CN117264492A - 一种室内膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，本发明属于防火涂料技术领域，所述室内膨胀型钢结构防火涂料，各组分以重量份计，包括：双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅14‑20重量份、磷氮复合乳液21‑30重量份；发泡剂10‑15份、成炭剂5‑10份、分散剂0.2‑0.4份、消泡剂0.3‑0.8份、稳定剂0.3‑0.6份、颜填料0.5‑2.0份；加水至100重量份。本发明的室内膨胀型钢结构防火涂料，以水为溶剂、不含有机溶剂和卤素阻燃剂，VOC含量低，遇火时发烟少，无毒害，更加绿色环保，适用于室内场景；并且本发明通过引入双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅，克服了传统纳米二氧化硅由于‑Si‑O‑键的刚性强，变形能力差，容易出现裂缝等缺陷。

Description

一种室内膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于防火涂料技术领域，具体的，涉及一种室内膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，大量的超高层建筑、工业厂房、大跨度公共场所等钢结构建筑拔地而起，钢结构自重轻、强度高、跨度大、空间大、抗震性能好；钢材作为一种不燃建筑材料，在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、抗拉强度及弹性模量等随温度升高而降低，在450-650摄氏度会急剧下降，失去承载能力，形变巨大，导致钢柱、钢梁弯曲，建筑坍塌；因此，随着钢结构产业的崛起，也极大促进了防火涂料的振兴。
现有的防火涂料可分为膨胀型和非膨胀型两类，其中以膨胀型防火涂料具有更广泛的应用；如公告号CN112280406B的中国发明专利，公开了一种高性能水性钢结构膨胀型防火涂料及其制备方法，其涂料由以下质量份数组分制备而成：去离子水110～120份；氨水2～3份；改性氨基树脂52～58份；丙烯酸乳液210～240份；金红石型二氧化钛112～118份；三聚氰胺91～98份；季戊四醇101～109份；聚磷酸铵208～224份；助剂42～46份。
如公告号CN111826047B的中国发明专利，公开了一种钢结构防火防腐涂料及其制备方法，其由如下重量份的原料制备而成：丙烯酸树脂30-40份，水性聚酯树脂15-20份，聚磷酸铵20-25份，三聚氰胺3-8份，季戊四醇12-18份，膨胀珍珠岩6-12份，十溴二苯乙烷3-9份，锡酸亚硅2-3份，磷酸锌3-6份，三聚磷酸铝1-3份，纳米氧化锌3-4份，云母氧化铁8-20份，重质碳酸钙2-6份，有机膨润土3.5-4.5份，气相二氧化硅0.8-1.2份，润湿分散剂0.1-0.8份，消泡剂0.1-0.4份，流平剂0.5-1份，成膜助剂1-3份，硅烷偶联剂0.5-5份，水10-20份。
上述现有技术方案中，皆采用的聚磷酸铵/季戊四醇/三聚氰胺（APP-MEL-PE）阻燃体系，其在与火焰冲击或高温状态下，会释放出很多有毒有害气体，如NOx，NH3，CO等；并且其在施工和固化过程中会产生大量有毒气体，无法适用于室内的钢结构防火涂料。
因此，在室内防火涂料技术领域，迫切需要引入新的工艺技术来解决以上的问题并寻求更可行的解决方案。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种室内膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种室内膨胀型钢结构防火涂料，各组分以重量份计，包括：双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅14-20重量份、磷氮复合乳液21-30重量份；发泡剂10-15份、成炭剂5-10份、分散剂0.2-0.4份、消泡剂0.3-0.8份、稳定剂0.3-0.6份、颜填料0.5-2.0份；加水至100重量份。
所述双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅：磷氮复合乳液的重量份数比例为2:3；
所述分散剂为六偏磷酸钠、多磷酸钠、焦磷酸钠中任一种；
所述消泡剂为磷酸三丁酯、聚甲基三乙氧基硅烷、甲基聚硅氧烷、二甲基聚硅氧烷中任一种；
所述稳定剂为壬基酚聚乙烯醚、辛基酚聚乙烯醚、聚氧乙烯月桂酸酯中任一种；
所述颜填料为钛白粉、氢氧化铝、长石粉、云母粉、滑石粉中的一种或多种。
