CN111763439A - 一种钢结构用超薄型防火涂料及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种钢结构用超薄型防火涂料，所述防火涂料包含A组分和B组分，其中以重量份数计，A组分包含：有机硅环氧杂化树脂30‑58份，液体石油树脂4‑8份，阻燃剂5‑10份，成碳剂5‑10份，成碳催化剂5‑10份，发泡剂5‑10份，活性稀释剂3.0‑6.0份，填料6‑10份，防锈剂5‑10份，助剂0.8‑3.5份，耐火纤维2‑5份；B组分包含：重量比为2‑5:1的三乙氧基氨基硅烷和聚氧丙烯二胺。与传统环氧防火涂料相比，本发明的防火涂料更适合需要防火与防腐兼具的钢结构涂装施工，并具有优异的附着力、抗开裂性和耐候性，高低温交变环境下也不会出现开裂、脱落。

Description

一种钢结构用超薄型防火涂料及其应用
技术领域
本发明涉及防火涂料技术领域，具体而言，本发明涉及一种可用于钢结构件的超薄型防火涂料以及其制备方法和应用。
背景技术
目前针对烃类火焰的膨胀型防火涂料一般为环氧类防火涂料，这种涂料具有较好的力学性能，但是往往存在形成的防火涂层易开裂、脱落的缺陷，特别是在膜厚较厚、环境温差较大的条件下更是如此。产生这一现象的主要原因为：硬化涂层较厚、漆膜硬而脆，当漆膜的内应力大于内聚力时，漆膜便开裂；而当漆膜的内应力大于附着力时，漆膜则脱落。如果防火涂料在遇到火灾膨胀发泡之前已经出现开裂、脱落等失效行为，不但会导致防火涂料层下的金属腐蚀问题，同时会在出现火灾的情况下使基材直接暴露在火焰中，大幅度降低防火涂料的防火性能。
在建筑材料中，钢结构以其强度高、自重轻、延伸性良好、抗震性强、施工周期短等优点，在建筑业中得到了广泛应用；与此同时，钢结构的防火保护也变得越来越重要。钢结构防火涂料在钢结构的防火保护中占有很重要的地位，钢结构防火涂料涂覆于钢结构表面，能起到防火隔热保护的作用，防止钢结构在火灾中迅速升温而失去强度，挠曲变形塌落。
近年来，我国铁路大型站房、站台雨棚等设施相继大量投入使用，随着年限延长，部分站台雨棚立柱局部开始出现了防火涂层脱落现象，观感较差，并存在安全隐患，因此，开发一种适合铁路站台钢结构雨棚立柱的防火涂料具有必要性。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种用于钢结构的新型防火涂料、其制备方法以及应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一方面，本发明提供一种钢结构用超薄型防火涂料，所述防火涂料包含A组分和B组分，其中以重量份数计，A组分包含以下成分：有机硅环氧杂化树脂30-58份，液体石油树脂4-8份，阻燃剂5-10份，成碳剂5-10份，成碳催化剂5-10份，发泡剂5-10份，活性稀释剂3.0-6.0份，填料6-10份，防锈剂5-10份，助剂0.8-3.5份，耐火纤维2-5份；
B组分包含以下成分：重量比为2-5:1的三乙氧基氨基硅烷和聚氧丙烯二胺。
优选地，A组分和B组分的重量比为2.5-4.5:1。
在本发明提供的防火涂料中，以重量份数计，A组分中的助剂可包含：分散剂0.2-1.0份，消泡剂0.1-0.5份，流变助剂0.3-1.0份、防沉剂0.2-1.0份。
优选地，在本发明提供的防火涂料中，A组分包含的成分总计100份。
进一步优选地，A组分包含以下成分：有机硅环氧杂化树脂40-48份，液体石油树脂6-8份，阻燃剂4-6份，成碳剂7-9份，成碳催化剂6-8份，发泡剂6-8份，活性稀释剂3-5份，填料7-10份，防锈剂5-7份，助剂1.4-2份，耐火纤维2-4份；
优选地，B组分包含以下成分：重量比为3-5:1的三乙氧基氨基硅烷和聚氧丙烯二胺；
优选地，A组分和B组分的重量比为3.6-4.1:1。
就本发明提供的防火涂料中A组分的各个成分，优选地，有机硅环氧杂化树脂的环氧值为0.22-0.25。根据本发明的具体实施方式，有机硅环氧杂化树脂可以为有机硅环氧杂化树脂
Figure BDA0002536951640000021
EF(德固赛)。
优选地，液体石油树脂为C5和/或C9液体石油树脂，进一步优选为C5和C9液体石油树脂的混合物。
优选地，阻燃剂为无卤素阻燃剂，优选苯基次磷酸铝、硼酸三聚氰胺和纳米氢氧化镁中一种或多种的混合物，进一步优选为两种或三种的混合物。
