CN114181557B - 水性防火耐辐射涂料体系及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性防火耐辐射涂料体系，本发明的水性防火耐辐射涂料体系包括配套使用的水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆，水性防火腻子包括A1组分和B组分，A1组分和B组分的质量比为3～6∶1，水性防火耐辐射面漆包括A2组分和B组分，A2组分和B组分的质量比为1.5～3∶1，A1组分包括5～15％水性树脂乳液、20～50％耐辐射颜料、30～55％防腐填料、2～3％纤维素增稠剂和余量水，A2组分包括5～20％的水性树脂乳液、20～30％耐辐射颜料、10～25％防腐填料、0.1～3％助剂和余量水，B组分包括85～93份水性无机有机杂化硅树脂、2～5份钛酸酯偶联剂和5～10份溶剂，本发明提供的水性防火耐辐射涂料体系以水性无机有机杂化硅树脂为成膜物质，涂料内的有机物含量少，使涂膜具有良好的防火和耐辐射性能。

Description

水性防火耐辐射涂料体系及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性涂料技术领域，具体涉及水性防火耐辐射涂料体系。

背景技术

核电站是通过适当的装置将核能转变成电能的设施，核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生裂变反应产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽，核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核系统和设备，为核岛区；常规系统和设备，为常规岛区。目前，核电站核岛区的混凝土表面所用的防护涂料主要是环氧类涂料，由于该类涂料具有良好的耐腐蚀性、化学稳定性、可靠附着力和耐辐射性而获得广泛应用。当前市面上的环氧类涂料大多为溶剂型环氧涂料，溶剂型环氧涂料是以有机溶剂作为主要分散介质，生产制造工艺成熟、价格较低，各项性能指标也相对较好，使用较多，但由于其中所含大量有机溶剂，在施工过程中以及施工后相当长一段时间内会向空气中释放VOC，污染空气，影响施工人员身体健康，同时核电站的主控室、逃生走廊等特殊部位，除了要求防护涂料具有耐辐照、去污能力外，还必须达到防火等级A级，溶剂型环氧涂料采用环氧树脂作为基体树脂，很难达到防火等级A级的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水性防火耐辐射涂料体系用于解决上述问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是:

一种水性防火耐辐射涂料体系，包括配套使用的水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆，所述水性防火腻子包括A1组分和B组分，所述A1组分和所述B组分的质量比为3～6∶1，所述水性防火耐辐射面漆包括A2组分和B组分，所述A2组分和所述B组分的质量比为1.5～3∶1，所述A1组分包括5～15％水性树脂乳液、20～50％耐辐射颜料、30～55％防腐填料、2～3％纤维素增稠剂和余量水，所述A2组分包括5～20％的水性树脂乳液、20～30％耐辐射颜料、10～25％防腐填料、0.1～3％助剂和余量水，所述B组分包括85～93份水性无机有机杂化硅树脂、2～5份钛酸酯偶联剂和5～10份溶剂。

进一步地，所述A1组分和所述A2组分中的水性树脂乳液为水性硅丙乳液或水性有机硅树脂乳液。

进一步地，所述A1组分和所述A2组分中的耐辐射颜料包括二氧化钛、立德粉、偏硼酸钡、硫酸钡、磷酸锌、改性磷酸锌、硼酸锌、锌黄、铁黄、铁红中的至少一种。

进一步地，所述A1组分和所述A2组分中的防腐填料包括滑石粉、重质碳酸钙、硅微粉、云母粉中的至少一种。

进一步地，所述A1组分中的纤维素增稠剂为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的至少一种。

进一步地，所述A2组分中的助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂中的至少一种。

进一步地，所述B组分中的水性无机有机杂化硅树脂中不挥发份内的二氧化硅含量为40～90％，所述钛酸酯偶联剂为钛酸四丁酯，所述溶剂为乙醇。

进一步地，所述水性防火耐辐射涂料体系包括以下制备步骤：

(1)制备A1组分：按配方量将纤维素增稠剂加入去离子水，高速分散至纤维素增稠剂完全溶解，得均一粘稠浆状的液体，向液体中依次加入水性树脂乳液、耐辐射颜料、防腐填料，高速分散均匀，即得A1组分。

(2)制备A2组分：按配方量将部分助剂加入去离子水中，搅拌至助剂完全溶解后缓慢加入耐辐射颜料和防腐填料，分散均匀后研磨过筛，得分散料，向分散料中加入水性树脂乳液和剩余部分助剂，再加入剩余的离子水调整固体分，即得A2组分；

