CN112876889A - 一种本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料 - Google Patents
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Abstract
一种本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料，包括A粉料组分和B改性剂组分，所述A粉料组分包括下列重量份数物质：硅酸盐水泥15～20份、高铝水泥15～20份、隔热骨料27～45份、耐火纤维6～20份、化学阻燃剂9～25份、助剂：0～5份；所述B改性剂组分包括偶联剂、水解剂和稀释剂，质量比为偶联剂：水解剂：稀释剂＝8‑12：1‑2：0.5‑1.5；B改性组分为A粉料组分中除硅酸盐水泥和助剂之外原料总重量的1％～1.5％。本发明中利用硅烷偶联剂接枝到隔热骨料表面，赋予非膨胀型防火涂料本体疏水性，相较于添加有机硅疏水剂型的外添加型非膨胀型钢结构防火涂料，涂层的疏水性得以大幅度提升。
Description
技术领域
本发明属于钢结构防火涂料领域，具体的涉及一种本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料。
背景技术
由于水泥基非膨胀型钢结构防火涂料具有较高孔隙率，内部结构中可以出现大的空隙，并为水和化学物质(如盐、肥料等)的入侵创造通道。由于受到水的加速，侵入会导致多种类型的破坏，如冻融崩解、碱集料反应、硫酸盐侵蚀、碳化和底层基质(如钢)的腐蚀。因此，水泥基非膨胀型钢结构防火涂料、底层防腐涂料或两者都可能被损坏并失去其防火性能或结构完整性。
有机硅类粉体抗水添加剂已被应用到水泥基非膨胀型钢结构防火涂料中，以帮助抗湿气及雨水的渗透。但到目前为止，添加这类材料后涂层的疏水性能并没有很大提升。其中一个原因是，非膨胀型钢结构防火涂料含有大量的颗粒状隔热材料，涂层表面较为粗糙，小分子有机硅抗水剂迁移到涂层表面后并不能弥合颗粒形成的微观缝隙，从而不能形成整体性的疏水保护作用。
由上述可知，目前添加疏水剂的方法对非膨胀型钢结构防火涂料涂层疏水性的提升并不明显。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种本征疏水型非膨胀型钢结构防火涂料。
本发明的技术方案如下：
一种本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于包括A粉料组分和B改性剂组分，
所述A粉料组分包括下列重量份数物质：
硅酸盐水泥15～20份、
高铝水泥15～20份、
隔热骨料27～45份、
耐火纤维6～20份、
化学阻燃剂9～25份、
助剂：0～5份；
所述B改性剂组分包括偶联剂、水解剂和稀释剂，质量比为偶联剂：水解剂：稀释剂＝8-12：1-2：0.5-1.5；
B改性组分为A粉料组分中除硅酸盐水泥和助剂之外原料总重量的1％～1.5％。
优选的，所述硅酸盐水泥为42.5MPa的普通硅酸盐水泥；高铝水泥为CA50型硅酸铝水泥。
优选的，所述隔热骨料以重量单位计，具有以下重量份的组分：
31#玻化微珠40～55份、
90#玻化微珠25～50份、
水玻璃气凝胶颗粒1～10份。
所述31#玻化微珠粒径为≤1mm，所述90#玻化微珠粒径为≤0.6mm，所述水玻璃气凝胶粒径≤1.5mm。
优选的，所述耐火纤维为海泡石、水镁石按照2：1.5～1的重量比混合而成。
优选的，所述化学阻燃剂为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝一种或几种的组合。
优选的，所述改性剂中所述稀释剂为无水乙醇，水解剂为pH值为3.2～3.4的冰醋酸溶液，所述偶联剂为硅烷类偶联剂。
优选的，所述硅烷类偶联剂为如下结构：
CH3(CH2)nSiX3
其中n是1～20的整数数值；X为烷氧基或卤素。
优选的，偶联剂：水解剂：稀释剂质量比＝10：1.5：1。
优选的，所述硅烷为正十二烷基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正丙基三氯硅烷、乙基三氯硅烷中的一种或者多种的组合。
优选的，所述助剂包括引气剂、增稠保水剂、阻锈剂、杀菌剂、缓凝剂和/或结晶母料。
本发明的技术效果为：
本发明中利用硅烷偶联剂接枝到隔热骨料表面，赋予非膨胀型防火涂料本体疏水性，相较于添加有机硅疏水剂型的外添加型非膨胀型钢结构防火涂料，涂层的疏水性得以大幅度提升。具体的：
(1)玻化微珠和气凝胶颗粒本身具有轻质、耐火的优良特性，玻化微珠的导热系数0.032～0.045w/m.k，而气凝胶颗粒的导热系数则更低，在0.013～0.025w/m.k区间。当水泥胶凝材料中以合适的比例加入这类隔热骨料，就形成了轻质防火又有一定抗压强度、粘结强度的钢结构防火涂料。耐火纤维的加入能够改善由于水泥无法有效结合大量隔热骨料及干燥过程中体积收缩而导致的涂层开裂。轻质碳酸钙、重质碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝等粉末状阻燃剂在水泥水化过程中与水形成的浆料有辅助粘结的作用，当涂层受火时可以分解吸热，其分解产物可弥合涂层表面的烧蚀孔洞，增强受火时涂层的耐烧蚀能力。助剂的选择主要从改善材料生产、储存、施工性能以及施工后涂层的防护方面来考虑，自身对提升涂层的耐火性能并无太多帮助。