优选地，成碳剂为季戊四醇、双季戊四醇和可膨胀石墨中一种或多种的混合物，进一步优选为两种或三种的混合物。
优选地，成碳催化剂为聚磷酸铵和/或聚磷酸三聚氰胺，进一步优选为聚磷酸铵和聚磷酸三聚氰胺的混合物。
优选地，发泡剂为三聚氰胺。
优选地，活性稀释剂为AGE活性稀释剂，可购自上海溶溶化工有限公司。
优选地，填料为钛白粉、纳米气凝胶微粉和高岭土的混合物；其中优选地，钛白粉、纳米气凝胶微粉和高岭土的重量比为4-6:0.2-1:1-4。根据本发明的具体实施方式，钛白粉可以为R-902钛白粉，可购自DUPONT titan(中国台湾)；纳米气凝胶微粉可以为KPore-G200纳米气凝胶微粉，可购自苏州同玄新材料有限公司；高岭土可以为1250目5S煅烧高岭土，可购自山西琚丰高岭土有限公司。
优选地，防锈剂为三聚磷酸铝，优选APW-I三聚磷酸铝，可购自广西新晶科技有限公司。
优选地，助剂中，分散剂可以为Disponer 9250湿润分散剂，可购自德谦(上海)化学有限公司；消泡剂可以为BYK-085消泡剂，可购自BYK公司；流变助剂可以为Deurheo 202P流变助剂，可购自德谦(上海)化学有限公司；防沉剂可以为S-8021防沉剂，可购自广州守正化工科技有限公司。
优选地，耐火纤维为玄武岩纤维和/或硅酸铝纤维，优选为玄武岩纤维和硅酸铝纤维的混合物。
就本发明提供的防火涂料中B组分的各个成分，优选地，三乙氧基氨基硅烷可以为
Figure BDA0002536951640000031
AMEO(德固赛)，聚氧丙烯二胺可以为亨斯迈Huntsman的聚醚胺固化剂Jeffamine D-400。
另一方面，本发明提供所述防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅环氧杂化树脂、液体石油树脂混合均匀，然后加入助剂、成碳剂、成碳催化剂、活性稀释剂、防锈剂混合均匀，再加入发泡剂、阻燃剂、填料、耐火纤维混合均匀，出料得A组分；
(2)将三乙氧基氨基硅烷与聚氧丙烯二胺混合均匀，出料得B组分；
(3)将A组分和B组分混合均匀。
再一方面，本发明提供所述钢结构用超薄型防火涂料在制备铁路站房或车站雨棚立柱防火涂层中的应用。
还一方面，本发明提供一种制备铁路站房或车站雨棚立柱防火涂层的方法，所述方法包括：将本发明提供的防火涂料刮涂或喷涂于铁路站房或车站雨棚立柱。
本发明的钢结构用超薄型防火涂料由A组分和B组分组成，A组分采用高固含量(固含量在70％以上)有机硅环氧杂化树脂作为成膜物质，添加适当比例的液体石油树脂改性，同时配套B组分对应的三乙氧基氨基硅烷与聚氧丙烯二胺固化剂，使得防火涂料本身具备无气味、干燥速度快、硬度高、耐火极限时间长的特点。另外，有机硅环氧杂化树脂固化形成的高分子网状结构还是最主要的成碳剂，可为漆膜膨胀提供碳源。
本发明的防火涂料中引入了高羟基含量的液体石油树脂，该石油树脂中的羟基与聚氧丙烯二胺中的胺基形成共价键，并利用固化剂的协同固化作用来获得低表面处理的效果，即使基材表面状况不佳也能达到较好的涂装效果，并使得涂料具备极其优异的耐水性、良好的柔韧性、优异的层间附着力和抗渗出性。
就固化剂而言，本发明选择了三乙氧基氨基硅烷
Figure BDA0002536951640000041
AMEO，这是一种伯胺和仲胺基硅烷混合物，其两性特征使它可以化学结合无机材料和有机高分子，提高附着力、内聚力、耐冲击性、防腐性、耐热性及耐化学品性。并且，本发明的防火涂料中采用三乙氧基氨基硅烷与聚氧丙烯二胺作为固化剂，与有机硅环氧杂化树脂的相容性好，可避免由于相容性不佳导致的表面缺陷、胺致发白现象，并加快涂层体系的固化速度和强度，满足实际施工中的固化需求。
此外，本发明的超薄型防火涂料中采用复合助剂提高其抗流变性，并添加一定量的耐火纤维。耐火纤维在涂料中可以增加涂料的触变指数，有利于提高一遍施工厚度、防止流挂，使得防火涂料可以一次性喷涂干膜2mm以上不产生流挂现象，减少复涂次数；固化后耐火纤维可以增强固化的漆膜，进一步防止固化后的漆膜开裂或收缩；另外，在漆膜受热膨胀的过程中，耐火纤维有增强作用，可固定膨胀后的碳层、防止碳层在烃类火焰的冲击下脱落，增强或延长防火涂层的保护作用。另外，本发明采用的填料中的纳米气凝胶微粉自身作为一种中空纳米级微粒，能有效阻止火焰温度传递，提升防火效果。
