CN115058160A - 一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，通过将醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯及其他助剂混合后可以增强打底乳液与防火涂料混合使用时的附着力和强度，使防火涂料表现出极佳的抗龟裂性、柔韧性、耐碱性、耐候性、耐老化性、防腐抗菌性，同时具有优异的贮存稳定性和机械性能，不含增塑剂，且还可以辅助提高涂料整体的防火性能。此外，避免了防火涂料使用前对钢结构表面的拉毛处理操作，具有极高的施工和易性和宽容度，降低助剂的添加量和施工人力成本，经济环保。且使用方法简单、便捷，将其与涂料、水按比例混合后使用即可，该打底乳液用于防火界面层，可以大大降低中层和面层的空鼓和开裂概率，在多种涂料界面层中具有广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及的是防火涂料的制备领域，C09D131/04，尤其涉及一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液及其应用。
背景技术
钢结构是指有型钢和钢板等钢材料制备的钢柱、钢桁架、钢梁的构件结构，其常温下质量轻、强度高，抗震性能优异，而且施工周期短、空间利用率大，是现代建筑行业中常用的一种结构形式。但是钢结构的防火性能差，在450～650℃温度中会失去承载能力且耐火极限仅有15min。目前，主要通过在钢结构表面涂抹或喷涂防火涂料满足防火要求，极限可延长1～2h。而在进行防火涂料施工前需要对钢结构表面进行打磨填补、清除异物、锈迹等操作，以增加防火涂料在钢结构表面的附着力，而且一般防火涂料对施工的温度和湿度等环境因素具有严格要求。
专利CN201910838645.5公开了一种钢结构水性防腐涂料及其制备方法，通过将硅丙乳液、硅烷偶联剂、成膜剂及其他助剂混合得到单组分防腐涂料，通过硅氧烷基团与涂料组分中的硅烷偶联剂缩合作用，提高了涂膜在钢材表面的附着力及其耐水性、耐候性、防腐性，但水性涂料的粘结性能还可以进一步提高。专利CN201710335268.4公开了一种水性超薄型钢结构防火涂料及其制备方法，利用改性醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯共聚物乳液中存在的烷氧基甲硅烷基和MF树脂改性多聚磷酸铵提高防火层的耐水性，通过填料改善涂层的抗开裂性能和粘结强度，但涂层的强度较差，而且这些防火涂料在使用前仍需对钢结构表面进行处理，经济成本高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其制备原料包括：
醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯、消泡剂、含N杂环化合物、增稠剂、分散剂、多功能助剂、蒸馏水。
优选地，所述环保型钢结构防火涂料的打底乳液的制备原料包括：按质量百分比计，醋叔乳液10～30％、高分子树脂8～30％、丙烯酸酯10～40％、消泡剂0.05～0.4％、含N杂环化合物0.1～0.5％、增稠剂0.1～0.5％、分散剂0.12～0.45％、多功能助剂0.8～3.5％、蒸馏水添加至100％。
在一些优选的实施方式中，所述醋叔乳液选自叔碳酸乙烯酯-醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物、乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯共聚物中的一种或多种；优选地，所述醋叔乳液为乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物。
在一些优选的实施方式中，所述乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物25℃时粘度为1000～7500cps，固含量为50.0～60.0％，平均粒径为0.2～1.5μm；优选地，所述乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物25℃时粘度为1500～6000cps，固含量为54.0～56.0％，平均粒径为0.2～1.5μm。
在一些优选的实施方式中，所述高分子树脂选自苯乙烯-丙烯酸酯聚合物、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、环氧树脂中的一种或多种；优选地，所述高分子树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
