CN114106603B - 隧道防火无机水性涂料 - Google Patents

Abstract

本申请属于涂料技术领域，具体涉及一种隧道防火无机水性涂料，包括如下重量份的各组分：丙烯酸乳液30‑50份、水泥80‑100份、空心漂珠10‑20份、阻燃剂15‑25份、固化剂2‑6份、水5‑15份。本申请的隧道防火无机水性涂料，通过添加丙烯酸乳液提高无机涂料的强度、粘结性能和耐候性能等，空心漂珠可有效改善涂层的防火、隔热性能，可有效避免内部混凝土的温度过高，再配合阻燃剂，可以起到良好的防火、隔热效果，为内部混凝土提供有效的保护作用。

Description

隧道防火无机水性涂料

技术领域

本申请属于涂料技术领域，具体涉及一种隧道防火无机水性涂料。

背景技术

隧道通常是在地下挖掘或开凿山石所形成的用于通车的道路。由于隧道的开凿可以最大程度上缩短目标距离，减小道路的占地面积，而且可以在很大程度上减小对于自然环境的破坏，因此其在道路的规划与建设中占据着非常重要的地位。

隧道在建设时需要采用混凝土对内壁进行构建，而混凝土的强度会随着温度的升高显著降低。由于隧道的特殊结构，一旦隧道内部发生火灾，温度通产高达1000℃以上，而隧道内部的砌体结构通常难以承受如此高温，严重的甚至可能会导致隧道坍塌而早证重大的事故和伤亡，因此，对于隧道内部的防火、隔热设计是隧道建设过程中需要重点考虑的部分。

因此，防火性能和隔热性能是隧道内所用涂料的重要指标，有必要针对这个方向开发一种防火、隔热效果更优的隧道用无机水性涂料。

发明内容

为了解决上述问题，本申请公开了一种隧道防火无机水性涂料，通过添加丙烯酸乳液提高无机涂料的强度、粘结性能和耐候性能等，空心漂珠可有效改善涂层的防火、隔热性能，可有效避免内部混凝土的温度过高，再配合阻燃剂，可以起到良好的防火、隔热效果，为内部混凝土提供有效的保护作用。

本申请提供一种隧道防火无机水性涂料，采用如下的技术方案：

一种隧道防火无机水性涂料，包括如下重量份的各组分：

丙烯酸乳液30-50份

水泥80-100份

空心漂珠10-20份

阻燃剂15-25份

固化剂2-6份

水5-15份。

丙烯酸乳液的加入有利于提高无机涂料的强度、粘结性能、防水性能和耐候性能，空心漂珠具有中空结构，导热率小，具有良好的隔热性能，在火灾发生时可为内部的混凝土结构提供良好的保护，避免内部混凝土温度过高，而且空心漂珠的耐火温度达到1600℃以上，耐火性能优良，配合阻燃剂，可以起到良好的防火、隔热效果，为内部混凝土提供有效的保护作用。

优选地，上述阻燃剂包括如下重量份的各组分：聚磷酸铵20-30份、三聚氰胺20-30份、ZnO 3-8份、壳聚糖5-12份。

阻燃剂采用聚磷酸铵、三聚氰胺、ZnO和壳聚糖复配而成，其中的聚磷酸铵和三聚氰胺之间的氮磷协同作用有利于提高阻燃效果。而且，ZnO的添加有利于促进聚磷酸铵受热分解产生的聚磷酸之间的交联程度，从而提高聚磷酸交联产物的粘度，帮助生成隔热效果更加优异的类碳层。对于壳聚糖，在较低温度时，聚磷酸铵-三聚氰胺体系就可以促使壳聚糖分解成焦炭和水，从而在火灾发生的早期就可以起到较好的阻燃效果。另外，壳聚糖在起到阻燃增效的同时，作为一种抗菌剂可以帮助改善无机涂料的防霉抗菌性能，可帮助解决潮湿阴暗的隧道环境中容易发霉的情况。

优选地，上述阻燃剂的制备方法为：将ZnO和壳聚糖溶于乙酸中得到A溶液，将聚磷酸铵溶于水中得到B溶液，将三聚氰胺溶于乙酸中得到C溶液；将A溶液与B溶液混合均匀，然后搅拌下将C溶液滴加入混合溶液中，滴加结束后继续搅拌20-40分钟，蒸发后得到固体粉末，洗涤、干燥得到阻燃剂。