(2)改性剂B组分的粘度及表面张力低，润湿能力较高，对本发明由玻化微珠和气凝胶颗粒组成的隔热骨料的接触角小,可在其表面迅速铺展开。同时，这些隔热骨料表面富含羟基，使得改性剂B组分中完成水解的硅烷偶联剂一端的硅羟基取向与隔热骨料表面，同时与材料表面的羟基发生水解缩聚反应，形成牢固的共价键。最终在隔热骨料的表面接枝上疏水链段，从而赋予隔热骨料本征疏水性能。
(3)耐火纤维海泡石绒为水合镁硅酸盐，其表面也富含羟基，在B组分的作用下同样能够通过共价键接枝上疏水链段，赋予海泡石本征疏水性。
(4)化学阻燃剂轻质碳酸钙、重质碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝等和水镁石纤维表面没有游离羟基或只含有少量羟基，不能和B组分作用下形成以共价键连接的接枝疏水结构。但由于在这些材料表面生成了硅烷偶联剂的聚合薄膜，形成了一层物理疏水膜，所以也赋予了这些材料以本征疏水性。
(5)通过改性剂B组分的作用之后，本发明除水泥之外的材料都具有了本征疏水性。为了达到水泥水化产物自身疏水的目的，本发明还创造性的引入结晶母料，这种材料中含有的活性化合物，可在水泥水化作用的同时与水作用后，向水泥内部结构的空隙渗透，渗透的活性化合物与水泥中的游离氧化钙交互反应生成不溶于水的枝蔓状纤维结晶物(硅酮钙结晶硫铝酸钙等)。使水泥表层向纵深逐渐形成一个致密的抗渗区域，大大提高了水泥固化产物自身的抗渗能力。
本发明的显著优点在于：
(1)生产简便，采用偶联剂水解液作为改性剂，改性剂在原本吸水的隔热骨料、耐火纤维和阻燃粉料表面通过化学键或物理作用形成一次疏水包覆层。形成了自身具有优异疏水性能的钢结构防火涂料，整个过程可在本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料专用设备内一起进行。
(2)由于固化后的涂层具有优异的疏水性，所以在长期使用时不会后减少因为涂层吸水增重和反复冻融造成的脱落，是一种优异的轻质抗脱落钢结构防火涂料。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
本实施例的轻质抗脱落型防火涂料，以重量份计包括以下成分：
A组分具有下列重量份的组分：42.5Mpa普通硅酸盐水泥17份，CA50型高铝水泥16份，31#玻化微珠24份、90#玻化微珠12份、水镁石绒3份，海泡石绒6份，轻质碳酸钙22份；B组分为质量比为10：1.5：1的正十二烷基三甲氧基硅烷、pH值为3.2～3.4的冰醋酸溶液和乙醇的混合物,B组分重量份为0.67份。
实施例2
本实施例的防火涂料，以重量份计，如下表所示：
A组分具有下列重量份的组分：42.5普通硅酸盐水泥15份，CA50型高铝水泥20份，31#玻化微珠18份、90#玻化微珠12份、水玻璃气凝胶颗粒5份，水镁石绒6份，海泡石绒9份，重质碳酸钙10份；B组分为质量比为正丙基三氯硅烷：pH值为3.2～3.4的冰醋酸溶液：乙醇＝8：1.8：1.2的混合物，B组分重量份为0.9份。
实施例3
本实施例的防火涂料，以重量份计，如下表所示：
A组分具有下列重量份的组分：42.5普通硅酸盐水泥20份，CA50型高铝水泥15份，31#玻化微珠22份、90#玻化微珠10份、水玻璃气凝胶颗粒5份，水镁石绒7份，海泡石绒11份，氢氧化铝10份；B组分为质量比为异丁基三乙氧基硅烷：pH值为3.2～3.4的冰醋酸溶液：乙醇＝12：1.8：1.0的混合物，B组分重量份为0.78份。
实施例4
本实施例的防火涂料，以重量份计，如下表所示：
A组分具有下列重量份的组分：42.5普通硅酸盐水泥20份，CA50型高铝水泥20份，31#玻化微珠10份、90#玻化微珠5份、水玻璃气凝胶颗粒1份，水镁石绒3份，海泡石绒5份，氢氧化铝20份,轻质碳酸钙5份；B组分为质量比为正十六烷基三甲氧基硅烷：pH值为3.2～3.4的冰醋酸溶液：乙醇＝9：2：1.5的混合物，B组分重量份为0.74份。
实施例5
本实施例的防火涂料，以重量份计，如下表所示：
A组分具有下列重量份的组分：42.5普通硅酸盐水泥15份，CA50型高铝水泥15份，31#玻化微珠30份、90#玻化微珠10份、水玻璃气凝胶颗粒5份，水镁石绒2份，海泡石绒4份，氢氧化镁16份,氢氧化铝3份；B组分为质量比为乙基三氯硅烷：pH值为3.2～3.4的冰醋酸溶液：乙醇＝11：1：1.5的混合物，B组分重量份为0.84份。
以上实施例生产时首先将水泥之外的其他原料放入生产装置，开启恒温搅拌，使物料混合均匀；然后开启搅拌和加热功能，使粉体物料处于悬浮状态，并达到物料设定温度，此时将制备的改性剂加入液料进料口，在一定时间内将改性剂雾化后喷淋到处于悬浮状的物料表面，并保持该温度和搅拌转速一定时间；然后升温并保持一定时间后关闭加热和搅拌，冷却到室温。在对本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料生产加工时，将除水泥之外的材料先统一用硅烷进行表面处理。硅烷偶联剂在水解剂的作用下生产硅醇，然后在一定的温度下硅羟基和隔热骨料和粉体表面的羟基反应，形成氢键。在进一步加热过程中产生脱水和固化，偶联剂和骨料及粉体表面形成牢固的共价键结合。硅烷的长链烷烃使得骨料和粉体具有优良的疏水性，最后将配方中的水泥于上述粉体在常温下混合，即得到本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料。