本发明的超薄型防火涂料中采用的阻燃剂为无卤素型，使得防火涂料绿色环保，膨胀效率高，燃烧过程中基本不产生烟雾及有毒有害气体；采用三聚磷酸铝作为防锈剂，代替传统锌粉等金属组分，使得防火涂料兼具防锈功能，同时与有机组分间结合力更强，有利于涂层的防火与防腐兼具。
本发明的超薄型防火涂料，与传统环氧防火涂料相比，更适合需要防火与防腐兼具的钢结构涂装施工，并具有优异的附着力、抗开裂性和耐候性，高低温交变环境下也不会出现开裂、脱落。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
实施例1
本实施例的钢结构用超薄型防火涂料包括A组分和B组分，A组分和B组分的重量比为2.5:1，其中A组分由以下重量份的成分组成：
有机硅环氧杂化树脂(
Figure BDA0002536951640000051
EF)30份，液体石油树脂(C5)6份，阻燃剂(苯基次磷酸铝)6份，成碳剂(季戊四醇)10份，成碳催化剂(聚磷酸铵)10份，发泡剂(三聚氰胺)9份，活性稀释剂(AGE活性稀释剂)6份、防锈剂(APW-I三聚磷酸铝)10份，填料(R-902钛白粉5份、KPore-G200纳米气凝胶微粉0.6份、1250目5S煅烧高岭土4份)9.6份，助剂(Disponer 9250湿润分散剂0.4份、BYK-085消泡剂0.1份、Deurheo202P流变助剂0.5份、S-8021防沉剂0.4份)1.4份，耐火纤维(玄武岩纤维)2份；
B组分由以下重量份的成分组成：
三乙氧基氨基硅烷(Dynasylan AMEO)67份，聚氧丙烯二胺(Jeffamine D-400)33份。
本实施例的超薄型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
a)组分A的制备
1)将30份有机硅环氧杂化树脂与6份液体石油树脂混合后高速搅拌分散均匀，得混合液；
2)向步骤1)中的混合液中加入助剂1.4份(分散剂0.4份、消泡剂0.1份、流变助剂0.5份、防沉剂0.4份)、成碳剂10份(季戊四醇)、成碳催化剂10份(聚磷酸铵)、活性稀释剂6份(AGE活性稀释剂)、防锈剂10份(三聚磷酸铝)，混合后高速搅拌分散均匀(10分钟)，得中间液；
3)向步骤2)中的中间液中加入发泡剂9份(三聚氰胺)、阻燃剂6份(苯基次磷酸铝)、填料1.4份(钛白粉5份、纳米气凝胶微粉0.6份、高岭土4份)9.6份，耐火纤维2份(玄武岩纤维)，混合后高速搅拌分散均匀(1小时)，得A组分；
b)组分B的制备
1)将67份三乙氧基氨基硅烷(Dynasylan AMEO)和33份聚氧丙烯二胺(JeffamineD-400)混合后高速搅拌分散均匀(1小时)，得B组分；
2)将A组分和B组分按照重量比2.5:1混合均匀，即得。
实施例2至6和对比例1至5
实施例2至6与对比例1至5均按照实施例1中的制备方法制备，具体原材料组成比例见表1。
对各个例子的涂料进行耐冷热冲击性能、耐火性、附着力、耐冷凝性能、防腐性能(耐盐雾测试)测试。为了更好地模拟实际应用条件，采用“防腐底漆+防火涂料”配套体系进行性能测试，测试样板为3mm喷砂钢板，防腐底漆为ZD800(W)水性环氧富锌底漆(天津市双狮涂料有限公司)，根据不同的测试需求刮涂防火涂料，进行性能测试，其中耐盐雾性能、耐冷凝性能及耐火极限测试的防火涂料漆膜厚度为2.5mm。
实施例1至6及对比例1至5涂料的配合比与测试结果分别见表1和表2所示。
表1实施例及对比例配合比
Figure BDA0002536951640000061
Figure BDA0002536951640000071
表2实施例及对比例测试结果
Figure BDA0002536951640000072
由表1中的数据可以清楚的看出，本发明实施例1至实施例6制备的超薄型防火涂料形成的漆膜不但具有良好的耐盐雾性能、耐冷凝性能、附着力和耐火极限等防火性能，而且由于体系为柔性，具有优异的耐冷热冲击性，采用本发明的钢结构用超薄型防火涂料用于各种极端环境条件也不会出现开裂、脱落等提前失效行为，可确保长效防腐及防火特性，特别适宜于铁路领域站房等钢结构天窗时间维修。