在一些优选的实施方式中，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物25℃时粘度为1000～3500mPa·s，不挥发物含量＞50％，乙烯含量为12～22％；优选地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物25℃时粘度为1500～2500mPa·s，不挥发物含量为54.5％，乙烯含量为14～18％。
在一些优选的实施方式中，所述丙烯酸酯25℃时的粘度为300～3000mPa·s，固含量为50～65wt％，最低成膜温度小于10℃；优选地，所述丙烯酸酯25℃时的粘度为500～2000mPa·s，固含量为54～56wt％，最低成膜温度为0℃。
在一些优选的实施方式中，所述消泡剂选自聚醚硅氧烷、有机硅、磷酸三丁酯、聚二甲基硅氧烷、环氧丙烷、甘油磷酸三丁酯、聚醚改性硅、聚氧丙烯甘油醚、高碳醇类中的一种或多种；优选地，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷和聚氧丙烯甘油醚。
在一些优选的实施方式中，所述聚二甲基硅氧烷和聚氧丙烯甘油醚的质量比为(0.7～2)：1；优选地，所述聚二甲基硅氧烷和聚氧丙烯甘油醚的质量比为1.3：1。
在一些优选的实施方式中，所述聚二甲基硅氧烷25℃是粘度为10～500mPa·s，闪点≥150℃，150℃，3h后的挥发份为0～5％；优选地，所述聚二甲基硅氧烷25℃是粘度为10～350mPa·s，闪点为160～310℃，150℃，3h后的挥发份为1～3％。
在一些优选的实施方式中，所述聚氧丙烯甘油醚的酸值为0.2～0.8mgKOH/g，羟值为50～65mgKOH/g；优选地，所述聚氧丙烯甘油醚的酸值为0.5mgKOH/g，羟值为52～60mgKOH/g。
在一些优选的实施方式中，所述含N杂环化合物选自2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、1，2-苯并异噻唑啉-3-酮(BBIT)、苯并异咪唑2-基氨基甲酸甲酯、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CMIT)、2，4，5，6-四氯-1，3间甲苯二甲腈、2-(4-噻唑基)苯并咪唑2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、卡松类含N杂环化合物中的一种或多种；优选地，所述含N杂环化合物为卡松类物质。
在一些优选的实施方式中，所述卡松类物质为含二阶盐稳定剂的卡松类；优选地，所述含二阶盐稳定剂的卡松类物质中CMIT/MIT总的重量比为1.5～4wt％，羟甲基物质的重量比为8～11wt％，三种物质总含量＞11wt％；优选地，所述含二阶盐稳定剂的卡松类物质中CMIT/MIT总的重量比为2.5wt％，羟甲基物质的重量比为9.5wt％，三种物质总含量＞12wt％。
在一些优选的实施方式中，所述增稠剂选自羟甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚氨酯、丙烯酸、无机-有机复合高分子聚合物、气相二氧化硅、钠基膨润土、黏土、改性聚脲中的一种或多种；优选地，所述增稠剂为无机-有机复合高分子聚合物；进一步优选地，所述无机-有机复合高分子聚合物的水配比1：10时的粘稠度为≥5Pa·s，固含量为≥90％；优选地，所述无机-有机复合高分子聚合物的水配比1：10时的粘稠度为≥10Pa·s，固含量为≥94.0％。
本申请中将醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯混合提高水性涂料打底乳液的粘度和强度，其中高分子树选用25℃时粘度为1500～2500mPa·s，乙烯含量为14～18％的乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯主链中接入乙烯柔性分子链，增加了分子链的旋转自由度，改善了打底乳液成膜后的柔软性、耐碱性和耐候性，但是体系中的粘度较低，影响后期涂料的相容性、分散性。本申请人发现加入自合成的无机-有机复合高分子聚合物，水配比1：10时的粘稠度为≥10Pa·s，固含量为≥94.0％，可以很好地起到增稠的效果，同时与体系中的其他乳液协同配合，降低乳液中层流间的内摩擦力，缩小流速差异，进而控制施工过程中的流变性，提高水性涂料的抗流挂性。此外，还可以降低沉降现象的发生，赋予打底乳液优异的贮存稳定性和机械性能。
在一些优选的实施方式中，所述分散剂选自六偏磷酸钠、聚丙烯酸、聚醚、改性聚醚树脂、有机硅改性树脂、聚氨酯类、油酸钠、高分子量嵌段共聚物中的一种或多种；优选地，所述分散剂为有机硅改性树脂。