(3)制备B组分：按配方量将水性无机有机杂化硅树脂和钛酸酯偶联剂加入溶剂中混合后充入氮气保护并以1500～2000转/分的转速搅拌10～15min，过滤出料，充氮气保护包装，即得B组分；

(4)将A1组分和B组分按质量比3～6∶1混合均匀，即得涂料体系的水性防火腻子；将A2组分和B组分按质量比1.5～3∶1混合均匀，即得涂料体系的水性防火耐辐射面漆。

进一步地，所述步骤(2)中分散料的细度小于40μm。

进一步地，所述水性防火耐辐射面漆成膜后的干膜厚度为60～90um。

本发明的水性防火耐辐射涂料体系的制备方法的有益效果在于∶

(1)本发明的水性防火耐辐射涂料体系，水性防火耐辐射面漆和水性防火腻子的A1组分、A2组分和B组分均主要采用水作为分散介质，使涂料可在潮湿环境的混凝土基材上施工，有效解决了核电站密闭、潮湿的地下建筑环境施工难的问题，同时，形成的涂膜具有VOC释放量低，低气味的特点，对人体的危害性小，具有良好的安全性。

(2)本发明的水性防火耐辐射涂料体系中，B组分采用水性无机有机杂化硅树脂作为成膜基材，由于水性无机有机杂化硅树脂的有机硅分子链上嵌合有纳米级二氧化硅粒子，钛酸酯偶联剂与水发生水解反应生成羟基，羟基能与水性无机有机杂化硅树脂中的二氧化硅发生缩合反应生成Si-OH，反应时离子会在液相中因电荷的自发运动而重新排布，稳定后会分布在二氧化硅粒子周围形成双电层，最终导致二氧化硅粒子之间相互排斥，同时粒子间的静电力和范德华力会促使粒子发生聚集，从而形成具有一定聚合度的二氧化硅活性中间体，由于二氧化硅活性中间体的表面存在大量的Si-OH，能与A1组分和A2组分中的硅丙乳液或水性有机硅树脂乳液内的有机硅聚合物形成网络结构聚集体，提高了涂料的相容性，同时，有机硅的分子链能与硅丙乳液或水性有机硅树脂乳液内的分子链相互缠绕交联，可以进一步提高涂料体系的相容性，保证涂料的成膜性能，涂料成膜后，纳米二氧化硅能附着在涂膜中形成网络结构，由于纳米二氧化硅的表面分子状态呈现三维链状结构，比表面积大，耐辐射能力强，具有良好的隔热性能、自清洁性能和附着力，同时有机硅的分子链上含有大量的Si-O-Si键，因此涂料干燥后形成的涂膜具有良好的防辐射性、耐污性强和隔热防火性能。并且纳米二氧化硅的表面配位不足，表现出极强的活性，可以对颜料的色素粒子起吸附作用，有效缓解色素的衰减，从而减少涂膜的“粉化”现象。

(3)本发明的水性防火耐辐射涂料体系采用水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆配套使用，水性防火腻子能够用于修补混凝土表面的孔洞、错台等缺陷，可厚涂，抗开裂性优良，避免了传统水泥砂浆修补的缺陷长时间后附着力损失，导致在此缺陷处涂层开裂起皮的现象，水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆均以水性无机有机杂化硅树脂作为主要的成膜物质，使得涂料中有机物含量减少，同时两者相互配合具有协同作用，使涂膜的燃烧等级能够达到A级，保证涂膜具有良好的防火性能和耐辐射性能。

具体实施方式

本发明提供了一种水性防火耐辐射涂料体系，用于涂覆于核电站的主控室、逃生走廊等特殊部位，该水性防火耐辐射涂料体系包括配套使用的水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆，水性防火腻子包括A1组分和B组分，A1组分和B组分的质量比为3～6∶1；水性防火耐辐射面漆包括A2组分和B组分，A2组分和B组分的质量比为1.5～3∶1。其中，A1组分包括5～15％水性树脂乳液、20～50％耐辐射颜料、30～55％防腐填料、2～3％纤维素增稠剂和余量水；A2组分包括5～20％的水性树脂乳液、20～30％耐辐射颜料、10～25％防腐填料、0.1～3％助剂和余量水；B组分包括85～93份水性无机有机杂化硅树脂、2～5份钛酸酯偶联剂和5～10份溶剂。所述水性树脂乳液为水性硅丙乳液或水性有机硅树脂乳液；所述耐辐射颜料包括二氧化钛、立德粉、纳米二氧化钛、偏硼酸钡、硫酸钡、磷酸锌、改性磷酸锌、硼酸锌、锌黄、铁黄、铁红中的至少一种；所述防腐填料包括滑石粉、重质碳酸钙、硅微粉、云母粉中的至少一种；所述纤维素增稠剂为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的至少一种；所述助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂中的至少一种；所述水性无机有机杂化硅树脂中不挥发份内的二氧化硅含量为40～90％，所述钛酸酯偶联剂为钛酸四丁酯，所述溶剂为乙醇。