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷的制备方法：在装有搅拌器的反应容器中，依次加入二氯甲烷和双端羟丙基聚硅氧烷，并加入少量的对苯二酚作为催化剂，随后将反应容器置于冰浴条件下，搅拌器搅拌均匀后，将丙烯酸氯和三乙胺分别同时慢慢滴入到反应容器中，滴加完毕后，升温至75-80摄氏度，保温2h后，停止反应。反应完成后，依次用NaHCO3水溶液，去离子水，饱和NaCl溶液洗涤反应液；有机层经无水Na2SO4干燥，减压蒸馏后，即得到呈现淡黄色透明粘稠液体样的双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷。
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法：将反应容器充换氮气三次除氧后，将纳米二氧化硅与双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷混合后充分搅拌，抽真空干燥1h，随后换氮气，并加入无水N，N-二甲基甲酰胺，在冰浴条件0-5摄氏度下搅拌，在氮气保护下反应96h；反应结束后，将反应液离心，离心后所得到的固体再用N，N-二甲基甲酰胺离心清洗多次，最后用去离子水分散，冷冻干燥后得到的固体产物，即为双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅。
磷氮复合乳液的合成制备方法：将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸酯基乙氧基磷酸酯，按照重量比为2：2：1：3的混合溶液，通过恒压滴液漏斗缓慢添加到加有溶有烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的去离子水中，控制滴加时间为60min；滴加过程中采用高速分散均质机分散，分散完成后即得到含磷乳液；
将聚酰亚胺粉末溶解N-甲基吡咯烷酮溶液中，充分搅拌混合后，通过恒压滴液漏斗缓慢添加到溶有十二烷基苯磺酸钠的去离子水中，滴加过程中控制溶液温度在50-55摄氏度；控制滴加时间在1.5-2h；滴加过程中采用搅拌器进行搅拌，反应完成后即制备得到含氮乳液；
将含氮乳液缓慢滴加至含磷乳液中，滴加过程中进行高速搅拌，滴加完成后继续搅拌2h，即制备得到磷氮复合乳液。
室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法：将分散剂、稳定剂溶解在水中，加入成炭剂、发泡剂、颜填料和50%重量份的消泡剂搅拌均匀，经球磨机研磨后获得浆料；随后将浆料加入配料缸中低速搅拌的同时依次加入磷氮复合乳液、双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅和剩余的50%消泡剂，其中，低速搅拌的速度为200-400r/min，继续搅拌至混合均匀，即制备得到室内膨胀型钢结构防火涂料。
本发明具有的有益效果：
（1）本发明通过引入双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅，克服了传统纳米二氧化硅由于-Si-O-键的刚性强，变形能力差，因此在成膜过程中体积收缩大，容易出现裂缝等缺陷；通过引入双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅，填补了-Si-O-Si-网状结构中的间隙，从而屏蔽残存的羟基，降低了涂料对水的敏感性，使得涂料在冷热交替时产生的膨胀和收缩现象减弱，改善了涂料的韧性，耐冲击性，耐水性；
（2）本发明引入的磷氮复合乳液，其中的磷酸酯在高温条件下逐渐分解成小分子化合物，具有极强的脱水性，可促使丙烯酸酯脱水成炭，涂层表面形成紧密的炭层，起到隔绝热量、减少材料与氧气接触的作用，发挥凝聚相阻燃机理；乳液中的聚酰亚胺，高温分解产生的N2、H2O等气体，不仅降低了空气中氧气和可燃气体的浓度，减慢了燃烧速度，而且不可燃气体带走一部分热量，降低聚合物表面的温度，发挥气相阻燃机理；磷氮复合乳液兼具凝聚相、气相双重阻燃机理，发挥磷氮协同阻燃作用，从而赋予优异的防火阻燃性能；
（3）本发明的涂料以水为溶剂、不含有机溶剂和卤素阻燃剂，VOC含量低，遇火时发烟少，无毒害，更加绿色环保，适用于室内场景。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
以下实施例中所指出的“份”，均为重量份。
实施例1
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅14重量份、磷氮复合乳液21重量份；发泡剂12份、成炭剂5份、分散剂0.3份、消泡剂0.3份、稳定剂0.3份、颜填料0.5份；水46.6重量份；