以上阻燃剂的制备方法，可以将多数三聚氰胺包覆于壳聚糖和聚磷酸铵的内部，在火灾中，这不仅可以尽可能减少三聚氰胺“氨解”产物的挥发，而且还可以使三聚氰胺分解产生的气体在向外扩散的过程中对聚磷酸铵受热分解形成的保护膜进行发泡，从而形成隔热效果更好的泡沫隔热，进一步提高隔热效果。

优选地，上述聚磷酸铵与ZnO的质量比为1:0.1-0.3。

ZnO的用量太少不足以发生足够的促进交联作用，太多则可能会形成结晶磷酸盐，容易导致碳层中出现裂缝而降低隔热、防火效果。

优选地，上述聚磷酸铵与壳聚糖的质量比为1:0.2-0.5。

壳聚糖的阻燃效果主要是在表面形成碳层，通常只是起到辅助阻燃作用，用量不宜过多。

优选地，上述隧道防火无机水性涂料还包括钛白粉5-15份。

钛白粉与聚磷酸铵在高温下可以生成焦磷酸钛，可增加碳层的厚度，为内部的混凝土提供更好的保护作用。

优选地，上述丙烯酸乳液为环氧改性丙烯酸乳液。

纯的丙烯酸乳液属于线性结构，所以在耐水性、耐候性、耐热性和机械强度等方面不足，而环氧树脂中由于含有环氧基、羟基、醚键等结构，所以具有良好的附着性、防腐性以及热稳定性，环氧改性的丙烯酸乳液可以有效弥补纯丙烯酸乳液的缺陷，具有优异的附着性、耐候性、耐热性等，有利于提高无机水性涂料对隧道内壁的粘结，并改善涂层的耐候性和耐热性能。

优选地，上述水泥为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或两种。

优选地，上述固化剂为二乙烯基三胺、二甲胺基丙胺、2-甲基戊二胺中的一种或几种。

优选地，上述的隧道防火无机水性涂料，采用如下方法制备而成：将固化剂加入水中得到固化剂水溶液；将水泥、空心漂珠、阻燃剂干拌均匀，得到干料；然后将丙烯酸乳液与固化剂水溶液加入干料中，充分搅拌混合10-20分钟，得到隧道防火无机水性涂料。

本申请具有如下的有益效果：

（1）本申请的隧道防火无机水性涂料，通过添加丙烯酸乳液提高无机涂料的强度、粘结性能和耐候性能等，空心漂珠可有效改善涂层的防火、隔热性能，可有效避免内部混凝土的温度过高，再配合阻燃剂，可以起到良好的防火、隔热效果，为内部混凝土提供有效的保护作用。

（2）本申请阻燃剂中的聚磷酸铵和三聚氰胺之间的氮磷协同作用有利于提高阻燃效果，ZnO的添加有利于促进聚磷酸铵受热分解产生的聚磷酸之间的交联程度，从而提高聚磷酸交联产物的粘度，帮助生成隔热效果更加优异的类碳层，在温度较低时，聚磷酸铵-三聚氰胺体系就可以促使壳聚糖分解成焦炭和水，从而在火灾发生的早期就可以起到较好的阻燃效果，另外，壳聚糖在起到阻燃增效的同时，作为一种抗菌剂可以帮助改善无机涂料的防霉抗菌性能，可帮助解决潮湿阴暗的隧道环境中容易发霉的情况。

（3）本申请的涂料体系中还添加有钛白粉，钛白粉可以与聚磷酸铵在高温下生成焦磷酸钛，可增加碳层的厚度，为内部的混凝土提供更好的保护作用。

具体实施方式

现在结合实施例对本申请作进一步详细的说明。

实施例1

制备阻燃剂：

原料：20 kg聚磷酸铵、20 kg三聚氰胺、3 kg ZnO、5 kg壳聚糖。

将ZnO和壳聚糖溶于乙酸中得到A溶液，将聚磷酸铵溶于水中得到B溶液，将三聚氰胺溶于乙酸中得到C溶液；将A溶液与B溶液混合均匀，然后搅拌下将C溶液滴加入混合溶液中，滴加结束后继续搅拌20分钟，蒸发后得到固体粉末，洗涤、干燥得到阻燃剂。

