CN114539886A - 一种船舶及海洋设施用防火涂料、制备方法及耐火分隔结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶及海洋设施用防火涂料、制备方法及耐火分隔结构。所述防火涂料包括：A组分和B组分；所述A组分包括：高残炭阻燃树脂、改性树脂、丁腈橡胶、活性稀释剂、增塑剂、增强剂、无卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机阻燃剂和颜填料；所述B组分包括：固化剂和硅烷偶联剂；A组分和B组分的用量比为(2～6)：1。本发明的防火涂料能够为基材提供60‑120分钟的防火保护。该防火涂料不含岩棉、重金属、卤素等有毒物质，涂装过程中无挥发性有机化合物产生，在燃烧过程中最大烟气比光密度低，属于安全环保类船舶材料。

Description

一种船舶及海洋设施用防火涂料、制备方法及耐火分隔结构

技术领域

本发明涉及船舶防火材料领域，用于船舶及海洋设施的防火保护，进一步地说，是涉及一种船舶及海洋设施用防火涂料、制备方法及耐火分隔结构。

背景技术

防火涂料作为一种功能涂料，在船舶及海洋设施防火领域有很大优势，防火涂料在常规状态下与普通装饰涂料无明显差别，但在火灾发生时，涂层会迅速发泡膨胀，形成具有蜂窝状结构的碳化层，从而阻止或延缓热量向底材的传递，能有效防止或延缓火势蔓延，可将火灾产生的烟气、热量与火焰控制在一定范围内，达到提高底材耐火极限的目的，可最大程度地减少人员伤亡与财产损失。

普通防火棉、防火毯类船舶防火材料需要采用复杂的机械手段固定装配，且上船切割安装十分复杂，外观粗糙，装饰效果差；在安装、拆修、切割及受到损坏时，会有大量细小纤维长时间浮游在空气中造成船上的环境污染。

现在没有能够达到A-60级别的防火涂料组成的耐火分隔结构，能够达到A-60级别的都是耐火材料，使用厚度很厚。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种船舶及海洋设施用防火涂料、制备方法及耐火分隔结构。本发明的防火涂料能够为基材提供60-120分钟的防火保护。该防火涂料不含岩棉、重金属、卤素等有毒物质，涂装过程中无挥发性有机化合物产生，在燃烧过程中最大烟气比光密度低，属于安全环保类船舶材料。

本发明的目的之一是提供一种船舶及海洋设施用防火涂料。

所述防火涂料包括：

A组分和B组分；

所述A组分包括：高残炭阻燃树脂、改性树脂、丁腈橡胶、活性稀释剂、增塑剂、增强剂、无卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机阻燃剂和颜填料；

以高残炭阻燃树脂为100重量份计，

所述B组分包括：固化剂和硅烷偶联剂；

以B组分总重为100计，

固化剂 90-95％

硅烷偶联剂 5-10％。

本发明的一种优选的实施方式中，

A组分和B组分的用量比为(2～6)：1；更优选为(2-5)：1。

本发明的一种优选的实施方式中，

所述高残炭树脂是由包括以下组分的原料制备而得：

各组分按重量份数计：

双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂的用量比为1:1～10:1；优选为1:1～5:1。

本发明的组分A，

本发明的一种优选的实施方式中，

所述的高残炭阻燃树脂是合成的一种高残炭阻燃树脂，可以参与防火涂层的成碳过程。

所述高残炭阻燃树脂是由包括以下步骤的方法制备而得：

将双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物及其衍生物按所述用量加入反应釜中，采用三苯基膦作为催化剂，N₂保护下，升温至150-200℃反应1-2h；保温1-2h后降温至80℃以下，然后加入所述用量的双酚F型环氧树脂和液体丁腈橡胶，搅拌反应1-2h，制得所述高残炭树脂。

本发明的一种优选的实施方式中，

所述改性树脂为丙烯酸树脂、聚硫树脂、石油树脂、环戊二烯树脂中的一种；和/或，

所述活性稀释剂为单换环或多环的脂肪族环氧活性稀释剂；和/或，

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、环氧大豆油、氢化蓖麻油中的一种或几种。

本发明所述的增强剂主要在膨胀碳质层形成中起到提高炭层强度的作用，从而可以防止或减少膨胀碳层的剥离与脱落。并且可以增加防火涂层的附着力、加快涂层固化速度、增加防火涂层的耐燃时间与调整膨胀碳层发泡高度。使用增强纤维可以显著的提高涂层的防火性能，提高膨胀碳层的耐火焰冲击性能，使涂层能够在火灾和爆炸中提供有效的防火保护。本发明中，增强剂优选玻璃纤维、玻璃鳞片、陶瓷纤维、碳化硅纤维、硅酸铝纤维、芳纶纤维、短切碳纤维中的一种。