所述分散剂为多磷酸钠；
所述消泡剂为聚甲基三乙氧基硅烷；
所述稳定剂为聚氧乙烯月桂酸酯中任一种；
所述颜填料中，钛白粉：氢氧化铝的重量比为1:1。
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷的制备方法：在装有搅拌器的反应容器中，依次加入2.5mol二氯甲烷和1mol双端羟丙基聚硅氧烷，并加入0.1mol对苯二酚作为催化剂；
随后将反应容器置于冰浴条件下，保持冰浴温度0-5摄氏度；搅拌器搅拌均匀后，将1mol丙烯酸氯和1.2mol三乙胺分别同时缓慢滴入到反应容器中，滴加时间为60min；滴加完毕后，升温至75-80摄氏度，保温2h后，停止反应，得到反应液；待反应液冷却至常温后，依次使用NaHCO3水溶液，去离子水，饱和NaCl溶液洗涤反应液。最后将有机层经无水Na2SO4干燥，减压蒸馏后，即得到呈现淡黄色透明粘稠液体的双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷。
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法：将反应容器充换氮气三次除氧后，将7重量份的纳米二氧化硅与12重量份的双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷混合后充分搅拌，抽真空干燥1h，随后换氮气，并加入15重量份的无水N，N-二甲基甲酰胺，在冰浴条件0-5摄氏度下搅拌，在氮气保护下反应96h；反应结束后，将反应液离心，离心后所得到的固体再用N，N-二甲基甲酰胺离心清洗多次，最后用去离子水清洗，并冷冻干燥处理所得到的固体产物，即制备得到双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅。
磷氮复合乳液的制备方法：将12重量份甲基丙烯酸甲酯、12重量份丙烯酸丁酯、6重量份丙烯酸、18重量份甲基丙烯酸酯基乙氧基磷酸酯，搅拌混合均匀得到混合溶液；其中，甲基丙烯酸甲酯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：甲基丙烯酸酯基乙氧基磷酸酯的重量比为2：2：1：3；
随后将搅拌得到的混合溶液，通过恒压滴液漏斗缓慢添加到加有溶有烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的去离子水中，控制滴加时间为60min；滴加过程中采用高速分散均质机分散，分散完成后即得到含磷乳液；
将6重量份聚酰亚胺粉末溶解到30重量份的N-甲基吡咯烷酮溶液中，充分搅拌混合后，通过恒压滴液漏斗缓慢添加到溶有2重量份十二烷基苯磺酸钠的去离子水中，滴加过程中控制溶液温度在50-55摄氏度；滴加时间控制在1.5-2h；滴加过程中采用搅拌器进行搅拌，滴加完成后，冷却至常温即制备得到含氮乳液；
最后将含氮乳液缓慢滴加至含磷乳液中，其中，含氮乳液：含磷乳液的重量比为1:2；滴加过程中进行高速搅拌，滴加完成后继续搅拌2h，即制备得到磷氮复合乳液。
室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法：将分散剂、稳定剂溶解在水中，加入成炭剂、发泡剂、颜填料和50%重量份的消泡剂搅拌均匀，经球磨机研磨后获得浆料；随后将浆料加入配料缸中低速搅拌的同时依次加入磷氮复合乳液、双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅和剩余的50%消泡剂，其中，低速搅拌的速度为200-400r/min，继续搅拌至以上物料混合均匀，即制备得到室内膨胀型钢结构防火涂料。
实施例2
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅16重量份、磷氮复合乳液24重量份；发泡剂10份、成炭剂7份、分散剂0.2份、消泡剂0.5份、稳定剂0.4份、颜填料1份；水40.9重量份；
所述分散剂为六偏磷酸钠；
所述消泡剂为磷酸三丁酯；
所述稳定剂为壬基酚聚乙烯醚；
所述颜填料为钛白粉；
其中，实施例2中，双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法，磷氮复合乳液的制备方法，室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，皆同实施例1一致。
实施例3