制备隧道防火无机水性涂料：

原料：30 kg环氧改性丙烯酸乳液、80 kg硅酸盐水泥、10 kg空心漂珠、5 kg钛白粉、15 kg阻燃剂、2 kg固化剂二乙烯基三胺、5 kg水。

将固化剂加入水中，搅拌均匀得到固化剂水溶液；将硅酸盐水泥、空心漂珠、钛白粉、阻燃剂干拌均匀，得到干料；然后将环氧改性丙烯酸乳液与固化剂水溶液加入干料中，充分搅拌混合10分钟，得到隧道防火无机水性涂料。

实施例2

制备阻燃剂：

原料：30 kg聚磷酸铵、30 kg三聚氰胺、8 kg ZnO、12 kg壳聚糖。

将ZnO和壳聚糖溶于乙酸中得到A溶液，将聚磷酸铵溶于水中得到B溶液，将三聚氰胺溶于乙酸中得到C溶液；将A溶液与B溶液混合均匀，然后搅拌下将C溶液滴加入混合溶液中，滴加结束后继续搅拌40分钟，蒸发后得到固体粉末，洗涤、干燥得到阻燃剂。

制备隧道防火无机水性涂料：

原料：50 kg环氧改性丙烯酸乳液、100 kg硅酸盐水泥、20 kg空心漂珠、15 kg钛白粉、25 kg阻燃剂、6 kg固化剂二甲胺基丙胺、15 kg水。

将固化剂加入水中，搅拌均匀得到固化剂水溶液；将硅酸盐水泥、空心漂珠、钛白粉、阻燃剂干拌均匀，得到干料；然后将环氧改性丙烯酸乳液与固化剂水溶液加入干料中，充分搅拌混合20分钟，得到隧道防火无机水性涂料。

实施例3

制备阻燃剂：

原料：25 kg聚磷酸铵、25 kg三聚氰胺、5 kg ZnO、8 kg壳聚糖。

将ZnO和壳聚糖溶于乙酸中得到A溶液，将聚磷酸铵溶于水中得到B溶液，将三聚氰胺溶于乙酸中得到C溶液；将A溶液与B溶液混合均匀，然后搅拌下将C溶液滴加入混合溶液中，滴加结束后继续搅拌30分钟，蒸发后得到固体粉末，洗涤、干燥得到阻燃剂。

制备隧道防火无机水性涂料：

原料：40 kg环氧改性丙烯酸乳液、90 kg硅酸盐水泥、15 kg空心漂珠、10 kg钛白粉、20 kg阻燃剂、4 kg固化剂2-甲基戊二胺、10 kg水。

将固化剂加入水中，搅拌均匀得到固化剂水溶液；将硅酸盐水泥、空心漂珠、钛白粉、阻燃剂干拌均匀，得到干料；然后将环氧改性丙烯酸乳液与固化剂水溶液加入干料中，充分搅拌混合15分钟，得到隧道防火无机水性涂料。

实施例4

制备阻燃剂：

原料：25 kg聚磷酸铵、25 kg三聚氰胺、5 kg ZnO、8 kg壳聚糖。

将ZnO和壳聚糖溶于乙酸中得到A溶液，将聚磷酸铵溶于水中得到B溶液，将三聚氰胺溶于乙酸中得到C溶液；将A溶液与B溶液混合均匀，然后搅拌下将C溶液滴加入混合溶液中，滴加结束后继续搅拌30分钟，蒸发后得到固体粉末，洗涤、干燥得到阻燃剂。

制备隧道防火无机水性涂料：

原料：40 kg环氧改性丙烯酸乳液、100 kg硅酸盐水泥、15 kg空心漂珠、20 kg阻燃剂、4 kg固化剂2-甲基戊二胺、10 kg水。

将固化剂加入水中，搅拌均匀得到固化剂水溶液；将硅酸盐水泥、空心漂珠、钛白粉、阻燃剂干拌均匀，得到干料；然后将环氧改性丙烯酸乳液与固化剂水溶液加入干料中，充分搅拌混合15分钟，得到隧道防火无机水性涂料。

