CN1927960A - 装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料及其制备方法。采用高氯化聚乙烯和聚丙烯酸酯为成膜物质，以耐腐蚀性好的高聚合度聚磷酸铵(聚合度＞1000)、蜜胺焦磷酸盐、具有增塑抑烟效果的氯化石蜡以及季戊四醇、三聚氰胺组成复合防火助剂体系，并加入磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝组成复合防腐助剂以及高岭土、二氧化钛、凹凸棒土为耐高温无机填料，特别采用偶联剂对填料进行预处理。所形成的防火涂料具有较好的装饰效果，光泽(60°)达到80％，耐火极限可达90min(涂层厚度2mm)以上。并且制备工艺简单、成本低廉、应用广泛。
Description
技术领域
本发明涉及一种装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料，本发明进一步涉及这种防火防腐涂料的制备方法。
背景技术
现有的钢结构防火涂料种类较多，按其材料形态可分为水基型、溶剂型和粉末型三类；其防火机理则可分为隔热型、膨胀型和非膨胀型三类；按涂层厚度可分为厚型、薄型和超薄型三类，其中超薄型防火涂料有较好的防火性能和装饰性能，是防火涂料发展的方向。
现有的用于钢结构的薄型和超薄膨胀型防火涂料的防火助剂主要由聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇以及无机填料组分，成膜物质主要包括水性聚合物乳液(如苯丙乳液、纯丙乳液、乙丙乳液、氯偏乳液等)、水溶性聚合物树脂(如氨基树脂、水溶性酚醛树脂等)和溶剂型聚合物树脂(如氯化橡胶、聚聚丙烯酸酯树脂、环氧树脂、高氯化聚乙烯树脂等)。其制备工艺为将聚合物乳液或树脂与防火助剂混合研磨而成。
现有的防火涂料均只有单一的防火功能。而对于建筑物的钢结构而言。通常还存在防腐蚀的问题。现有的技术是先在钢结构上涂刷防腐蚀涂料，然后再涂刷防火涂料。这种涂装工艺的缺点是工序繁琐，成本较高，而且往往由于防腐涂层和防火涂层不配套而使涂层容易剥落，影响防护效果。
现有的钢结构防腐蚀涂料的品种很多，如环氧树脂、沥青改性环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基树脂(聚过氯乙烯、氯化聚乙烯、聚醋酸乙烯酯以及它们的共聚物等)、氯磺化聚乙烯聚氨酯、氯化聚醚、呋喃树脂、有机氟树脂等。这些防腐蚀涂料已在各种不同的场合应用，对钢结构的保护起到积极的作用。
但是，上述的防火涂料和防腐蚀涂料都只具有单一的功能，一定程度上限制了它们的应用领域。
现有的防火涂料主要考察其防火性能和理化性能，通常装饰性很差。这是由于防火涂料中大量防火助剂以及填料的加入影响了装饰性和耐腐蚀性能，一定程度上限制了其应用效果。但现代建筑物对装饰性的要求越来越高，因此现有的防火涂料往往不能满足要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料，以满足钢结构较高的防火防腐要求，并且满足装饰要求。
本发明还要提供这种涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：涂料组成采用高氯化聚乙烯和聚丙烯酸酯树脂为主要成膜物质，加入耐腐蚀性好的高聚合度聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、具有增塑抑烟效果的氯化石蜡以及季戊四醇、三聚氰胺组成复合防火助剂体系，并加入磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝组成复合防腐助剂以及高岭土、二氧化钛、凹凸棒土为耐高温无机填料，特别采用偶联剂对填料进行预处理。
本发明的涂料组成配比如下：
组分 用量(wt％)
高氯化聚乙烯 15～25
聚丙烯酸酯树脂 5～10
聚磷酸铵(聚合度＞1000) 10～15
蜜胺焦磷酸盐 10～15
三聚氰胺 3～7
季戊四醇 10～15
氯化石蜡70 3～5
高岭土 3～5
二氧化钛 8～10
凹凸棒土 3～5
磷酸锌 3～5
三聚磷酸铝 3～5
氧化锌 1～5
偶联剂为填料总质量的1～2％；配方中溶解高氯化聚乙烯的溶剂为醋酸丁酯与二甲苯体积比为1∶1的混合溶剂，为以上组分总质量的25～35％。
以上原料均为市售。
采用的偶联剂包括硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂两类，其中硅烷偶联剂为γ-氯丙基三甲氧基硅烷，钛酸酯偶联剂为四烷氧基双(二辛亚磷酸酯)钛酸酯(其中烷氧基可为甲氧基、乙氧基和丁氧基)。
所采用的聚磷酸铵的聚合度大于1000。
采用的高氯化聚乙烯的含氯量应大于或等于65％；
采用的聚丙烯酸酯树脂为甲基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的无规共聚物，软化温度为130～150℃。
本发明的制备方法如下：
第一步：将防火涂料组分含量称量好后，将偶联剂溶于醋酸丁酯与二甲苯的混合溶剂中，加入高岭土、二氧化钛和凹凸棒土等填料，混合搅拌，得到预处理填料浆；
