CN1546587A - 基于功能材料复配技术的膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
涉及一种钢结构防火涂料，组成与配比为(相对重量份数)：复合基料树脂21.6～26.6，溶剂汽油18.6～22.8，复合脱水成炭催化剂21.2～25.8，复合成炭剂12.3～14.8，复合发泡剂9.0～11.2，复合增塑剂1.7～2.2，复合颜填料12.8～18.3；颜填料表面处理剂0.13～0.46，流平剂0.8～1.0；在防火涂料的制备过程中，基料树脂、脱水成炭催化剂、成炭剂、发泡剂、增塑剂、颜填料等采用了多种原料复配，提高了各功能组分在不同温度下的持续的协同作用，弥补了传统钢结构防火涂料瞬间脱水、成炭、发泡带来的膨胀倍率低、泡孔结构不均、炭层强度差、散热瞬间完成等方面的不足，达到了延缓钢构件温升，提高防火性能的目的。所得防火涂料各项质量技术指标均达到或超过国家标准。
Description
(1)技术领域
本发明涉及一种钢结构防火涂料及其制备方法。
(2)背景技术
近年来钢架结构在大跨度建筑中广泛使用，钢结构建筑的防火安全因此引起人们极大的关注，超薄(涂层厚度≤3.0mm)膨胀型防火涂料是大跨度钢结构建筑防火保护的主要方法。防火保护的作用就是遇高温时，防火涂层能迅速在钢构件表面形成轻质绝热泡沫炭层，减缓温度向钢构件基体传导，延长构件的温升时间，使之满足国家建筑设计防火规范标准要求。
钢结构防火涂料主要由基料树脂、成炭催化剂、成炭剂、发泡剂等材料构成。我国膨胀型钢结构防火涂料研究工作起步较晚，近年来，我国开发的防火涂料才不断涌现。例如，瞿金清等(瞿金清，肖新颜等，材料保护，2002，35(6)：27～29)采用氨基树脂与丙烯酸树脂混合物为基料的防火涂料，当涂料的干膜厚度为1mm时，其耐火极限为60min；陈国栋等(陈国栋，寇辉等，新型建筑材料，2001，(11)：19～21)对涂料配方进行改进，当涂料干膜厚度为1mm时，其耐火极限达60min以上；吕九琢等(吕九琢，徐亚贤等，现代涂料与涂装，2001，(4)：10～12；现代涂料与涂装，2001，(5)：5～7；北京石油化工学院学报，2002，10(2)：4～9)研制的涂料，涂层厚度2.09mm，耐火时间66min；王华进等(王华进，王贤明等，涂料工业，2001，31(2)：16～18)报道研制成超薄型钢结构防火涂料，当涂料厚度≤3mm时，其耐火极限为95min；公安部四川消防科研所研制的SCB超薄膨胀型防火涂料，涂层厚度2.67mm，耐火极限达147min；广州白云山雷威化工厂开发出的GWB室外钢结构防火涂料；扬州金陵特种涂料厂推出的BSC-A钢结构防火涂料等(刘国钦，邹敏，钢结构防火涂料及其发展趋势，攀枝花学院学报，2002，19(6)5～7)。
上述报道的钢结构防火涂料均是以甲苯、溶剂汽油等有机溶剂为分散介质；丙烯酸树脂、氯化橡胶、氨基树脂、醇酸树脂等为基料树脂；以淀粉、糊精、甘露醇、山梨醇、季戊四醇等含炭量高的多羟基化合物为成炭剂；以脲、三聚氰胺、亚胺脲、双氰胺、碳酸铵、氯化石蜡、六次甲基四胺等为发泡剂；以磷酸二氢胺、磷酸氢二铵、磷酸聚氰胺、多聚磷酸铵等为脱水成炭催化剂；添加钛白粉、立德粉、滑石粉、硅酸钙、硅石、高岭土等无机颜填料构成；其特点在于基料树脂、脱水成炭催化剂、成炭剂、发泡剂等原料基本上为单组分，尚未见到几种主要成份均为双组分或三组分的专利、文献报道。
火灾发生时，火场温度是一个逐渐升高的过程，希望防火涂层中的各功能组分能起到协同作用，使膨胀、脱水、成炭等功能随着温度的升高连续的发生作用，在带走热量的同时，不断的提高膨胀炭层的隔热效果。但目前的报道基本上为单功能组分配方设计(个别配方中出现某一功能原料的双组分设计)，防火涂料在某一温度下即发生脱水、膨胀、成炭，导致涂层膨胀倍率低、炭层致密性差，瞬间完成了带走热量的作用，不能在很大程度上延缓钢构件的温升。
(3)发明内容
本发明的目的旨在提供一种采用多种功能材料的复配技术、使得涂料的综合防火性能得到了极大的提高的钢结构防火涂料及其制造工艺，其涂层在高温下能够持续发挥膨胀、脱水、成炭作用；反应过程中将热量连续带走的同时，获得高膨胀倍率、一定炭层强度、隔热性能优良的膨胀炭层，延缓钢构件的温升。
