CN116162385B - 一种隧道耐沾污装饰性防火涂料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种隧道耐沾污装饰性防火涂料及其制备方法和应用，属于涂料技术领域。所述涂料包括如下重量份的组分：去离子水30～45份；润湿剂1～5份；分散剂1～5份；消泡剂1～5份；粘固性填料30～75份；乳液100～200份；氢氧化铝和/或氢氧化镁100～250份；阻燃填料50～200份；珍珠岩和/或蛭石100～200份；膨胀石墨15～35份；麦饭石和/或电气石1～5份；纤维3～10份；所述阻燃填料为聚磷酸铵、三聚磷酸铝和三聚氰胺中的一种或多种；所述隧道耐沾污装饰性防火涂料涂层的厚度≤3mm时，有效耐火时间≥2h。本发明提供的防火涂料在较薄厚度时，即可达到有效防火的效果。

Description

一种隧道耐沾污装饰性防火涂料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种隧道耐沾污装饰性防火涂料及其制备方法和应用。
背景技术
为了保障隧道内的消防安全，防止隧道内钢筋混凝土在火灾中迅速升温而降低强度，避免混凝土炸裂、衬内钢筋破坏失去支撑能力而导致隧道内垮塌，一般会在隧道拱顶和侧壁的表面喷涂防火涂料，起防火隔热保护作用。技术标准规定隧道专用防火涂料有效防护时间不小于2h范围内，混凝土上表面温度不超过250℃，内层预埋点温度不超过380℃即满足防火等级要求。
目前隧道用防火涂料主要存在如下缺点：
1、涂层厚，粘结力差，一般厚度为10～25mm，施工中容易出现空鼓脱落。
2、涂层抗渗性差，在隧道湿环境中，涂层易受水膨胀脱落掉块，造成次生安全事故。
3、在隧道湿环境中，易滋生霉斑，影响美观。
4、涂层表面粗糙不平，孔隙率大，易沾污汽车尾气、灰尘形成污垢，影响美观。
5、涂层反射率低，影响照明安全与节能。《公路隧道照明设计细则》(JTD/TD70/2-01-2014)中提出，隧道侧壁亮度应满足机动车驾驶员的视觉适应性和视觉诱导作用，隧道两侧墙面2m高范围内的平均亮度，不宜低于路面平均亮度的60％，墙面反射系数不得低于0.7。有研究表明，高反射率的涂层壁面装饰可在相同条件下降低隧道照明灯具功率，达到节能降耗目的。
6、色彩沉重单调。在长大隧道光环境中达不到丰富多彩的利用色块减少司驾人员心理压力的效果。
发明内容
本发明提供了一种隧道耐沾污装饰性防火涂料及其制备方法和应用，本发明提供的涂料当涂层厚度≤3mm时，有效耐火时间≥2h。
本发明提供了一种隧道耐沾污装饰性防火涂料，包括如下重量份的组分：去离子水30～45份；润湿剂1～5份；分散剂1～5份；消泡剂1～5份；粘固性填料30～75份；乳液100～200份；氢氧化铝和/或氢氧化镁100～250份；阻燃填料50～200份；珍珠岩和/或蛭石100～200份；膨胀石墨15～35份；麦饭石和/或电气石1～5份；纤维3～10份；
所述阻燃填料为聚磷酸铵、三聚磷酸铝和三聚氰胺中的一种或多种；所述隧道耐沾污装饰性防火涂料涂层的厚度≤3mm时，有效耐火时间≥2h。
优选的，所述润湿剂为非离子型聚酯和/或阴离子型聚酯。
优选的，所述分散剂为烷基芳基磷酸盐、烷基苯磺酸盐和二烷基黄基琥珀酸盐中的一种或多种。
优选的，所述粘固性填料为高岭土、凹凸棒土和膨润土中的一种或几种组合。
优选的，所述乳液为硅丙乳液、苯丙乳液和纯丙乳液中的一种或几种。
优选的，所述纤维为玄武岩纤维、玻璃纤维和石棉纤维中的一种或几种，直径为0.5～1cm。
优选的，还包括1～10份颜料和1～10份耐沾污填料；所述耐沾污填料为聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅的混合物，所述聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅的质量比为1:1，聚四氟乙烯粉粒径小于5μm，纳米二氧化硅粒径为7～50nm。
优选的，所述珍珠岩、蛭石的粒度为50～200目；膨胀石墨的粒度为100～600目；麦饭石、电气石的粒度为1000～1200目；氢氧化铝和/或氢氧化镁的粒度为1000～1200目。
本发明提供了上述任意一项所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1:将水、润湿剂、分散剂、消泡剂、粘固性填料按比例混合分散，得到分散物料；
S2：在搅拌状态下在分散物料中加入乳液，再次进行分散，得到半成品混合液；
S3：在上述半成品混合液中加入剩余组分，进行搅拌，得到隧道耐沾污装饰性防火涂料。
本发明提供了上述任意一项所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料用于涂覆在隧道拱顶和侧壁的表面。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，各组分间协同作用，共同达到阻热、吸热及散热、绝热、阻燃共同达到防火的效果，释放负氧离子、抗菌防霉，且不空鼓，胶黏能力强，不脱落。