第二步：将高氯化聚乙烯树脂溶液与聚丙烯酸酯树脂混合，加入聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇和氯化石蜡五种防火助剂、磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝复合防腐助剂及预处理填料浆，搅拌混合，再经研磨，得成品。
其中第一步：可以是升温至80℃搅拌10分钟或常温下混合搅拌20～30分钟，得到预处理填料浆；
第二步：该搅拌混合时间为20～30分钟。
本发明具有如下的优点：
1.由于本发明的防火涂料是在通常所用的聚磷酸铵类防火助剂的基础上，加入耐腐蚀性的高聚合度聚磷酸铵(聚合度＞1000)并加入作为成炭催化剂和发泡剂的蜜胺焦磷酸盐，以及加入具有增塑效果的氯化石蜡作为发泡材料。使涂层的表观状态和耐腐蚀性能有较大改善，并且燃烧形成的碳层坚硬、致密，耐火极限明显提高。
2.由于本发明采用高岭土、二氧化钛、凹凸棒土作为耐高温无机填料，显著提高了碳层的强度以及耐高温性，因此延长了耐火极限。
3.由于本发明采用磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝作为复合防腐蚀助剂，显著提高了涂层的耐腐蚀性能，同时氧化锌对涂层脱水成碳有一定催化促进作用，对防火性能也有一定贡献。
4.由于本发明采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂对填料进行预处理，增进了有机材料和无机材料的界面结合，提高了涂层的致密性以及填料的分散性，从而大大提高了涂层的防腐蚀性能以及表观装饰性效果。
5.由于本发明采取了以上措施，所得产品除了具有防火性能外，还具有防腐蚀性能以及装饰性，既满足GB 12441-1998《饰面型防火涂料通用技术条件》的要求，也满足GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》要求，因此是一种装饰性好的钢结构防火防腐涂料。
6.本发明的制备工艺简单、成本低廉、应用广泛。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
实施例1
参阅表1本发明的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料制备配方。按表1中的例1制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料1。第一步，按例1配方将γ-氯丙基三甲氧基硅烷偶联剂溶于醋酸丁酯和二甲苯体积比1∶1的混合溶剂中，称量耐高温填料(高岭土、二氧化钛、凹凸棒土)和防腐蚀助剂(磷酸锌、氧化锌)并加入到偶联剂溶液中升温至80℃搅拌10分钟或常温下混合搅拌20～30分钟，得到预处理填料浆；第二步，将高氯化聚乙烯溶于醋酸丁酯和二甲苯体积比1∶1的混合溶剂中并与聚丙烯酸酯树脂加入搅拌桶中混合均匀，加入防火助剂和预处理填料浆，搅拌混合20分钟，经过一次三辊研磨后，出料装桶。所得的防火涂料的性能见表2的例1。
实施例2
按表1中例2的配方制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料2。第一步，按例2配方将四乙氧基双(二辛亚磷酸酯)钛酸酯偶联剂溶于醋酸丁酯和二甲苯体积比1∶1的混合溶剂中，称量耐高温填料(高岭土、二氧化钛、凹凸棒土)和防腐蚀助剂(磷酸锌、氧化锌)并加入到偶联剂溶液中升温至80℃搅拌10分钟或常温下混合搅拌20～30分钟，得到预处理填料浆；第二步，将高氯化聚乙烯溶于醋酸丁酯和二甲苯体积比1∶1的混合溶剂中并与与聚丙烯酸酯树脂加入搅拌桶中混合均匀，加入防火助剂和预处理填料浆，搅拌混合20分钟，经过一次三辊研磨后，出料装桶。所得的防火涂料的性能见表2的例2。
实施例3
按表1中例3的配方制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料3。制备方法与实施例1相同。所得本发明的防火涂料的性能见表2的例3。
实施例4
按表1中例4的配方制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料4。制备方法与实施例1相同。所得本发明的防火涂料的性能见表2的例4。
实施例5
按表1中例5的配方制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料5。制备方法与实施例1相同。所得本发明的防火涂料的性能见表3的例5。
实施例6
按表1中例6的配方制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料6。制备方法与实施例2相同。所得本发明的防火涂料的性能见表3的例6。
实施例7
按表1中例7的配方制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料7。制备方法与实施例2相同。所得本发明的防火涂料的性能见表3的例7。
实施例8
按表1中例8的配方制备装饰性好的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料8。制备方法与实施例2相同。所得本发明的防火涂料的性能见表3的配方8。