本发明的一种优选的实施方式中，

所述无卤阻燃剂为聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸哌嗪、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物及其衍生物、10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、六苯氧基环三磷腈、包覆红磷、三嗪三酮化合物和三嗪三胺类化合物中的一种或几种。

膨胀型阻燃剂采用的是IFR复合阻燃剂；IFR复合阻燃剂是由聚磷酸铵，季戊四醇，三聚氰胺组成的膨胀型阻燃剂。可采用现有技术中的市售产品。

本发明的防火涂料具有优异的阻燃效果，为提高涂料膨胀炭层的防火能力，加入了无机阻燃剂。本发明采用多种无机阻燃剂复配的方法，发挥协同阻燃效应，无机阻燃剂可分解吸热产生不燃气体，分解产生自由基，或具有其他阻燃原理。使用阻燃剂可减少涂层自身的燃烧，并且可以协助防火涂层的成碳反应。本发明中，无机阻燃剂优选为三氧化二锑、二氧化钛、氢氧化铝、锡酸锌、硼酸锌、氧化锌、氧化钼、钼酸铵、纳米水滑石、水合硅酸镁、硅藻土、氢氧化镁的一种或几种。

本发明所述的颜填料可采用现有技术中通常的颜填料，本发明中可以优选二氧化硅、滑石粉、玻璃微珠、云母粉、有机膨润土、炭黑、氧化铁红、有色颜料中的一种或几种。

本发明还可以包括现有技术本领域的常规助剂，如：选润湿剂、流平剂、消泡剂、触变助剂等。其用量为常规用量，技术人员可以根据实际情况进行调整。

本发明的组分B，

本发明的一种优选的实施方式中，

本发明所述的固化剂是脂肪胺或改性胺固化剂与胺类偶联剂的混合物。

本发明所述的胺类偶联剂为胺基硅烷偶联剂，包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基硅烷、多氨基硅烷中的一种。

本发明的目的之二是提供一种船舶及海洋设施用防火涂料的制备方法。

所述方法包括：

将A组分和B组分中的各组分按所述用量分别混合；然后将A组分和B组分按所述用量搅拌混合，制得所述防火涂料。

本发明的目的之三是提供一种采用所述的防火涂料的耐火分隔结构。

船舶及海洋设施用高性能防火涂料保护的船舶A级耐火分隔结构包括甲板结构和舱壁结构。

所述耐火分隔结构包括：两层防火涂料涂层、增强网和甲板或舱壁结构；由外到内，依次为第一层防火涂料涂层、增强网、第二层防火涂料涂层、甲板或舱壁结构；

增强网为玻璃纤维、碳纤维、玻璃纤维碳纤维混织网中的一种；

增强网克重为100-300g，增强网网格尺寸为2mm-10mm之间。

防火涂料涂层厚度3-20mm。

舱壁、甲板结构为钢结构或铝合金结构。

本发明采用的膨胀型防火涂料技术，采用有机无机聚合物树脂、环氧树脂、改性树脂、液体丁腈橡胶、活性稀释剂作为成膜物，通过无机阻燃剂、膨胀阻燃剂、无卤阻燃剂和无机材料共同达到阻燃的效果。对于船舶用A级耐火等级的防火材料，传统的阻燃材料一般为岩棉、陶瓷棉与硅酸铝纤维等，但其使用厚度一般为30-50mm，因此在施工与减重方面效果较差。本发明使用厚度为8-15mm，施工简易，施工过程只需将钢结构表面进行表面处理后涂覆底漆，再喷涂或刷涂本发明研制的防火涂料即可，常温固化，施工2-3道即可达到使用厚度。

与其他防火材料相比，本产品具有性好、低密度、易施工、低成本等优点，使用厚度仅为现有船舶耐火材料的1/10。普通防火棉、防火毯类船舶防火材料需要采用复杂的机械手段固定装配，且上船切割安装十分复杂，且易造成船上的环境污染，本发明涉及的安全环保船舶防火涂料，仅需采用喷涂或镘涂的涂装方式，涂装的基材结构表面，使用寿命可达10年以上，如无特殊原因机械力损坏，平时无需特殊的保养维护，使用安全方便。

