、可膨胀型石墨1％-4％、锻烧高岭土3％-7％、珍珠岩2％-5％、蛭石3％-6％和云母粉2％-5％。

5.根据权利要求1所述的有机-无机杂化型防火涂料，其特征在于，所述钾水玻璃的型号为AH-K1；

和/或，所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的型号为BJ-707；

和/或，所述纤维素的型号为HS30000YP2；

和/或，所述水性分散剂为阴离子型高分子水性分散剂，可选地，型号为5040；

和/或，所述水性润湿剂为阴离子型表面活性剂，可选地，型号为070；

和/或，所述水性消泡剂为炔二醇类水性消泡剂，可选地，型号为A111和A11；

和/或，所述成膜助剂为丙二醇和型号AH-12的成膜助剂；

和/或，所述阻燃剂的型号201-A。

6.一种如权利要求1至5中任一项所述的有机-无机杂化型防火涂料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

往纤维素溶液中加入所述水性分散剂、所述水性润湿剂、所述水性消泡剂、所述成膜助剂、水，采用300-400转/分搅拌5-10分钟；

加入所述金红石型钛白粉、所述填料助剂和所述阻燃剂，采用800-1000转/分搅拌15-20分钟，检测无颗粒即可；

加入所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，采用400-600转/分搅拌5-10分钟；

加入所述钾水玻璃，采用400-600转/分搅拌10-15分钟。

7.根据权利要求6所述的有机-无机杂化型防火涂料的制备方法，其特征在于，所述纤维素溶液的配制方法为：将所述纤维素加入部分所述水中，采用800-1000转/分搅拌，直至纤维素充分溶解，形成纤维素溶液。

8.根据权利要求6所述的有机-无机杂化型防火涂料的制备方法，其特征在于，所述水性消泡剂为第一水性消泡剂和第二水性消泡剂，先往纤维素溶液中加入第一水性消泡剂、再在加入所述乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的步骤中加入第二水性消泡剂。

9.根据权利要求6所述的有机-无机杂化型防火涂料的制备方法，其特征在于，所述成膜助剂为第一成膜助剂和第二成膜助剂，先往纤维素溶液中加入第一成膜助剂，再在加入所述钾水玻璃的步骤中加入第二成膜助剂。

10.根据权利要求6所述的有机-无机杂化型防火涂料的制备方法，其特征在于，按质量百分数计，所述原料还包括表面活性剂0.6％-1％，所述制备方法还包括在加入所述钾水玻璃的步骤中加入表面活性剂的步骤。