本发明所说的基于功能材料复配技术的膨胀型钢结构防火涂料其组分与配比(相对重量份数)如下：复合基料树脂21.6～26.6，溶剂汽油18.6～22.8，复合脱水成炭催化剂21.2～25.8，复合成炭剂12.3～14.8，复合发泡剂9.0～11.2，复合增塑剂1.7～2.2，复合颜填料12.8～18.3；颜填料表面处理剂0.13～0.46，流平剂0.8～1.0。所说的复合基料树脂为改性丙烯酸树脂∶改性氨基树脂∶氯化橡胶＝1∶2∶0.1，复合脱水成炭催化剂为聚磷酸铵∶磷酸聚氰胺∶磷酸氢二铵＝2∶1∶1，复合成炭剂为甘露醇∶季戊四醇∶聚季戊四醇＝1∶2∶2，复合发泡剂为三聚氰胺∶脲∶六次甲基四胺＝2∶1∶0.5，复合增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯∶磷酸三丁酯＝1∶2，复合颜填料为钛白粉∶陶土∶滑石粉∶高岭土＝2∶1.5∶1∶1；所说的颜填料表面处理剂为氨基羧酸酯基硅烷，流平剂为甲基苯基硅氧烷。
其制造工艺如下：按配比将复合颜填料加入高速分散机中，逐渐加热至105～115℃，维持该温度25～30分钟，停止加热，当温度降低至45℃时，加入颜填料表面处理剂，高速分散30～40分钟，分批加入复合基料树脂，溶剂汽油，复合增塑剂，复合脱水成炭催化剂，复合成炭剂，复合发泡剂及流平剂，高速混合120～150分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。
所得防火涂料各项质量技术指标见表1：
表1.基于功能材料复配技术的膨胀型钢结构防火涂料主要技术指标及检测结果
| 检验项目 | 国家标准 | 检验结果 | |
| 检验方法 | 技术指标 | ||
| 防火性能 | GB14907-94，5.16 | 涂层厚度≤3.00mm；耐火极限≥30min | 2.02mm137min |
| 在容器中的状态 | GB14907-94，5.4 | 经搅拌后呈均匀液态或稠厚流体，无结块 | 符合要求 |
| 表干时间(h) | GB9153-88，6.5 | B型≤12 | 2 |
| 初期干燥抗裂性 | GB9779-88，5.5 | 一般不应出现裂纹，如有1～3条裂纹，其宽度不大于0.5mm。 | 符合要求 |
| 外观与颜色 | GB14907-94，5.7 | 外观与颜色同样品相比应无明显差别。 | 符合要求 |
| 粘结强度Mpa) | GB9153-88，6.12 | B型≥0.15 | 1.64 |
| 抗振性 | GB14907-94，5.12 | 挠曲L/200，涂层不起层、脱落 | 符合要求 |
| 抗弯性 | GB14907-94，5.13 | 挠曲L/100，涂层不起层、脱落 | 符合要求 |
| 耐水性(h) | GB14907-94，5.14 | ≥24 | 24 |
| 耐冻融循环性(次) | GB14907-94，5.15 | ≥15 | 15 |
本发明将功能材料复配技术应用于膨胀型钢结构防火涂料的制备，使得涂料的综合防火性能得到了极大的提高。其具有以下优点：1)随着火场温度逐渐升高，多种功能材料连续发生协同作用。首先复合基料树脂依次软化、熔融；催化剂持续分解出有效成份，催化成炭剂连续脱水、成炭；多种分解温度不同的发泡剂持续产生气源，获得了具有较大膨胀倍率、优良泡孔结构并具一定强度的膨胀炭层。2)多种功能材料持续作用的过程中，带走热量；达到了延缓钢构件温升的目的。3)弥补了传统钢结构防火涂料瞬间脱水、成炭、发泡带来的膨胀倍率低、泡孔结构不均、炭层强度差、散热瞬间完成等方面的不足，特别是火场气流大，薄弱的炭层极易遭到破坏。
(4)具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：按配比将27.6g钛白粉、21.0g陶土、13.8g滑石粉、13.8g高岭土加入高速分散机中，逐渐加热至105℃，维持该温度25分钟，停止加热，当温度降低至45℃时，加入0.78g氨基羧酸酯基硅烷，高速分散30分钟，分别加入42.0g改性丙烯酸树脂、83.4g改性氨基树脂、4.2g氯化橡胶，111.6g溶剂汽油，3.6g邻苯二甲酸二丁酯、6.6g磷酸三丁酯，63.6g聚磷酸铵、31.8g磷酸聚氰胺、31.8g磷酸氢二铵，14.4g甘露醇、28.8g季戊四醇、28.8g聚季戊四醇，31.2g三聚氰胺、15.6g脲、7.2g六次甲基四胺，4.8g甲基苯基硅氧烷，高速混合125分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。所得防火涂料的技术性能：涂层厚度1.92m，耐火极限110min；其余技术指标均符合表1中的国家标准。