本发明的水性防火耐辐射涂料体系的制备方法包括以下步骤：

(1)制备A1组分：按配方量将纤维素增稠剂加入去离子水，高速分散至纤维素增稠剂完全溶解，得均一粘稠浆状的液体，向液体中依次加入水性树脂乳液、耐辐射颜料、防腐填料，高速分散均匀，即得A1组分。

(2)制备A2组分：按配方量将部分助剂加入去离子水中，搅拌至助剂完全溶解后缓慢加入耐辐射颜料和防腐填料，分散均匀后研磨过筛，得细度小于40μm的分散料，向分散料中加入水性树脂乳液和剩余部分助剂，再加入剩余的离子水调整固体分，即得A2组分。

(3)制备B组分：按配方量将水性无机有机杂化硅树脂和钛酸酯偶联剂加入溶剂中混合后充入氮气保护并以1500～2000转/分的转速搅拌10～15min，过滤出料，充氮气包装，得B组分。

(4)将A1组分和B组分按质量比3～6∶1混合均匀，即得涂料的水性防火腻子；将A2组分和B组分按质量比1.5～3∶1混合均匀，即得涂料的水性防火耐辐射面漆。

本发明的水性防火耐辐射涂料体系的使用方法包括以下步骤：

将待涂覆的混凝土块表面进行打磨处理，将水性防火腻子刮涂至打磨后的混凝土块表面，对混凝土块表面进行修补与找平，24h后再喷涂水性防火耐辐射面漆，保证面漆成膜后的干膜厚度为60～90um，最后对涂覆水性防火耐辐射涂料体系的混凝土块进行干燥处理。

以下结合多个实施例对本发明做进一步描述，但不局限于此。

A1组分和A2组分的水性树脂乳液为中海油常州环保涂料有限公司的CTD-6830硅丙乳液、CTD-6832硅丙乳液、CTD-6833硅丙乳液，EVONIK的SILIKOPHEN40/W有机硅乳液中的至少一种，B组分的水性无机有机杂化硅树脂为中海油常州涂料化工研究院有限公司的CTN-3708水性无机有机杂化硅树脂。

实施例一

(一)制备A1组分

1、配方

A1组分包括5％CTD-6830硅丙乳液、45％立德粉、15％滑石粉、15％石英粉、3％羟乙基纤维素以及余量的水，具体配方见表1。

表1：A1组分的配方

2、具体操作方法

按表1的A1组分配方量将羟乙基纤维素加入水中，高速分散至羟乙基纤维素完全溶解，再加入CTD-6830硅丙乳液、立德粉、滑石粉和石英粉，高速分散均匀，即得A1组分。

(二)制备A2组分

1、配方

A2组分包括5％SILIKOPHEN40/W有机硅乳液、5％二氧化钛、10％硫酸钡、5％磷酸锌、3％滑石粉、5％石英粉、2％气象法二氧化硅、0.6％分散剂AFCONA4560、0.2％消泡剂BYK025、0.2％流平剂BYK348和64％水，具体配方见表2。

表2：A2组分的配方

2、具体操作方法

按表2的A2组分配方量将分散剂AFCONA4560和消泡剂BYK025加入水中，中速搅拌15min，然后加入二氧化钛、硫酸钡、磷酸锌、滑石粉、石英粉和气象法二氧化硅，用砂磨研磨至细度小于40um，再加入SILIKOPHEN40/W有机硅乳液，搅拌均匀，最后加入流平剂BYK348，搅拌均匀后过滤，即得A2组分。

(三)制备B组分

1、配方

B组分包括85％CTN-3708水性无机有机杂化硅树脂、2％钛酸四丁酯和13％乙醇，具体配方见表3。

表3：B组分的配方

2、具体操作方法

按表3的B组分配方量将CTN-3708水性无机有机杂化硅树脂和钛酸四丁酯加入乙醇中，在氮气保护下以1500转/分的转速搅拌15min，搅拌均匀，充氮气包装，得B组分。