在一些优选的实施方式中，所述有机硅改性树脂的平均分子量为10000～20000，有效成分含量为48～55％；优选地，所述有机硅改性树脂的平均分子量为13000，有效成分含量为52％。
在一些优选的实施方式中，所述多功能助剂23℃、水配比为1：20时水溶液粘度为≥45Pa·s，固含量≥92.0％；优选地，所述多功能助剂23℃、水配比为1：20时水溶液粘度为≥50Pa·s，固含量≥92.0％；进一步优选地，所述多功能助剂23℃、水配比为1：20时水溶液粘度为51.6Pa·s，固含量≥98.13％。
无机-有机复合高分子聚合物的加入会导致涂料干燥过程中打底乳液体系中分子链间发生进一步交联，增加涂料内聚力，进而导致涂料的附着力低。本申请人发现，在上述体系中加入多功能助剂，即本公司自合成的另一种无机和有机材料复合而成的高分子聚合物，23℃、水配比为1：20时水溶液粘度为≥50Pa·s，固含量≥92.0％可以进一步增加体系的粘度，同时增加水性涂料与钢结构表面基材的粘结强度，显著增加涂料在未处理钢结构表面的附着力，有效防止涂料的空鼓和脱落，避免防火涂料使用前对钢结构表面的预处理操作。另一方面，所得打底乳液具有良好的保水性，可以保持体系中游离水不易向钢结构表面渗透，也不易向水性涂料表面迁移和析出，避免防火涂料的收缩和开裂，同时进一步增加了防火涂料的强度。
在一些优选的实施方式中，所述增稠剂和多功能助剂的质量比为(0.2～0.5)：(1.2～1.7)；优选地，所述增稠剂和多功能助剂的质量比为(0.3～0.4)：(1.3～1.5)。
本申请人意外发现，当无机-有机复合高分子聚合物和多功能助剂的质量比在(0.3～0.4)：(1.3～1.5)的范围内时，能够在提高防火涂料强度、粘结强度的同时增加其抗开裂能力，特别是无机-有机复合高分子聚合物和多功能助剂的质量比为0.3：1.5时，在消泡剂、分散剂等助剂的协同作用下，使涂料层膜7天后的粘结强度高至0.217MPa，在2天后的最大荷载高达272N，而7天后的最大荷载仍保持353N。同时还可以提高涂料的施工和易性，使胶凝材料更易涂布，采用抹涂或喷涂的工艺均可达到相同的效果，此外还表现出一定的抗垂流能力，增加了施工的宽容度，特别适用于厚层防火涂料。
本发明第二方面提供了一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液的制备方法，其包括如下步骤：
S1.将醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯、消泡剂、含N杂环化合物、分散剂混合后分散搅拌，得预混合物；
S2.将S1所得预混合物加入增稠剂、多功能助剂继续分散，随后灌装即得。
本发明第三方面提供了一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液应用，其用于涂料界面层。
所述环保型钢结构防火涂料的打底乳液在涂料界面层的具体应用方法为：将环保型钢结构防火涂料的打底乳液与水、涂料以体积比为1：2：3混合后即可。
所述涂料界面层包括防火涂料界面层和非防火涂料界面涂层；
所述防火涂料界面层包括隧道防火涂料界面层、室内钢结构非膨胀防火涂料界面层、室外钢结构非膨胀防火涂料界面层、特种钢结构非膨胀防火涂料界面层中的一种或多种。
所述非防火涂料界面层包括其他水泥基砂浆增强涂料界面层、其他水泥基砂浆增韧涂料界面层、其他水泥基砂浆抗开裂涂料界面层中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本申请中通过将醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯及其他助剂混合后可以增强打底乳液与防火涂料混合使用时的附着力和强度，使防火涂料表现出极佳的抗龟裂性、柔韧性、耐碱性、耐候性、耐老化性、防腐抗菌性，同时具有优异的贮存稳定性和机械性能，不含增塑剂，且还可以辅助提高涂料整体的防火性能。此外，该打底乳液可以防止施工过程中出现流挂现象，在水泥中可以均匀分散，相容性佳，避免了防火涂料使用前对钢结构表面的拉毛处理操作，具有极高的施工和易性和宽容度，降低助剂的添加量和施工人力成本，经济环保。
(2)本申请所得防火涂料的打底乳液使用方法简单、便捷，将其与涂料、水按比例混合后使用即可，该打底乳液用于防火界面层，可以大大降低中层和面层的空鼓和开裂概率，在多种涂料界面层中具有广泛应用。
具体实施方式
实施例1：
1、一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其制备原料包括：
按质量百分比计，醋叔乳液20％、高分子树脂20％、丙烯酸酯20％、消泡剂0.2％、含N杂环化合物0.2％、增稠剂0.3％、分散剂0.2％、多功能助剂1.5％、蒸馏水添加至100％。