实施例5

实施例5与实施例3基本相同，不同之处在于，实施例5中制备阻燃剂的原料为：28kg聚磷酸铵、25 kg三聚氰胺、2 kg ZnO、8 kg壳聚糖。

实施例6

实施例6与实施例3基本相同，不同之处在于，实施例6中制备阻燃剂的原料为：22kg聚磷酸铵、25 kg三聚氰胺、8 kg ZnO、8 kg壳聚糖。

实施例7

实施例7与实施例3基本相同，不同之处在于，实施例7中制备阻燃剂的原料为：20kg聚磷酸铵、25 kg三聚氰胺、5 kg ZnO、13 kg壳聚糖。

实施例8

实施例8与实施例3基本相同，不同之处在于，实施例8中制备阻燃剂的原料为：25kg聚磷酸铵、25 kg三聚氰胺、8 kg壳聚糖。

实施例9

实施例9与实施例3基本相同，不同之处在于，实施例9中制备阻燃剂的原料为：25kg聚磷酸铵、25 kg三聚氰胺、5kg ZnO。

实施例10

实施例10与实施例3基本相同，不同之处在于，实施例10中阻燃剂的制备方法为：将聚磷酸铵、三聚氰胺、ZnO和壳聚糖混合均匀，得到阻燃剂。

对实施例1-10所制备的隧道防火无机水性涂料获得的厚度为10mm的涂层进行性能测试，测试依据为GB 28375-2012《混凝土结构防火涂料》，测试结果见表1。

表1

	黏结强度/MPa	耐水性	耐酸性	耐碱性	耐冻融循环	耐火极限/h	混凝土板底面最高温度/℃	钢筋网底面最高温度/℃
									实施例1	0.33	合格	合格	合格	合格	4.8	307.6	213.9
实施例2	0.40	合格	合格	合格	合格	5.5	283.8	197.5
									实施例3	0.37	合格	合格	合格	合格	5.2	292.4	203.4
实施例4	0.39	合格	合格	合格	合格	4.0	362.1	238.5
									实施例5	0.36	合格	合格	合格	合格	4.6	326.3	223.2
实施例6	0.37	合格	合格	合格	合格	4.5	311.4	215.6
									实施例7	0.37	合格	合格	合格	合格	4.2	336.9	226.8
实施例8	0.38	合格	合格	合格	合格	3.8	362.7	240.4
									实施例9	0.36	合格	合格	合格	合格	4.5	304.5	210.7
实施例10	0.38	合格	合格	合格	合格	4.8	383.6	247.3

其中，耐水性：720 h涂层不开裂、起层、脱落即为合格；耐酸性：360 h涂层不开裂、起层、脱落即为合格；耐碱性：360 h涂层不开裂、起层、脱落即为合格；耐冻融循环：15次涂层不开裂、起层、脱落即为合格。

从表1可以看出，本申请实施例1-10所制备的隧道防火无机水性涂料的黏结强度达到0.33MPa以上，与基层的粘结性能好；耐水性、耐酸性、耐碱性和耐冻融循环均符合要求；耐火极限达到3.8 h以上，混凝土板底面最高温度在383.6℃以下，钢筋网底面最高温度在247.3℃以下，耐火能力和隔热能力强。

从实施例4与实施例3比较可知，当实施例4的涂料体系中没有添加钛白粉时，所制备的涂层的耐火极限下降到4.0 h，混凝土板底面最高温度上升到362.1℃，钢筋网底面最高温度上升到238.5℃，耐火能力下降，这可能时由于不添加钛白粉，没有焦磷酸钛的生成，无法进一步增加碳层厚度，导致耐火能力和隔热能力下降。

从实施例5与实施例3比较可知，当实施例5所用的阻燃剂中，聚磷酸铵与ZnO的质量比为1：0.07时，由于ZnO用量减少，没有足够的促进交联作用，导致耐火极限下降到4.6h，混凝土板底面最高温度上升到326.3℃，钢筋网底面最高温度上升到223.2℃。

从实施例6与实施例3比较可知，当实施例6所用的阻燃剂中，聚磷酸铵与ZnO的质量比为1：0.36时，耐火极限下降到4.5 h，混凝土板底面最高温度上升到311.4℃，钢筋网底面最高温度上升到215.6℃，这可能是由于ZnO用量过多，会形成结晶磷酸盐，导致碳层中出现裂缝而降低隔热、防火效果。