进一步的，添加适宜的耐沾污填料，可有效达到、耐污染、耐洗刷的效果。
附图说明
图1为实施例1制备的涂料涂覆1.5mm时的耐火曲线；
图2为实施例1制备的涂料涂覆2mm时的耐火曲线；
图3为实施例1制备的涂料涂覆3mm时的耐火曲线；
图4为实施例1制备的涂料涂覆5mm时的耐火曲线。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种隧道耐沾污装饰性防火涂料，包括如下重量份的组分：去离子水30～45份；润湿剂1～5份；分散剂1～5份；消泡剂1～5份；粘固性填料30～75份；乳液100～200份；氢氧化铝和/或氢氧化镁100～250份；阻燃填料50～200份；珍珠岩和/或蛭石100～200份；膨胀石墨15～35份；麦饭石和/或电气石1～5份；纤维3～10份；所述阻燃填料为聚磷酸铵、三聚磷酸铝和三聚氰胺中的一种或多种；所述隧道耐沾污装饰性防火涂料涂层的厚度≤3mm时，有效耐火时间≥2h。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括50～200份阻燃填料，所述阻燃填料为聚磷酸铵、三聚磷酸铝和三聚氰胺中的一种或多种。在本发明中，阻燃材料受热分解，形成P2O5及氨气，氨气隔绝氧气阻止燃烧，同时在挥发中使得膨胀体内形成真空层，达到绝氧隔热目的，P2O5在高温下与氢氧化铝、氢氧化镁在高温下分解成的氧化物(氧化镁、氧化铝)形成玻璃化固结体，以保证膨胀隔热层不脱落，达到高效防火体系之目的。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括100～200份珍珠岩和/或蛭石。在本发明中所述珍珠岩、蛭石的粒度优选为50～200目。珍珠岩、蛭石料热传导率极低，在本发明中添加珍珠岩、蛭石可达到隔热的效果。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括15～35份膨胀石墨。在本发明中，所述膨胀石墨的粒度优选为100～600目。在本发明中，所述膨胀石墨受热膨胀，作为绝热材料达到隔热目的。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括100～250份氢氧化铝和/或氢氧化镁。在本发明中，所述氢氧化铝和/或氢氧化镁的粒度优选为1000～1200目。在本发明中，所述氢氧化铝、氢氧化镁作为吸热降温填料，在高温下分解成氧化物和水需要吸热及挥发热量，同时氧化物与阻燃材料受热分解形成的P2O5形成玻璃化固结体，使得膨胀隔热层不脱落，达到高效防火体系的效果。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括1～5份的湿润剂。在本发明中，所述润湿剂优选为非离子型聚酯和/或阴离子型聚酯，更优选为美国陶氏润湿剂LF-45。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括1～5份分散剂。在本发明中，所述分散剂优选为烷基芳基磷酸盐、烷基苯磺酸盐和二烷基黄基琥珀酸盐中的一种或多种。在本发明中，采用上述阴离子型分散剂用来分散水性涂料中的无机颜料，起到稳定涂料的作用，且上述分散剂有着不起泡的优势，减少消泡剂的使用。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括30～75份粘固性填料。在本发明中，所述粘固性填料优选为高岭土、凹凸棒土和膨润土中的一种或几种组合。在本发明中，所述粘固性填料作为涂料的填充剂、流平剂、增稠剂和稳定剂，不仅增加了涂料体系的流动性和稳定性，且高温时具有一定的耐火和烧结性。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括100～200份乳液。在本发明中，所述乳液优选为硅丙乳液、苯丙乳液和纯丙乳液中的一种或几种。在本发明中，在本发明中，所述乳液作为成膜物质，在涂层固结后起粘结、耐候、封闭、抗碱等作用。且该乳液与本申请限定的粘固性填料配合混粘后在高温下绝氧碳化不燃烧。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括1～5份麦饭石和/或电气石。在本发明中，所述麦饭石、电气石的粒度优选为1000～1200目。在本发明中，麦饭石和/或电气石为微电容材料，释放负氧离子。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，包括3～10份纤维。在本发明中，所述纤维优选为玄武岩纤维、玻璃纤维和石棉纤维中的一种或几种，直径优选为0.5～1cm。在本发明中，所述纤维在涂料体系中增强涂层的韧性，防止涂层因厚度而开裂，同时具有一定的耐火作用。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，优选还包括1～10份耐沾污填料。所述耐沾污填料优选为聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅的混合物，所述聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅的质量比优选为1:1，聚四氟乙烯粉粒径优选小于5μm，纳米二氧化硅粒径优选为7～50nm。在本发明中，所述耐沾污填料不仅具有耐玷污的效果，且在高温下也具有阻燃作用。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，按重量份计，优选还包括1～10份颜料。本发明对所述颜料的来源和类型没有特殊限定，采用本领域常规市售产品即可。在本发明中，所述颜料可以起到丰富颜料颜色的效果。