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅18重量份、磷氮复合乳液27重量份；发泡剂15份、成炭剂8份、分散剂0.3份、消泡剂0.7份、稳定剂0.5份、颜填料1.5份；水29重量份；
所述分散剂为焦磷酸钠；
所述消泡剂为二甲基聚硅氧烷；
所述稳定剂为辛基酚聚乙烯醚；
所述颜填料中，长石粉：云母粉：滑石粉的重量比为1:1:1；
其中，实施例3中，双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法，磷氮复合乳液的制备方法，室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，皆同实施例1一致。
实施例4
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅20重量份、磷氮复合乳液30重量份；发泡剂15份、成炭剂10份、分散剂0.4份、消泡剂0.8份、稳定剂0.6份、颜填料2份；水21.2重量份；
所述分散剂为六偏磷酸钠；
所述消泡剂为磷酸三丁酯；
所述稳定剂为聚氧乙烯月桂酸酯；
所述颜填料中，钛白粉：氢氧化铝的重量比为1:1；
其中，实施例4中，双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法，磷氮复合乳液的制备方法，室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，皆同实施例1一致。
对比例1
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
纳米二氧化硅18重量份、磷氮复合乳液27重量份；发泡剂15份、成炭剂8份、分散剂0.3份、消泡剂0.7份、稳定剂0.5份、颜填料1.5份；水29重量份；
所述分散剂为焦磷酸钠；
所述消泡剂为二甲基聚硅氧烷；
所述稳定剂为辛基酚聚乙烯醚；
所述颜填料中，长石粉：云母粉：滑石粉的重量比为1:1:1；
其中，对比例1中，磷氮复合乳液的制备方法，室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，皆同实施例3一致。
对比例2
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅18重量份、含磷乳液27重量份；发泡剂15份、成炭剂8份、分散剂0.3份、消泡剂0.7份、稳定剂0.5份、颜填料1.5份；水29重量份；
所述分散剂为焦磷酸钠；
所述消泡剂为二甲基聚硅氧烷；
所述稳定剂为辛基酚聚乙烯醚；
所述颜填料中，长石粉：云母粉：滑石粉的重量比为1:1:1；
含磷乳液的制备方法：将12重量份甲基丙烯酸甲酯、12重量份丙烯酸丁酯、6重量份丙烯酸、18重量份甲基丙烯酸酯基乙氧基磷酸酯，搅拌混合均匀得到混合溶液；其中，甲基丙烯酸甲酯：丙烯酸丁酯：丙烯酸：甲基丙烯酸酯基乙氧基磷酸酯的重量比为2：2：1：3；
随后将搅拌得到的混合溶液，通过恒压滴液漏斗缓慢添加到加有溶有烯丙氧基壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵的去离子水中，控制滴加时间为60min；滴加过程中采用高速分散均质机分散，分散完成后即得到含磷乳液；
其中，对比例2中，双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法、室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，皆同实施例3一致。
对比例3
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅36重量份、磷氮复合乳液27重量份；发泡剂15份、成炭剂8份、分散剂0.3份、消泡剂0.7份、稳定剂0.5份、颜填料1.5份；水45重量份；
所述分散剂为焦磷酸钠；
所述消泡剂为二甲基聚硅氧烷；
所述稳定剂为辛基酚聚乙烯醚；
所述颜填料中，长石粉：云母粉：滑石粉的重量比为1:1:1；
其中，对比例3中，双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法，磷氮复合乳液的制备方法，室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，皆同实施例3一致。
对比例4
一种室内膨胀型钢结构防火涂料，按重量份数计，其组成如下：
双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅18重量份、磷氮复合乳液27重量份；发泡剂15份、成炭剂8份、分散剂0.3份、消泡剂0.7份、稳定剂0.5份、颜填料1.5份；水29重量份；