(四)配制水性防火腻子

按质量比6∶1称取制备的A1组分和B组分，充分混合均匀制得水性防火腻子，备用，施工期0.5h。

(五)配制水性防火耐辐射面漆

按质量比3∶1称取制备的A2组分和B组分，充分混合均匀制得水性防火耐辐射面漆，备用，施工期0.5h。

实施例二

(一)制备A1组分

1、配方

A1组分包括10％CTD-6832硅丙乳液、20％立德粉、30％滑石粉、25％石英粉、2％羟乙基纤维素以及13％水，具体配方见表4。

表4：A1组分的配方

2、具体操作方法

按表4的A1组分配方量将羟乙基纤维素加入水中，高速分散至羟乙基纤维素完全溶解，再加入CTD-6832硅丙乳液、立德粉、滑石粉和石英粉，高速分散均匀，即得A1组分。

(二)制备A2组分

1、配方

A2组分包括15％SILIKOPHEN40/W有机硅乳液、15％二氧化钛、5％硫酸钡、5％磷酸锌、8％滑石粉、5％石英粉、2％气象法二氧化硅、1％分散剂AFCONA4560、0.2％消泡剂BYK025、0.3％流平剂BYK348和43.5％水，具体配方见表5。

表5：A2组分的配方

2、具体操作方法

按表5的A2组分配方量将分散剂AFCONA4560和消泡剂BYK025加入水中，中速搅拌15min，然后加入二氧化钛、硫酸钡、磷酸锌、滑石粉、石英粉和气象法二氧化硅，用砂磨研磨至细度小于40um，再加入水性树脂乳液SILIKOPHEN40/W，搅拌均匀，最后加入流平剂BYK348，搅拌均匀后过滤，即得A2组分。

(三)制备B组分

1、配方

B组分包括90％CTN-3708水性无机有机杂化硅树脂、3％钛酸四丁酯和7％乙醇，具体配方见表6。

表6：B组分的配方

2、具体操作方法

按表6的B组分配方量将CTN-3708水性无机有机杂化硅树脂和钛酸四丁酯加入乙醇中，在氮气保护下以1500转/分的转速搅拌15min，搅拌均匀，充氮气包装，得B组分。

(四)配制水性防火腻子

按质量比4∶1称取制备的A1组分和B组分，充分混合均匀制得水性防火腻子，备用，施工期0.5h。

(五)配制水性防火耐辐射面漆

按质量比2.2∶1称取制备的A2组分和B组分，充分混合均匀制得水性防火耐辐射面漆，备用，施工期0.5h。

实施例三

(一)制备A1组分

1、配方

A1组分包括15％CTD-6833硅丙乳液、50％立德粉、10％滑石粉、10％石英粉、2.5％羟乙基纤维素以及12.5％水，具体配方见表7。

表7：A1组分的配方

2、具体操作方法

按表7的A1组分配方量将羟乙基纤维素加入水中，高速分散至羟乙基纤维素完全溶解，再加入CTD-6830硅丙乳液、立德粉、滑石粉和石英粉，高速分散均匀，即得A1组分。

(二)制备A2组分

1、配方

A2组分包括20％SILIKOPHEN40/W有机硅乳液、15％二氧化钛、10％硫酸钡、5％磷酸锌、8％滑石粉、5％石英粉、2％气象法二氧化硅、1.8％分散剂AFCONA4560、0.2％消泡剂BYK025、0.5％流平剂BYK348和22％水，具体配方见表8。

表8：A2组分的配方

2、具体操作方法

按表8的A2组分配方量将分散剂AFCONA4560和消泡剂BYK025加入水中，中速搅拌15min，然后加入二氧化钛、硫酸钡、磷酸锌、滑石粉、石英粉和气象法二氧化硅，用砂磨研磨至细度小于40um，再加入水性树脂乳液SILIKOPHEN40/W，搅拌均匀，最后加入流平剂BYK348，搅拌均匀后过滤，即得A2组分。

(三)制备B组分

1、配方

B组分包括93％CTN-3708水性无机有机杂化硅树脂、2％钛酸四丁酯和5％乙醇，具体配方见表9。

表9：B组分的配方

2、具体操作方法

按表9的B组分配方量将CTN-3708水性无机有机杂化硅树脂和钛酸四丁酯加入乙醇中，在氮气保护下以1500转/分的转速搅拌15min，搅拌均匀，充氮气包装，得B组分。

(四)配制水性防火腻子

按质量比3∶1称取制备的A1组分和B组分，充分混合均匀制得水性防火腻子，备用，施工期0.5h。

(五)配制水性防火耐辐射面漆

按质量比1.5∶1称取制备的A2组分和B组分，充分混合均匀制得水性防火耐辐射面漆，备用，施工期0.5h。

实验例四

将实施例1～3制备的水性防火耐辐射涂料体系的性能检测

取尺寸为20cm×10cm×4cm的混凝土块，对混凝土块表面进行打磨处理，采用实施例制备的水性防火腻子对混凝土块表面刮涂进行找平，24h后打磨，再采用实施例制备的水性防火耐辐射面漆喷涂(干膜厚度50～60um)，干燥14天，保存样板，采用相关标准对样板进行测试，检测结果见表10。