所述醋叔乳液为乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物。
所述乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物25℃时粘度为1500～6000cps，固含量为54.0～56.0％，平均粒径为0.2～1.5μm(购自中国石油化工股份有限公司，型号：FL 3318)。
所述高分子树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物25℃时粘度为1500～2500mPa·s，不挥发物含量为54.5％，乙烯含量为14～18％(购自济宁棠邑化工有限公司，牌号：BJ-707)。
所述丙烯酸酯25℃时的粘度为500～2000mPa·s，固含量为54～56wt％，最低成膜温度为0℃(购自上海保立佳化工股份有限公司，型号：BLJ-6181)。
所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷和聚氧丙烯甘油醚。
所述聚二甲基硅氧烷和聚氧丙烯甘油醚的质量比为1.3：1。
所述聚二甲基硅氧烷25℃是粘度为10～350mPa·s，闪点为160～310℃，150℃，3h后的挥发份为1～3％(购自蚌埠德圣科技有限公司，型号：DY-20JNT1)。
所述聚氧丙烯甘油醚的酸值为0.5mgKOH/g，羟值为52～60mgKOH/g(海石花，型号GP330)。
所述含N杂环化合物为卡松类物质。
所述卡松类物质为含二阶盐稳定剂的卡松类；所述含二阶盐稳定剂的卡松类物质中CMIT/MIT总的重量比为2.5wt％，羟甲基物质的重量比为9.5wt％，三种物质总含量＞12wt％(上海上海鹏图抗菌新材料有限公司，型号：KS-2.5S)。
所述增稠剂为无机-有机复合高分子聚合物；所述无机-有机复合高分子聚合物的水配比1：10时的粘稠度为≥10Pa·s，固含量为≥94.0％(购自湖州盛世华骏化工科技有限公司，HJ-Ⅲ多功能助剂)。
所述分散剂为有机硅改性树脂。
所述有机硅改性树脂的的平均分子量为13000，有效成分含量为52％(毕克，BYK-P104S)。
所述多功能助剂23℃、水配比为1：20时水溶液粘度为51.6Pa·s，固含量≥98.13％(购自湖州盛世华骏化工科技有限公司，HJ-V添加剂)。
2、一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液的制备方法，其包括如下步骤：
S1.将醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯、消泡剂、含N杂环化合物、分散剂混合后分散搅拌，得预混合物；
S2.将S1所得预混合物中同时加入增稠剂、多功能助剂继续分散，随后灌装即得。
3、一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液应用，其用于涂料界面层。
实施例2：
1、一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，与实施例1的不同之处在于：
其制备原料包括：
按质量百分比计，醋叔乳液20％、高分子树脂20％、丙烯酸酯20％、消泡剂0.2％、含N杂环化合物0.2％、增稠剂0.25％、分散剂0.2％、多功能助剂1.5％、蒸馏水添加至100％。
实施例3：
1、一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，与实施例1的不同之处在于：
其制备原料包括：
按质量百分比计，醋叔乳液20％、高分子树脂20％、丙烯酸酯20％、消泡剂0.2％、含N杂环化合物0.2％、增稠剂0.3％、分散剂0.2％、多功能助剂1.3％、蒸馏水添加至100％。
实施例4：
1、一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，与实施例1的不同之处在于：
其制备原料包括：
按质量百分比计，醋叔乳液20％、高分子树脂20％、丙烯酸酯20％、消泡剂0.2％、含N杂环化合物0.2％、增稠剂0.4％、分散剂0.2％、多功能助剂1.3％、蒸馏水添加至100％。
实施例5：
1、一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，与实施例1的不同之处在于：
其制备原料包括：
按质量百分比计，醋叔乳液20％、高分子树脂20％、丙烯酸酯20％、消泡剂0.2％、含N杂环化合物0.2％、增稠剂0.4％、分散剂0.2％、多功能助剂1.5％、蒸馏水添加至100％。
性能测试：