附图说明

图1为本发明的耐火分隔结构示意图；

图1中，从上至下分别为：第一层防火涂料涂层、增强网、第二层防火涂料涂层、甲板或舱壁结构。

具体实施方式

下面结合具体附图及实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。

实施例中所用原料均为市售。

实施例1：

防火涂料制备：

高残炭阻燃树脂合成

在反应釜中加入称量的80g E51双酚A型环氧树脂和6.25g的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物衍生物，通入氮气保护，升温至130℃，加入0.05g催化剂三苯基膦，加温150℃反应1-2h。保温1h后降温至80℃后加入20g双酚F型环氧树脂和20g液体丁腈橡胶，200-500转/min搅拌1h。

A组分：

高残炭阻燃树脂100g，丙烯酸树脂10g，液体丁腈橡胶10g，环氧稀释剂10g,邻苯二甲酸二辛酯5g，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物20g，二氧化钛10g,二氧化硅4g，滑石粉5g，氢氧化铝10g，八钼酸铵5g，IFR复合阻燃剂50g，陶瓷纤维10g，玻璃微珠5g，炭黑5g，润湿剂BYK333 1g、消泡剂BYK066N 1g、触变助剂BYK410 1g。

B组分：改性胺固化剂T31 83g，硅烷偶联剂KH550 4g。

A：B＝3：1。

实施例2：

防火涂料制备：

高残炭阻燃树脂合成

在反应釜中加入称量的50g E51双酚A型环氧树脂和15g的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物衍生物，通入氮气保护，升温至130℃，加入0.02g催化剂三苯基膦，加温150℃反应1-2h。保温1h后降温至60℃后加入50g双酚F型环氧树脂和5g液体丁腈橡胶，200-500转/min搅拌2h。

A组分：

高残炭阻燃树脂100g，聚硫树脂5g，液体丁腈橡胶5g，环氧稀释剂AGE20g,氢化蓖麻油5g，硼酸锌10g,二氧化硅10g，二氧化钛15g，氢氧化铝20g，IFR复合阻燃30g，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的衍生物10g，陶瓷纤维15g，BYK333 0.5g、消泡剂BYK066N 0.5g、触变助剂BYK410 1g。

B组分：聚酰胺300号44g，硅烷偶联剂KH550 5g。

A：B＝5：1。

实施例3：

防火涂料制备：

高残炭阻燃树脂合成

在反应釜中加入称量的50g 6010双酚A型环氧树脂和15g的9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，通入氮气保护，升温至130℃，加入0.02g催化剂三苯基膦，加温150℃反应1-2h。保温1h后降温至60℃后加入50g双酚F型环氧树脂和5g液体丁腈橡胶，200-500转/min搅拌2h。

A组分：

高残炭阻燃树脂100g，聚硫树脂6g，环戊二烯树脂4g，液体丁腈橡胶5g，环氧稀释剂AGE10g,邻苯二甲酸二辛酯2g，环氧大豆油3g，钼酸铵5g，纳米水滑石5g,三氧化二锑5g，二氧化硅10g，二氧化钛15g，氢氧化铝20g，IFR复合阻燃30g，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物15g，硅酸铝纤维15g，BYK333 0.5g、消泡剂BYK066N 0.5g、触变助剂BYK4101g。

B组分：聚酰胺300号 40g，硅烷偶联剂KH560 9g。

A：B＝5：1。

实施例4：

高性能防火涂料保护的船舶A级耐火分隔结构：

所述耐火分隔结构包括：两层防火涂料涂层、增强网和钢结构舱壁；由外到内，依次为第一层防火涂料涂层、增强网、第二层防火涂料涂层、甲板或舱壁结构；

增强网为玻璃纤维；增强网克重为200g，增强网网格尺寸为10mm。

防火涂料涂层厚度为8mm.

防火涂料为实施例1制备的防火涂料，采用镘涂的施工方式。

经测试能够达到60min的耐火分隔要求。

实施例5

高性能防火涂料保护的船舶A级耐火分隔结构：

所述耐火分隔结构包括：两层防火涂料涂层、增强网和钢结构舱壁；由外到内，依次为第一层防火涂料涂层、增强网、第二层防火涂料涂层、甲板或舱壁结构；

增强网为玻璃纤维碳纤维混织网；增强网克重为300g，增强网网格尺寸为8mm。

防火涂料涂层厚度为8mm.