比较例
按表1中比较例的配方将过氯乙烯树脂与防火助剂、填料放在一起搅拌混合10～15分钟，经过一次三辊研磨后混合均匀，出料装桶。所得本发明的防火涂料的性能见表3的比较例。
表1本发明的钢结构超薄膨胀型防火防腐涂料及比较例配方(单位：kg)
| 序号 | 原料名称 | 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | 例5 | 例6 | 例7 | 例8 | 比较例 |
| 1 | 高氯化聚乙烯(50％溶液) | 15 | 15 | 18 | 18 | 15 | 20 | 22 | 25 | - |
| 2 | 聚丙烯酸酯树脂 | 10 | 10 | 7 | 7 | 10 | 7 | 5 | 5 | - |
| 3 | 过氯乙烯树脂 | - | - | - | - | - | - | - | - | 28 |
| 4 | 聚磷酸铵(聚合度＞1000) | 10 | 10 | 12 | 15 | 15 | 10 | 10 | 11 | 20 |
| 5 | 三聚氰胺 | 7 | 7 | 5 | 3 | 7 | 3 | 3 | 7 | 8 |
| 6 | 季戊四醇 | 15 | 15 | 15 | 14 | 10 | 14 | 14 | 12 | 15 |
| 7 | 蜜胺焦磷酸盐 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 13 | 14 | 10 | - |
| 8 | 氯化石蜡70 | 3 | 3 | 3 | 5 | 5 | 4 | 3 | 3 | - |
| 9 | 二氧化钛 | 10 | 10 | 8 | 8 | 8 | 10 | 10 | 10 | 15 |
| 10 | 高岭土 | 3 | 3 | 5 | 4 | 3 | 4 | 4 | 4 | 6 |
| 11 | 凹凸棒土 | 3 | 3 | 3 | 3 | 5 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 12 | 磷酸锌 | 3 | 3 | 5 | 3 | 3 | 5 | 3 | 5 | - |
| 13 | 三聚磷酸铝 | 5 | 5 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 3 | - |
| 14 | 氧化锌 | 1 | 1 | 1 | 2 | 1 | 4 | 5 | 2 | 5 |
| 15 | 醋酸丁酯与二甲苯体积比1∶1混合溶剂 | 32 | 30 | 30 | 32 | 30 | 32 | 30 | 30 | 35 |
| 16 | γ-氯丙基三甲氧基硅烷 | 0.5 | - | 1 | 0.5 | 1 | - | - | - | - |
| 17 | 四乙氧基双(二辛亚磷酸酯)钛酸酯 | - | 1 | - | - | - | 0.5 | 1 | 0.5 | - |
注：醋酸丁酯与二甲苯混合溶剂、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、四乙氧基双(二辛亚磷酸酯)钛酸酯的用量为第1～14项总量的质量百分比；
表2本发明防火防腐涂料的主要性能
| 性能项目 | 例1 | 例2 | 例3 | 例4 | ||
| 干燥时间(h) | 4 | 4 | 5 | 5 | ||
| 初期干燥抗裂性 | 无裂纹 | 无裂纹 | 无裂纹 | 无裂纹 | ||
| 粘结强度(MPa) | 0.85 | 0.78 | 0.82 | 0.80 | ||
| 耐水性(h) | ＞24 | ＞24 | ＞24 | ＞24 | ||
| 耐湿热性(h) | 320 | 350 | 350 | 400 | ||
| 光泽(60°)/％ | 76 | 79 | 76 | 75 | ||
| 耐酸性 | (3％盐酸溶液，h) | 300 | 450 | 400 | 500 | |
| 耐碱性 | (3％氨水溶液，h) | 800 | 800 | 1000 | 1000 | |
| 耐盐水性(饱和氯化钠溶液，h) | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | ||
| 耐火性能 | 涂层厚度(mm) | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 发泡层厚度(mm) | 62 | 53 | 58 | 52 | ||
| 耐火极限(min) | 110 | 80 | 100 | 90 | ||
表3本发明防火防腐涂料的主要性能及与现有涂料的比较
| 性能项目 | 例5 | 例6 | 例7 | 例8 | 比较例 | |
| 干燥时间(h) | 4 | 4 | 5 | 5 | 8 | |
| 初期干燥抗裂性 | 无裂纹 | 无裂纹 | 无裂纹 | 无裂纹 | 无裂纹 | |
| 粘结强度(MPa) | 0.75 | 0.68 | 0.82 | 0.70 | 0.24 | |
| 耐水性(h) | ＞24 | ＞24 | ＞24 | ＞24 | ＞24 | |