表10水性防火耐辐射涂料体系的性能检测项目与检测结果

从表10的检测结果可以看出，实施例1-3以本发明的方案制备的水性防火耐辐射涂料体系，由于水性无机有机杂化硅树脂的有机硅分子链上嵌合有纳米级二氧化硅粒子，钛酸酯偶联剂与水发生水解反应生成羟基，羟基能与水性无机有机杂化硅树脂中的二氧化硅发生缩合反应生成Si-OH，反应时离子会在液相中因电荷的自发运动而重新排布，稳定后会分布在二氧化硅粒子周围形成双电层，最终导致二氧化硅粒子之间相互排斥，同时粒子间的静电力和范德华力会促使粒子发生聚集，从而形成具有一定聚合度的二氧化硅活性中间体，由于二氧化硅活性中间体的表面存在大量的Si-OH，能与硅丙乳液内的有机硅聚合物形成网络结构聚集体，提高了涂料的相容性，同时，有机硅的分子链能与硅丙乳液或水性有机硅树脂乳液内的分子链相互缠绕交联，可以进一步提高涂料体系的相容性，保证涂料的成膜性能，涂料成膜后，纳米二氧化硅能附着在涂膜中形成网络结构，由于纳米二氧化硅的表面分子状态呈现三维链状结构，比表面积大，耐辐射能力强，具有良好的隔热性能、自清洁性能和附着力，同时有机硅的分子链上含有大量的Si-O-Si键，因此涂料干燥后形成的涂膜具有良好的防辐射性、耐污性强和隔热防火性能。并且纳米二氧化硅的表面配位不足，表现出极强的活性，可以对颜料的色素粒子起吸附作用，有效缓解色素的衰减，从而减少涂膜的“粉化”现象。

实施例1-3以本发明的方案制备的水性防火耐辐射涂料体系采用水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆配套使用，水性防火腻子能够用于修补混凝土表面的孔洞、错台等缺陷，可厚涂，抗开裂性优良，避免了传统水泥砂浆修补的缺陷长时间后附着力损失，导致在此缺陷处涂层开裂起皮的现象，水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆均以水性无机有机杂化硅树脂作为主要的成膜物质，使得涂料中有机物含量减少，涂料成膜后，纳米二氧化硅能附着在涂膜中形成网络结构，使涂膜具有良好的隔热性能和防火性能，涂膜的燃烧等级能够达到A级，提高了涂膜的安全性。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水性防火耐辐射涂料体系，其特征在于，包括配套使用的水性防火腻子和水性防火耐辐射面漆，所述水性防火腻子包括A1组分和B组分，所述A1组分和所述B组分的质量比为3～6∶1，所述水性防火耐辐射面漆包括A2组分和B组分，所述A2组分和所述B组分的质量比为1.5～3∶1，所述A1组分包括5～15％水性树脂乳液、20～50％耐辐射颜料、30～55％防腐填料、2～3％纤维素增稠剂和余量水，所述A2组分包括5～20％的水性树脂乳液、20～30％耐辐射颜料、10～25％防腐填料、0.1～3％助剂和余量水，所述B组分包括85～93份水性无机有机杂化硅树脂、2～5份钛酸酯偶联剂和5～10份溶剂，所述A1组分和所述A2组分中的水性树脂乳液为水性硅丙乳液或水性有机硅树脂乳液，所述B组分中的水性无机有机杂化硅树脂中不挥发份内的二氧化硅含量为40～90％。

2.根据权利要求1所述的水性防火耐辐射涂料体系，其特征在于，所述A1组分和所述A2组分中的耐辐射颜料包括二氧化钛、立德粉、偏硼酸钡、硫酸钡、磷酸锌、改性磷酸锌、硼酸锌、锌黄、铁黄、铁红中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的水性防火耐辐射涂料体系，其特征在于，所述A1组分和所述A2组分中的防腐填料包括滑石粉、重质碳酸钙、硅微粉、云母粉中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水性防火耐辐射涂料体系，其特征在于，所述A1组分中的纤维素增稠剂为羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的水性防火耐辐射涂料体系，其特征在于，所述A2组分中的助剂包括分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的水性防火耐辐射涂料体系，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为钛酸四丁酯，所述溶剂为乙醇。