所述分散剂为焦磷酸钠；
所述消泡剂为二甲基聚硅氧烷；
所述稳定剂为辛基酚聚乙烯醚；
所述颜填料中，长石粉：云母粉：滑石粉的重量比为1:1:1；
其中，对比例4中，双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法，磷氮复合乳液的制备方法，皆同实施例3一致；
室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法：将分散剂、稳定剂溶解在水中，然后加入双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅和消泡剂，在搅拌下依次加入磷氮复合乳液、成炭剂、发泡剂和颜填料，再经过球磨机研磨混合均匀后，制备得到室内膨胀型钢结构防火涂料。
试验例
选用I40b工字型钢梁，进行试验；去脱脂棉蘸取适量无水乙醇，先将工字型钢梁表面杂质擦拭去除，无水乙醇挥发后，用砂纸对工字型钢表面进行打磨；随后再用脱脂棉蘸取适量无水乙醇将工字型钢梁表面反复擦拭至完全干净，待表面无水乙醇完全挥发后待用。
取实施例1-4、对比例1-4制备得到的室内膨胀型钢结构防火涂料，搅拌均匀后，用刷子采用十字交叉法将涂料刷涂在工字型钢梁表面，每次刷涂0.2-0.3mm，间隔3-5min刷涂一次，共计刷涂至3mm厚度；随后将涂刷后的工字型钢梁在湿度60%、温度25摄氏度的条件下养护7天后，再对工字型钢梁进行性能测试。
防火性能测试，参考GB 14907-2018钢结构防火涂料，使用试验炉模拟火灾升温条件下的温度与压力；耐火性能试验时间为2.0h；测试项目包括被测试件是否失去承载能力、试件最大弯曲变形量、试件平均温度；实施例1-4、对比例1-4的防火性能测试结果如下表1所示：
表1
涂料初期干燥抗裂性能的测试，参考GB/T 9779-2015《复层建筑涂料》，使用标准推荐的初期干燥抗裂性试验用仪器进行测试；涂料粘结强度的测试，参考GB/T 5210-2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》，进行测定；涂料耐冷热循环性的测试，参考GB 14907-2018《钢结构防火涂料》，共计进行15次耐冷热循环性测试；涂料膨胀率的测试，参考GB14907-2018《钢结构防火涂料》进行测试。
实施例1-4、对比例1-4制备得到的涂料的测试结果如下表2所示：
表2
实施例1-4、对比例1-4涂料性能分析：结合表1、表2得到的性能测试数据容易发现；实施例1-4均具有优异的防火性能，其中实施例3具有最佳的耐火性能；并且试件平均温度小于538摄氏度，符合涂料Fp2.00的要求。
实施例1-4均具有优异的膨胀率，在火灾实际发生时，能很好的隔绝热量，保护钢结构从而使得钢结构具有更长的耐火时间；对比例1-3膨胀率较差，其耐火时间也被极大的限缩；对比例4制备涂料的方法不同，虽然也具有较强的耐火性能，但还是明显弱于实施例1-4。
对比例1与实施例3相比，区别在于对比例1采用的是未改性的纳米二氧化硅，其涂覆在试件上，干燥后初期呈现出大量的裂纹，可能的原因是：未改性的纳米二氧化硅粒子，表明有大量的硅醇基，成膜时，随着水分的蒸发，体积收缩大，导致出现了大量的裂纹；裂纹的产生，导致了其防火性能的大幅下降，并且2h耐火测试中，被其涂覆的试件已经失去了承载能力；试件的平均温度也是最高的；并且在15次耐冷热循环性的测试过程中，对比例1的涂层也开裂起层；可能的原因是：纳米二氧化硅由于-Si-O-键的刚性强，变形能力差，成膜过程中体积收缩大。
对比例2与实施例3相比，区别在于，对比例2仅采用了含磷乳液，其耐火性能与实施例3相比也存在明显的下降，可能的原因是：磷氮复合乳液中含氮乳液中的聚酰亚胺，高温分解产生的N2、H2O等气体，不仅能够降低空气中氧气和可燃气体的浓度，减慢了燃烧速度，而且不可燃气体带走一部分热量，降低涂料表面的温度，发挥气相阻燃机理；而实施例3兼具凝聚相、气相双重阻燃机理，磷氮能够发挥协同阻燃的作用，从而相比对比例2具有更优异的防火阻燃性能。
对比例3与实施例3相比，区别在于，对比例3引入添加了更多的双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅，在制备过程中，因为改性纳米二氧化硅的过量添加，使得纳米粒子无法在防火涂料中充分分散，过量纳米二氧化硅之间吸附团聚，从而降低了其粘着性能，并且也极大的降低了涂料的防火性能。
对比例4与实施例3相比，区别在于，两者涂料的制备方法不同，采用对比例4的制备方法制备得到的涂料，存在少许结块，并且静置一段时间后，涂料中依然存在部分气泡，涂覆在试件上，表面的气泡也极大影响了涂料防火性能的发挥；而通过实施例3制备得到的涂料，搅拌后呈均匀细腻状，无气泡，本发明制备方法制备得到的涂料，具有更优的阻燃防火性能。
