水性超薄型钢结构防火涂料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种水性超薄型钢结构防火涂料及其制备方法，该防火涂料包括丙烯酸乳液、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、可膨胀石墨、氢氧化铝、消泡剂、流平剂、分散剂、增塑剂、偶联剂及水加至１００％（质量）。其制备方法是按配比先将聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、氢氧化铝和部分助剂加入球磨机搅拌研磨，再将可膨胀石墨与剩余助剂加入球磨机混合搅拌，最后过滤制得成品。它具有阻燃性能好、干燥时间短、无污染、施工方便、施工时间短、生产工艺简单、成本低等特点，具有较好的实用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于化工行业涂料领域的新材料。
技术介绍
由于钢结构具有强度高、韧性好、制作方便、施工速度快、建筑周期短等一系列优点，而在现代建筑业中得到越来越广泛的应用。但是其耐火性能差的特点，一直是人们关心的问题。喷涂钢结构防火涂料是钢结构防火措施中最为经济合理的措施之一。超薄型防火涂料涂层遇火膨胀，膨胀率较高，可形成十几倍甚至几十倍的炭化层，炭化泡沫层致密结实，耐火极限为0.5小时至3小时。超薄型钢结构防火涂料的涂层厚度小，颜色丰富，外观装饰性很好，可达到一般建筑涂料的效果，施工时涂料用量和工程总造价大大低于厚型和薄型钢结构防火涂料。在建筑物及构筑物的承重钢构件防火保护，如厂房、体育馆等裸露的轻钢结构和网架形屋顶，以及在石油、化工、冶金、电力、煤炭等行业的钢结构建筑以及用于室内需要防火的各种管件等方面得到了越来越广泛的应用。目前世界上就有很多非常成功的超薄型防火涂料体系，国外德国贺柏兹公司(Herberts)的Water Based3832型钢结构防火涂料(水溶性)，涂层厚度2.63mm，耐火极限63mi。加拿大A/D防火有限责任公司的A/D FIREFILM防火涂料，涂层厚度2.58mm，耐火极限2h等。国内生产的此类防火涂料，较有代表性的有程群超专利技术的专利申请号为02125515.6、专利技术名称为“多用途膨胀型防火涂料”，在配料中原料由乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和改性树脂为基料，三聚氰胺和氰基胍为发泡剂，季戊四醇为成炭剂，多聚磷酸铵为脱水成炭催化剂，氯化石蜡为阻燃剂，二氧化硅、钛白粉为填料及其他助剂组成。该专利技术采用水性乳液和改性树脂混配成的基料，其基料用量较少，对其耐候型有较大的影响；配方中阻燃剂用量较多，而阻燃剂的价格相对较贵，且用量较大，因此也增加了该产品的成本。因此，研制一种新型的已为急需。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的，能克服现有钢结构防火涂料的不足，具有性能优异、原材料易得、成本低、对环境无污染等特点，受火后能够形成均匀稳定的膨胀炭化层，从而对钢铁构件起到保护作用，同时。该涂料干燥快，施工方便，且制作工艺简单、方便。本专利技术的水性超薄型钢结构防火涂料的质量百分比组成如下丙烯酸乳液26.0％～33.0％，聚磷酸铵12.0％～16.0％，季戊四醇4.8％～13.2％，三聚氰胺2.0％～5.0％，可膨胀石墨2.0％～5.0％，氢氧化铝8.0％～12.0％，消泡剂占0.20％～0.50％，流平剂占0.20％～0.30％，分散剂占0.20％～0.40％，增塑剂占2.0％～3.0％，偶联剂占0.1％～0.2％，然后加水至100％。