样品处理：将实施例所得打底乳液与水、涂料以体积比为1：2：3混合后25℃放置24h得到涂料层，涂层厚度为2mm。其中，所述涂料为市面上常规钢结构防火涂料，测试时购自廊坊骥恩环保科技有限公司。
对比例为市售707乳液，与水、涂料以体积比为1：2：3混合后25℃放置24h得到涂料层，涂层厚度为1-3mm。
1、最大荷载：按照国家标准GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测试》中规定的哑铃I型试件进行裁剪。使用微机控制电子万能试验机测试试件的拉伸性能，将试件安装在拉力机夹具中，以200mm/min的拉伸速度拉伸试件至断裂，记录涂料膜25℃放置1天、2天、7天后拉伸至断裂过程中出现的最大荷载测试的最大荷载。
2、粘结强度：根据国家标准GB14907-2018《钢结构防火涂料》对25℃放置7天后的样品进行粘结强度测试。
实施例所得样品性能测试结果
Claims (10)
1.一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，其制备原料包括：
醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯、消泡剂、含N杂环化合物、增稠剂、分散剂、多功能助剂、蒸馏水。
2.如权利要求1所述的一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，所述环保型钢结构防火涂料的打底乳液的制备原料包括：按质量百分比计，醋叔乳液10～30％、高分子树脂8～30％、丙烯酸酯10～40％、消泡剂0.05～0.4％、含N杂环化合物0.1～0.5％、增稠剂0.1～0.5％、分散剂0.12～0.45％、多功能助剂0.8～3.5％、蒸馏水添加至100％。
3.如权利要求1或2所述的一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，所述醋叔乳液选自叔碳酸乙烯酯-醋酸乙烯酯共聚物、醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物、乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物、醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯共聚物中的一种或多种。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，所述醋叔乳液为乙烯-乙烯酯-氯乙烯三元共聚物。
5.如权利要求2所述的一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，所述高分子树脂选自苯乙烯-丙烯酸酯聚合物、聚丙烯、聚氯乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、环氧树脂中的一种或多种。
6.如权利要求2所述的一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，所述丙烯酸酯25℃时的粘度为300～3000mPa·s，固含量为50～65wt％，最低成膜温度小于10℃。
7.如权利要求2所述的一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，所述增稠剂选自羟甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、聚氨酯、丙烯酸、无机-有机复合高分子聚合物、气相二氧化硅、钠基膨润土、黏土、改性聚脲中的一种或多种；所述增稠剂优选为无机-有机复合高分子聚合物。
8.如权利要求2所述的一种环保型钢结构防火涂料的打底乳液，其特征在于，所述多功能助剂23℃、水配比为1：20时水溶液粘度为≥45Pa·s，固含量≥92.0％。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的环保型钢结构防火涂料的打底乳液的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1.将醋叔乳液、高分子树脂、丙烯酸酯、消泡剂、含N杂环化合物、分散剂混合后分散搅拌，得预混合物；
S2.将S1所得预混合物加入增稠剂、多功能助剂继续分散，随后灌装即得。
10.一种如权利要求1-8任一项所述的环保型钢结构防火涂料的打底乳液的应用，其特征在于，其用于涂料界面层；
所述环保型钢结构防火涂料的打底乳液在涂料界面层的具体应用方法为：将环保型钢结构防火涂料的打底乳液与水、涂料以体积比为1：2：3混合后即可。
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