综合分析：本发明的室内膨胀型钢结构防火涂料，以水为溶剂、不含有机溶剂和卤素阻燃剂，VOC含量低，遇火时发烟少，无毒害，更加绿色环保，适用于室内场景；并且本发明通过引入双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅，克服了传统纳米二氧化硅由于-Si-O-键的刚性强，变形能力差，因此在成膜过程中体积收缩大，容易出现裂缝等缺陷；通过引入双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅，填补了-Si-O-Si-网状结构中的间隙，从而屏蔽残存的羟基，降低了涂料对水的敏感性，使得涂料在冷热交替时产生的膨胀和收缩现象减弱；改善了涂料的韧性，耐冲击性；涂料中的磷氮复合乳液兼具凝聚相、气相双重阻燃机理，发挥磷氮协同阻燃作用，从而赋予涂料优异的防火阻燃性能。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，各组分以重量份计，包括：双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅14-20重量份、磷氮复合乳液21-30重量份；发泡剂10-15份、成炭剂5-10份、分散剂0.2-0.4份、消泡剂0.3-0.8份、稳定剂0.3-0.6份、颜填料0.5-2.0份；加水至100重量份。
2.如权利要求1所述的室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，各组分以重量份计，包括：双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅18重量份、磷氮复合乳液27重量份；发泡剂15份、成炭剂8份、分散剂0.3份、消泡剂0.7份、稳定剂0.5份、颜填料1.5份；水29重量份。
3.如权利要求1所述的室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅：磷氮复合乳液的重量份数比例为2:3。
4.如权利要求1所述的室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述分散剂为六偏磷酸钠、多磷酸钠、焦磷酸钠中任一种。
5.如权利要求1所述的室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述消泡剂为磷酸三丁酯、聚甲基三乙氧基硅烷、甲基聚硅氧烷、二甲基聚硅氧烷中任一种。
6.如权利要求1所述的室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述稳定剂为壬基酚聚乙烯醚、辛基酚聚乙烯醚、聚氧乙烯月桂酸酯中任一种。
7.如权利要求1所述的室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述颜填料为钛白粉、氢氧化铝、长石粉、云母粉、滑石粉中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的室内膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅的制备方法为：将反应容器充换氮气三次除氧后，将纳米二氧化硅与双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷混合后充分搅拌，抽真空干燥1h，随后换氮气，并加入无水N，N-二甲基甲酰胺，在冰浴条件0-5摄氏度下搅拌，在氮气保护下反应96h；反应结束后，将反应液离心，离心后所得到的固体再用N，N-二甲基甲酰胺离心清洗多次，最后用去离子水分散，冷冻干燥后得到的固体产物，即为双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的室内膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将分散剂、稳定剂溶解在水中，加入成炭剂、发泡剂、颜填料和50%重量份的消泡剂搅拌均匀，经球磨机研磨后获得浆料；随后将浆料加入配料缸中低速搅拌的同时依次加入磷氮复合乳液、双端丙烯酰氧基丙基聚硅氧烷改性纳米二氧化硅和剩余的50%消泡剂，其中，低速搅拌的速度为200-400r/min，继续搅拌至混合均匀，即制备得到室内膨胀型钢结构防火涂料。
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