本发明提供的隧道耐沾污装饰性防火涂料，阻燃材料受热分解，形成P2O5及氨气，氨气隔绝氧气阻止燃烧，同时在挥发中使得膨胀体内形成真空层，达到绝氧隔热目的。氢氧化铝、氢氧化镁在高温下会分解成氧化物和水从而进行吸热及挥发带走热量，同时氢氧化铝、氢氧化镁在高温下会分解成的氧化物氧化镁、氧化铝在高温下会和阻燃材料分解形成的P2O5形成玻璃化固结体，从而使膨胀隔热层不脱落，达到高效防火体系之目的。膨胀石墨受热后膨胀，和隔热填料共同发挥隔热的作用。进一步的，耐沾污填料在高温下也具有阻燃作用。添加麦饭石、电气石来释放负氧离子，抗菌防霉。本申请通过阻热、吸热及散热、绝热、阻燃共同达到防火的效果，且不空鼓不脱落。可以理解的是，本申请是在限定的各组分共同作用下达到的防火、不脱落的效果。
本发明提供了上述任意一项所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1:将水、润湿剂、分散剂、消泡剂、粘固性填料按比例混合分散，得到分散物料；
S2：在搅拌状态下在分散物料中加入乳液，再次进行分散，得到半成品混合液；
S3：在上述半成品混合液中加入剩余组分，进行搅拌，得到隧道耐沾污装饰性防火涂料。
本发明将水、润湿剂、分散剂、消泡剂、粘固性填料按比例混合分散，得到分散物料。在本发明中，所述分散的方式优选为搅拌；所述搅拌的转速优选为1000～1500r/min，时间优选为10～30min。
得到分散物料后，本发明在搅拌状态下在分散物料中加入乳液，再次进行分散，得到半成品混合液。在本发明中所述搅拌的转速优选为500～800r/min，时间优选为15～30min。
得到半成品混合液后，本发明在上述半成品混合液中加入剩余组分，进行搅拌，得到隧道耐沾污装饰性防火涂料。在本发明中剩余物料的加入顺序优选为氢氧化铝和/或氢氧化镁、阻燃填料、珍珠岩和/或蛭石、膨胀石墨、麦饭石和/或电气石、纤维、耐沾污填料、颜料。
本发明提供了上述任意一项所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料用于涂覆在隧道拱顶和侧壁的表面。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
去离子水30份、润湿剂(美国陶氏LF-45)1份、分散剂(日本圣诺普科SN-5040)3份、消泡剂巴斯夫24105份、高岭土30份、苯丙乳液200份、氢氧化铝100份、聚磷酸铵50份、三聚氰胺50份、蛭石200份、膨胀石墨15份、麦饭石1份、电气石3份、玄武岩纤维5份、颜料：10份、耐沾污填料(聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅按1:1质量比混合)1份。
S1:将去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、高岭土放入分散缸中，以1000r/min高速分散30min。
S2：将转速调至800r/min，加入乳液，分散15min；
S3：将上述半成品混合液注入搅拌机中，并依次加入氢氧化铝、聚磷酸铵、三聚氰胺、蛭石、膨胀石墨、麦饭石、电气石、玄武岩纤维、耐沾污填料和颜料，均匀搅拌10min，得到成品。
实施例2
去离子水45份、润湿剂(日本圣诺普科DX200)3份、分散剂(日本圣诺普科SN-5027)1份、消泡剂(日本圣诺普科SN-NXZ)1份、凹凸棒土75份、硅丙乳液100份、氢氧化镁250份、聚磷酸铵50份、珍珠岩100份、膨胀石墨30份、麦饭石5份、玻璃纤维3份、颜料：1份、耐沾污填料(聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅按1:1质量比混合)10份。
S1:将去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、凹凸棒土放入分散缸中，以1500r/min高速分散10min。
S2：将转速调至500r/min，加入乳液，分散30min；
S3：将上述半成品混合液注入搅拌机中，并依次加入氢氧化镁、聚磷酸铵、珍珠岩、膨胀石墨、麦饭石、玻璃纤维、耐沾污填料和颜料，均匀搅拌5min，得到成品。
实施例3