对比例1
对比例1为在实施例1的A组分中加入0.2％的S-5002硅烷基疏水粉末的常温混合物。
空白样
空白样为在实施例1的A组分的常温混合物。
疏水性测试方法：制作70*70*70mm的模块，常温养护到恒重后放入水箱中，在水中浸泡30天。
吸水率：试块泡水后的重量减去泡水前的重量，用重量差除以泡水前的重量。
疏水率：实验样吸水率和空白样吸水率差值于空白样吸水率的比值。
各实施例制备的本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料的疏水性性能参数如表1所示。
表1本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料的疏水性
| 指标 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例 | 空白样 |
| 吸水率 | 112％ | 110％ | 105％ | 103％ | 117％ | 155％ | 174％ |
| 疏水率 | 35.6％ | 36.8％ | 39.7％ | 40.8％ | 32.8％ | 10.9％ | - |
可见，采用上述技术方案后，本发明配方制备的涂层具有优良的疏水性。
部分本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料的防火性能性能如表2所示。
将本发明实施例1、4和一种商用硅酸盐水泥基钢结构防火涂料产品，用镘刀涂在涂有环氧云铁底漆的喷砂钢板上，涂层固化28天，厚度为30毫米。涂层的防火性能通过暴露在符合GB/T9978-纤维素火防火曲线的时间-温度曲线下进行测试。涂层基材加热到580℃的时间被认为是耐火极限时间。
表2本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料耐火性能
| 防火涂料 | 耐火极限/min |
| 实施例1 | 108 |
| 实施例4 | 99 |
| 某商用水泥基钢结构防火涂料 | 101 |
从表2可以看出，实施例1和实施例4与商用硅酸盐水泥基钢结构防火涂料产品相比具有类似的防火性能。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种本征疏水性非膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于包括A粉料组分和B改性剂组分，
所述A粉料组分包括下列重量份数物质：
硅酸盐水泥15～20份、
高铝水泥15～20份、
隔热骨料27～45份、
耐火纤维6～20份、
化学阻燃剂9～25份、
助剂：0～5份；
所述B改性剂组分包括偶联剂、水解剂和稀释剂，质量比为偶联剂：水解剂：稀释剂＝8-12：1-2：0.5-1.5；
B改性组分为A粉料组分中除硅酸盐水泥和助剂之外原料总重量的1％～1.5％。
2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所述硅酸盐水泥为42.5MPa的普通硅酸盐水泥；高铝水泥为CA50型硅酸铝水泥。
3.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所述隔热骨料以重量单位计，包括以下重量份的组分：
31#玻化微珠40～55份、
90#玻化微珠25～50份、
水玻璃气凝胶颗粒1～10份，
所述31#玻化微珠粒径为≤1mm，所述90#玻化微珠粒径为≤0.6mm，所述水玻璃气凝胶粒径≤1.5mm。
4.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所述耐火纤维为海泡石、水镁石按照2：1.5～1的重量比混合而成。
5.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所述化学阻燃剂为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、氢氧化镁、氢氧化铝一种或几种的组合。
6.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所述稀释剂为乙醇，水解剂为pH值为3.2～3.4的冰醋酸溶液，所述偶联剂为硅烷类偶联剂。
7.根据权利要求6所述的防火涂料，其特征在于所述硅烷类偶联剂为如下结构：
CH3(CH2)nSiX3
其中n是1～20的整数数值；X为烷氧基或卤素。
8.根据权利要求6所述的防火涂料，其特征在于偶联剂：水解剂：稀释剂质量比＝10：1.5：1。
9.根据权利要求6所述的防火涂料，其特征在于所述硅烷为正十二烷基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、正十六烷基三甲氧基硅烷、正己基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、正丙基三氯硅烷、乙基三氯硅烷中的一种或者多种的组合。
10.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所述助剂包括引气剂、增稠保水剂、阻锈剂、杀菌剂、缓凝剂和/或结晶母料。
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