以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种钢结构用超薄型防火涂料，其特征在于，所述防火涂料包含A组分和B组分，其中以重量份数计，A组分包含以下成分：有机硅环氧杂化树脂30-58份，液体石油树脂4-8份，阻燃剂5-10份，成碳剂5-10份，成碳催化剂5-10份，发泡剂5-10份，活性稀释剂3-6份，填料6-10份，防锈剂5-10份，助剂0.8-3.5份，耐火纤维2-5份；
B组分包含以下成分：重量比为2-5:1的三乙氧基氨基硅烷和聚氧丙烯二胺。
2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，A组分和B组分的重量比为2.5-4.5:1。
3.根据权利要求1或2所述的防火涂料，其特征在于，以重量份数计，A组分中的助剂包含：分散剂0.2-1.0份，消泡剂0.1-0.5份，流变助剂0.3-1.0份，防沉剂0.2-1.0份。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的防火涂料，其特征在于，A组分包含的成分总计100份。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的防火涂料，其特征在于，A组分包含以下成分：有机硅环氧杂化树脂40-48份，液体石油树脂6-8份，阻燃剂4-6份，成碳剂7-9份，成碳催化剂6-8份，发泡剂6-8份，活性稀释剂3-5份，填料7-10份，防锈剂5-7份，助剂1.4-2份，耐火纤维2-4份；
优选地，B组分包含以下成分：重量比为3-5:1的三乙氧基氨基硅烷和聚氧丙烯二胺。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的防火涂料，其特征在于，A组分和B组分的重量比为3.6-4.1:1。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的防火涂料，其特征在于，有机硅环氧杂化树脂的环氧值为0.22-0.25；优选地，有机硅环氧杂化树脂为有机硅环氧杂化树脂
Figure FDA0002536951630000011
EF；
优选地，液体石油树脂为C5和/或C9液体石油树脂，优选为C5和C9液体石油树脂的混合物；
优选地，阻燃剂为无卤素阻燃剂，优选苯基次磷酸铝、硼酸三聚氰胺和纳米氢氧化镁中一种或多种的混合物，优选为两种或三种的混合物；
优选地，成碳剂为季戊四醇、双季戊四醇和可膨胀石墨中一种或多种的混合物，优选为两种或三种的混合物；
优选地，成碳催化剂为聚磷酸铵和/或聚磷酸三聚氰胺，优选为聚磷酸铵和聚磷酸三聚氰胺的混合物；
优选地，发泡剂为三聚氰胺；
优选地，活性稀释剂为AGE活性稀释剂；
优选地，填料为钛白粉、纳米气凝胶微粉和高岭土的混合物；优选地，钛白粉、纳米气凝胶微粉和高岭土的重量比为4-6:0.2-1:1-4；其中，钛白粉优选为R-902钛白粉，纳米气凝胶微粉优选为KPore-G200纳米气凝胶微粉；高岭土优选为1250目5S煅烧高岭土；
优选地，防锈剂为三聚磷酸铝，优选APW-I三聚磷酸铝；
优选地，助剂中，分散剂优选为Disponer 9250湿润分散剂，消泡剂优选为BYK-085消泡剂，流变助剂优选为Deurheo 202P流变助剂，防沉剂优选为S-8021防沉剂；
优选地，耐火纤维为玄武岩纤维和/或硅酸铝纤维，优选为玄武岩纤维和硅酸铝纤维的混合物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的防火涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将有机硅环氧杂化树脂、液体石油树脂混合均匀，然后加入助剂、成碳剂、成碳催化剂、活性稀释剂、防锈剂混合均匀，再加入发泡剂、阻燃剂、填料、耐火纤维混合均匀，出料得A组分；
(2)将三乙氧基氨基硅烷与聚氧丙烯二胺混合均匀，出料得B组分；
(3)将A组分和B组分混合均匀。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的防火涂料在制备铁路站房或车站雨棚立柱防火涂层中的应用。
10.一种制备铁路站房或车站雨棚立柱防火涂层的方法，其特征在于，所述方法包括：将权利要求1至7中任一项所述的防火涂料刮涂或喷涂于铁路站房或车站雨棚立柱上。
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