去离子水40份、润湿剂(广成G-003)5份、分散剂(广成G5043)5份、消泡剂(广成C9)3份、膨润土50份、纯丙乳液140份、氢氧化铝100份、氢氧化镁100份、三聚磷酸铝200份、珍珠岩50份、蛭石100份、膨胀石墨35份、电气石3份、石棉纤维10份、耐沾污填料(聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅按1:1质量比混合)8份。
S1:将去离子水、润湿剂、分散剂、消泡剂、膨润土放入分散缸中，以1000r/min高速分散20min。
S2：将转速调至800r/min，加入乳液，分散15min；
S3：将上述半成品混合液注入搅拌机中，并依次加入氢氧化铝、氢氧化镁、三聚磷酸铝、珍珠岩、蛭石、膨胀石墨、电气石、石棉纤维、耐沾污填料，均匀搅拌10min，得到成品。
实施例4
和实施例1的区别在于，未添加耐沾污填料，其他操作步骤和实施例1完全相同。
对比例1
与实施例1的区别在于，未添加膨胀石墨，其他操作步骤和实施例1完全相同。
对比例2
与实施例1的区别在于，未添加聚磷酸铵和三聚氰胺，其他操作步骤和实施例1完全相同。
对比例3
与实施例1的区别在于，未添加氢氧化铝，其他操作步骤和实施例1完全相同。
性能测试
对实施例1～3及对比例制备得到的隧道耐沾污装饰性防火涂料的性能进行测试，具体检测结果如表1所示。
表1检测结果
由表1可以看出，在涂料体系中粘结强度的大小主要取决于乳液和聚磷酸铵的量，乳液的含量决定涂层在常温下的粘结强度；涂层的耐火性能主要由膨胀石墨、聚磷酸铵、氢氧化镁、氢氧化铝等含量相关，其中影响较大的为膨胀石墨；涂层的耐沾污性与耐沾污填料添加量密切相关，其他物质影响不大；负离子释放量在麦饭石与电气石协同作用下最优。
采用实施例1制备得到的涂料进行喷涂，分别涂覆1.5mm、2mm、3mm、5mm测试耐火效果，具体如图1～4所示。
由图1～4可以看出：4种涂层厚度下测试板背面的温度在150分钟内均未超过380℃，满足规范要求，涂层厚度1.5mm的防火板背面温度最高为261.54℃、涂层厚度2mm的防火板背面温度最高为256.12℃、涂层厚度3mm的防火板背面温度最高为242.86℃、涂层厚度5mm的防火板背面温度最高为219.79℃；可以得出，随着涂层厚度的增加，防火测试板背面的温度越低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种隧道耐沾污装饰性防火涂料，其特征在于，包括如下重量份的组分：去离子水30～45份；润湿剂1～5份；分散剂1～5份；消泡剂1～5份；粘固性填料30～75份；乳液100～200份；氢氧化铝和/或氢氧化镁100～250份；阻燃填料50～200份；珍珠岩和/或蛭石100～200份；膨胀石墨15～35份；麦饭石和/或电气石1～5份；纤维3～10份；
还包括1～10份颜料和1～10份耐沾污填料；所述耐沾污填料为聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅的混合物，所述聚四氟乙烯粉和纳米二氧化硅的质量比为1:1，聚四氟乙烯粉粒径小于5μm，纳米二氧化硅粒径为7～50nm；
所述阻燃填料为聚磷酸铵、三聚磷酸铝和三聚氰胺中的一种或多种；所述隧道耐沾污装饰性防火涂料涂层的厚度≤3mm时，有效耐火时间≥2h。
2.根据权利要求1所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料，其特征在于，所述润湿剂为非离子型聚酯和/或阴离子型聚酯。
3.根据权利要求1所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料，其特征在于，所述分散剂为烷基芳基磷酸盐、烷基苯磺酸盐和二烷基磺基琥珀酸盐中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料，其特征在于，所述粘固性填料为高岭土、凹凸棒土和膨润土中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料，其特征在于，所述乳液为硅丙乳液、苯丙乳液和纯丙乳液中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料，其特征在于，所述珍珠岩、蛭石的粒度为50～200目；膨胀石墨的粒度为100～600目；麦饭石、电气石的粒度为1000～1200目；氢氧化铝和/或氢氧化镁的粒度为1000～1200目。
7.权利要求1～6任意一项所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1:将水、润湿剂、分散剂、消泡剂、粘固性填料按比例混合分散，得到分散物料；
S2：在搅拌状态下在分散物料中加入乳液，再次进行分散，得到半成品混合液；
S3：在上述半成品混合液中加入剩余组分，进行搅拌，得到隧道耐沾污装饰性防火涂料。
8.权利要求1～7任意一项所述的隧道耐沾污装饰性防火涂料用于涂覆在隧道拱顶和侧壁的表面。
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