防火涂料为实施例2制备的防火涂料，采用镘涂的施工方式。

经测试能够达到60min的耐火分隔要求。

实施例6

高性能防火涂料保护的船舶A级耐火分隔结构：

所述耐火分隔结构包括：两层防火涂料涂层、增强网和钢结构舱壁；由外到内，依次为第一层防火涂料涂层、增强网、第二层防火涂料涂层、甲板或舱壁结构；

增强网为玻璃纤维碳纤维混织网；增强网克重为250g，增强网网格尺寸为9mm。

防火涂料涂层厚度为12mm.

防火涂料为实施例3制备的防火涂料，采用镘涂的施工方式。

经测试能够达到120min的耐火分隔要求。

Claims (10)

1.一种船舶及海洋设施用防火涂料，其特征在于所述防火涂料包括：

A组分和B组分；

所述A组分包括：高残炭阻燃树脂、改性树脂、丁腈橡胶、活性稀释剂、增塑剂、增强剂、无卤阻燃剂、膨胀型阻燃剂、无机阻燃剂和颜填料；

以高残炭阻燃树脂为100重量份计，

所述B组分包括：固化剂和硅烷偶联剂；

以B组分总重为100计，

固化剂 90-95％；

硅烷偶联剂 5-10％。

2.如权利要求1所述的防火涂料，其特征在于：

A组分和B组分的用量比为(2～6)：1；优选为(2-5)：1。

3.如权利要求1所述的防火涂料，其特征在于：

以高残炭阻燃树脂为100重量份计，

4.如权利要求1所述的防火涂料，其特征在于：

所述高残炭树脂是由包括以下组分的原料制备而得：

各组分按重量份数计：

双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂的用量比为1:1～10:1。

5.如权利要求4所述的防火涂料，其特征在于：

各组分按重量份数计：

双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂的用量比为1:1～5:1。

6.如权利要求4所述的防火涂料，其特征在于：

所述高残炭树脂是由包括以下步骤的方法制备而得：

将双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物及其衍生物按所述用量加入反应釜中，采用三苯基膦作为催化剂，N₂保护下，升温至150-200℃反应1-2h；保温1-2h后降温至80℃以下，然后加入所述用量的双酚F型环氧树脂和液体丁腈橡胶，搅拌反应1-2h，制得所述高残炭树脂。

7.如权利要求1所述的防火涂料，其特征在于：

所述改性树脂为丙烯酸树脂、聚硫树脂、石油树脂、环戊二烯树脂中的一种；和/或，

所述活性稀释剂为单环或多环的脂肪族环氧活性稀释剂；和/或，

所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、环氧大豆油、氢化蓖麻油中的一种或几种；和/或，

所述的增强剂是玻璃纤维、玻璃鳞片、陶瓷纤维、碳化硅纤维、硅酸铝纤维、芳纶纤维、短切碳纤维中的一种；和/或，

所述固化剂为脂肪胺或改性胺类固化剂与胺类偶联剂的混合物；

所述胺类偶联剂为胺基硅烷偶联剂。

8.如权利要求1所述的防火涂料，其特征在于：

所述无卤阻燃剂为聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸哌嗪、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物及其衍生物、10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、六苯氧基环三磷腈、包覆红磷、三嗪三酮化合物和三嗪三胺类化合物中的一种或几种；

所述膨胀型阻燃剂为IFR复合阻燃剂；

所述无机阻燃剂为三氧化二锑、二氧化钛、氢氧化铝、锡酸锌、硼酸锌、氧化锌、氧化钼、钼酸铵、纳米水滑石、水合硅酸镁、硅藻土、氢氧化镁中的一种或几种。

9.一种如权利要求1～8之一所述的防火涂料的制备方法，其特征在于所述方法包括：

将A组分和B组分中的各组分按所述用量分别混合；然后将A组分和B组分按所述用量搅拌混合，制得所述防火涂料。

10.一种采用如权利要求1～8之一所述的防火涂料的耐火分隔结构，其特征在于：

所述耐火分隔结构包括：两层防火涂料涂层、增强网和甲板或舱壁结构；由外到内，依次为第一层防火涂料涂层、增强网、第二层防火涂料涂层、甲板或舱壁结构；

增强网为玻璃纤维、碳纤维、玻璃纤维碳纤维混织网中的一种；

增强网克重为100～300g，增强网网格尺寸为2mm～10mm之间。

防火涂料涂层厚度为3～20mm。

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