| 耐湿热性(h) | 280 | 300 | 340 | 400 | 250 | |
| 光泽(60°)/％ | 78 | 79 | 80 | 78 | 30 | |
| 耐酸性 | (3％盐酸溶液，h) | 250 | 400 | 300 | 500 | 100 |
| 耐碱性 | (3％氨水溶液，h) | 800 | 800 | 1000 | 1000 | 50 | |
| 耐盐水性(饱和氯化钠溶液，h) | 1200 | 1200 | 1200 | 1200 | 200 | ||
| 耐火性能 | 涂层厚度(mm) | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| 发泡层厚度(mm) | 68 | 55 | 58 | 55 | 28 | ||
| 耐火极限(min) | 120 | 100 | 110 | 90 | 30 | ||
注：注表中各项指标均按GB14907-2002《钢结构防火涂料》和GB 12441-1998《饰面型防火涂料通用技术条件》规定的方法测定。
Claims (10)
1.装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火防腐涂料，其特征在于：采用高氯化聚乙烯和聚丙烯酸酯树脂为主要成膜物质，加入耐腐蚀性好的高聚合度聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、具有增塑抑烟效果的氯化石蜡以及季戊四醇、三聚氰胺组成复合防火助剂体系，并加入磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝组成复合防腐助剂以及高岭土、二氧化钛、凹凸棒土为耐高温无机填料，特别采用偶联剂对填料进行预处理。
2.根据权利要求1所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于其制备步骤如下：
第一步：将防火涂料组分含量称量好后，将偶联剂溶于醋酸丁酯与二甲苯的混合溶剂中，加入高岭土、二氧化钛和凹凸棒土等填料，混合搅拌，得到预处理填料浆；
第二步：将高氯化聚乙烯树脂溶液与聚丙烯酸酯树脂混合，加入聚磷酸铵、蜜胺焦磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇和氯化石蜡五种防火助剂、磷酸锌、氧化锌、三聚磷酸铝复合防腐助剂及预处理填料浆，搅拌混合，再经研磨，得成品。
3.根据权利要求2所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：第一步：是升温至80℃搅拌10分钟或常温下混合搅拌20～30分钟，得到预处理填料浆；
第二步：该搅拌混合时间为20～30分钟。
4.根据权利要求2所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：
具体组成配比如下：
组分 用量(wt％)
高氯化聚乙烯 15～25
聚丙烯酸酯树脂 5～10
聚磷酸铵(聚合度＞1000) 10～15
蜜胺焦磷酸盐 10～15
三聚氰胺 3～7
季戊四醇 10～15
氯化石蜡70 3～5
高岭土 3～5
二氧化钛 8～10
凹凸棒土 3～5
磷酸锌 3～5
三聚磷酸铝 3～5
氧化锌 1～5。
5.根据权利要求2所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：偶联剂为填料总质量的1～2％；配方中溶解高氯化聚乙烯的溶剂为醋酸丁酯与二甲苯体积比为1∶1的混合溶剂，为以上组分总质量的25～35％。
6.根据权利要求2所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：采用的偶联剂包括硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂，其中硅烷偶联剂为γ-氯丙基三甲氧基硅烷，钛酸酯偶联剂为四烷氧基双(二辛亚磷酸酯)。
7.根据权利要求6所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：其中烷氧基可为甲氧基或乙氧基或丁氧基。
8.根据权利要求2所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：所采用的聚磷酸铵的聚合度大于1000。
9.根据权利要求2所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：所采用的高氯化聚乙烯的含氯量大于或等于65％；
10.根据权利要求2所述的装饰性好的超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于：所采用的聚丙烯酸酯树脂为甲基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯和丙烯酸的无规共聚物，软化温度为130～150℃。
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