从实施例7与实施例3比较可知，当实施例7所用的阻燃剂中，聚磷酸铵与壳聚糖的质量比为1：0.65时，耐火极限下降到4.2 h，混凝土板底面最高温度上升到336.9℃，钢筋网底面最高温度上升到226.8℃，这可能是由于壳聚糖只起到辅助阻燃的作用，其用量增加导致起主要阻燃作用的聚磷酸铵用量减少，造成防火、隔热效果下降。

从实施例8与实施例3比较可知，当实施例8所用的阻燃剂中未添加ZnO时，耐火极限下降到3.8 h，混凝土板底面最高温度上升到362.7℃，钢筋网底面最高温度上升到240.4℃，这可能是由于未添加ZnO则无法促进聚磷酸铵受热分解产生的聚磷酸之间的交联程度，无法生成隔热效果更加优异的类碳层。

从实施例9与实施例3比较可知，当实施例9所用的阻燃剂中未添加壳聚糖时，耐火极限下降到4.5 h，混凝土板底面最高温度上升到304.5℃，钢筋网底面最高温度上升到210.7℃，这可能是由于缺少了壳聚糖的辅助作用，但由于壳聚糖主要起辅助作用，虽然不添加壳聚糖导致防火、隔热性能有所下降，但影响不是非常大。

从实施例10与实施例3比较可知，当实施例10所用的阻燃剂中各组分直接混合，而没有用壳聚糖和聚磷酸铵对三聚氰胺进行液相包覆时，耐火极限下降到4.8 h，混凝土板底面最高温度上升到383.6℃，钢筋网底面最高温度上升到247.3℃，虽然对耐火极限的影响非常小，但由于未对三聚氰胺进行包覆，使火灾中三聚氰胺的分解产物容易挥发而影响防火效果，另外，缺少了三聚氰胺分解产生的气体在向外扩散过程中对聚磷酸铵受热分解形成的保护膜进行发泡的情况，从而无法形成更多的泡沫隔热层，导致隔热效果下降明显。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种隧道防火无机水性涂料，其特征在于：包括如下重量份的各组分：

丙烯酸乳液30-50份

水泥80-100份

空心漂珠10-20份

阻燃剂15-25份

固化剂2-6份

水5-15份；

所述阻燃剂包括如下重量份的各组分：聚磷酸铵20-30份、三聚氰胺20-30份、ZnO 3-8份、壳聚糖5-12份；

所述阻燃剂的制备方法为：将ZnO和壳聚糖溶于乙酸中得到A溶液，将聚磷酸铵溶于水中得到B溶液，将三聚氰胺溶于乙酸中得到C溶液；将A溶液与B溶液混合均匀，然后搅拌下将C溶液滴加入混合溶液中，滴加结束后继续搅拌20-40分钟，蒸发后得到固体粉末，洗涤、干燥得到阻燃剂。

2.如权利要求1所述的隧道防火无机水性涂料，其特征在于：所述聚磷酸铵与ZnO的质量比为1:0.1-0.3。

3.如权利要求2所述的隧道防火无机水性涂料，其特征在于：所述聚磷酸铵与壳聚糖的质量比为1:0.2-0.5。

4.如权利要求3所述的隧道防火无机水性涂料，其特征在于：所述隧道防火无机水性涂料还包括钛白粉5-15份。

5.如权利要求1所述的隧道防火无机水性涂料，其特征在于：所述丙烯酸乳液为环氧改性丙烯酸乳液。

6.如权利要求1所述的隧道防火无机水性涂料，其特征在于：所述水泥为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥中的一种或两种。

7.如权利要求1所述的隧道防火无机水性涂料，其特征在于：所述固化剂为二乙烯基三胺、二甲胺基丙胺、2-甲基戊二胺中的一种或几种。

8.如权利要求1所述的隧道防火无机水性涂料，其特征在于：采用如下方法制备而成：将固化剂加入水中得到固化剂水溶液；将水泥、空心漂珠、阻燃剂干拌均匀，得到干料；然后将丙烯酸乳液与固化剂水溶液加入干料中，充分搅拌混合10-20分钟，得到隧道防火无机水性涂料。