实施例2：按配比将30.4g钛白粉、23.1g陶土、15.2g滑石粉、15.2g高岭土加入高速分散机中，逐渐加热至108℃，维持该温度25分钟，停止加热，当温度降低至45℃时，加入1.26g氨基羧酸酯基硅烷，高速分散30分钟，分批加入42.0g改性丙烯酸树脂、83.4g改性氨基树脂、4.2g氯化橡胶，111.6g溶剂汽油，3.6g邻苯二甲酸二丁酯、6.6g磷酸三丁酯，64.9g聚磷酸铵、32.4g磷酸聚氰胺、32.4g磷酸氢二铵，15.6g甘露醇、31.2g季戊四醇、31.2g聚季戊四醇，31.2g三聚氰胺、15.6g脲、7.8g六次甲基四胺，4.8g甲基苯基硅氧烷，高速混合125分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。所得防火涂料的技术性能：涂层厚度1.99mm，耐火极限122min；其余技术指标均符合表1中的国家标准。
实施例3～5：防火涂料的基本配方和制备方法同实施例2，仅改变功能性颜填料表面改性剂、基料树脂、成炭剂、脱水成炭催化剂、发泡剂的用量，结果列于表2(重量份)。
表2
*备注：其余的技术性能指标均符合表1的有关规定。
实施例6(扩大试验，按实施例2的条件)按配比将30.4Kg钛白粉、23.1Kg陶土、15.2Kg滑石粉、15.2Kg高岭土加入高速分散机中，逐渐加热至108℃，维持该温度25分钟，当温度降低至45℃时，停止加热，加入1.26Kg氨基羧酸酯基硅烷，高速分散30分钟，分批加入42.0Kg改性丙烯酸树脂、83.4Kg改性氨基树脂、4.2Kg氯化橡胶，111.6Kg溶剂汽油，3.6Kg邻苯二甲酸二丁酯、6.6Kg磷酸三丁酯，64.9Kg聚磷酸铵、32.4Kg磷酸聚氰胺、32.4Kg磷酸氢二铵，15.6Kg甘露醇、31.2Kg季戊四醇、31.2Kg聚季戊四醇，31.2Kg三聚氰胺、15.6Kg脲、7.8Kg六次甲基四胺，4.8Kg甲基苯基硅氧烷，高速混合125分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。所得防火涂料的技术性能见表1。
Claims (2)
1.基于功能材料复配技术的超薄膨胀型钢结构防火涂料，含基料树脂、成炭剂催化剂、成炭剂、发泡剂、颜填料、颜填料表面处理剂等，其特征在于防火涂料的组成与配比为(相对重量份数)：复合基料树脂21.6～26.6，溶剂汽油18.6～22.8，复合脱水成炭催化剂21.2～25.8，复合成炭剂12.3～14.8，复合发泡剂9.0～11.2，复合增塑剂1.7～2.2，复合颜填料12.8～18.3；颜填料表面处理剂0.13～0.46，流平剂0.8～1.0；所说的复合基料树脂为改性丙烯酸树脂∶改性氨基树脂∶氯化橡胶＝1∶2∶0.1，复合脱水成炭催化剂为聚磷酸铵∶磷酸聚氰胺∶磷酸氢二铵＝2∶1∶1，复合成炭剂为甘露醇∶季戊四醇∶聚季戊四醇＝1∶2∶2，复合发泡剂为三聚氰胺∶脲∶六次甲基四胺＝2∶1∶0.5，复合增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯∶磷酸三丁酯＝1∶2，复合颜填料为钛白粉∶陶土∶滑石粉∶高岭土＝2∶1.5∶1∶1；所说的颜填料表面处理剂为氨基羧酸酯基硅烷，流平剂为甲基苯基硅氧烷。
2.基于功能材料复配技术的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于其步骤为：按配比将复合颜填料加入高速分散机中，逐渐加热至105～115℃，维持该温度25～30分钟，停止加热，当温度降低至45℃时，加入颜填料表面处理剂，高速分散30～40分钟，分批加入复合基料树脂，溶剂汽油，复合增塑剂，复合脱水成炭催化剂，复合成炭剂，复合发泡剂及流平剂，高速混合120～150分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。
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