该涂料中丙烯酸乳液为成膜物质，它提供了涂层对基材的附着力，对涂料组成中其他组分的粘结力等，由于其用量相对较多，成膜性能较好，可显著提高涂料的耐候性能。聚磷酸铵作为脱水成炭催化剂，是帮助含羟基化合物脱水的物质，主要功能是促进和改变涂层的热分解进程，促进涂层内含羟基的有机物脱水形成不易燃的三维空间结构炭质层，隔离受保护的基材和火源，减少热分解产生的可燃性焦油、醛、酮的量；同时释放出水蒸气冲淡可燃性气体和周围氧气的浓度，阻止放热量大的碳氧化反应发生。季戊四醇作为成炭剂，可以单独或在脱水成炭催化剂作用下加热成炭，是涂层在高温下形成不易燃三维空间结构的泡沫炭化层的物质基础，对泡沫炭化层起骨架作用。三聚氰胺作为发泡剂，遇热时能分解释放出不燃性气体，如氨、二氧化碳、水蒸气等，这些不燃性气体使涂层膨胀，在涂层内形成海绵状多孔泡沫结构。可膨胀石墨是一种物理膨胀剂，受热后能够形成致密稳定的膨胀炭层，膨胀炭层具有很好的抗火能力，在火灾中能够抵抗火焰的侵袭，进而发挥有效的隔热、隔氧作用，阻断了火焰和基材之间的物质和热量的传递，延缓或抑制了聚合物的热降解或热氧化降解的进程，最终达到阻止燃烧的目的。同时可膨胀石墨在膨胀过程中要吸收大量的环境热量，达到降低体系温度的效果。氢氧化铝不仅作为填料，同时对涂料的防火性能还具有协同作用，作为阻燃填料添加到防火涂料中。氢氧化铝的阻燃作用有冷阱效应、稀释效应和阻挡层效应。此外，氢氧化铝同时又是良好的抑烟剂。因此，填料选用遮盖力强、并具有一定阻燃效果的氢氧化铝。消泡剂可减少气泡，消除缩孔、针孔、鱼眼等缺陷。流平剂可改善防火涂料的流平性，消除缩孔、针孔、流挂等现象。分散剂可有效的润湿填料，降低高固体份填料的粘度。增塑剂可改善涂料的柔韧性，增强涂料抵抗断裂破坏的能力。偶联剂用来降低屋脊填料的表面能，使之趋近聚合物的表面能，可增加填料用量，提高制品阻燃性能，改进强度，使颜料易研磨，工效高，挤出流动性好。本专利技术的制备方法的工艺步骤如下(1)先将粉状物料，通过研磨机研磨，过200目筛；(2)按配方依次准确称取各种物料，先加入丙烯酸乳液，然后加入聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、氢氧化铝，再加入流平剂、分散剂、增塑剂、偶联剂和部分消泡剂(约占消泡剂总量的1/2～2/3)等助剂，水分两次或多次加入，先加入部分水，降低基料粘度，以便能足够润湿后加入的粉状物料，减小粉料所占的体积，从而增加物料的总加入量，粉状物料加完后再加入部分水，初步调节物料的稠度，避免出现太稠或太稀，以便后续预混合和研磨分散操作顺利进行；(3)配好各种物料，采用球磨机中速进行预混合，搅拌速度先逐渐加大，加到较高速度后再降低，以防止物料飞溅，然后保持中速搅拌一段时间，转速为900r/min～1500r/min，预混合时间为0.2h～0.5h；(4)采用球磨机研磨分散试样，分散介质可为三氧化二铝，它与物料的质量比为1.5∶1～2∶1，高速研磨，转速为2000r/min～4000r/min，时间为1.5h～3h；(5)在研磨分散末期，中速搅拌下加入剩余的水和消泡剂，及可膨胀石墨，再低速搅拌，转速为500r/min～800r/min，时间为0.3h～1h，使涂料具有合适的粘度和良好的稳定性； (6)把研磨分散好的涂料过滤，得到本专利技术的水性超薄型钢结构防火涂料。本专利技术的特征还在于中速预混合搅拌一段时间，其转速为1000r/min～1200r/min，时间为0.3h～0.4h为宜。本专利技术的特征还在于高速研磨分散转速为2500r/min～3500r/min，时间为2h～2.5h为宜。本专利技术的特征还在于第二次加入消泡剂后低速搅拌速度为500r/min～800r/min，搅拌时间为0.4h～0.6h为宜。由上述涂料配方所制备的防火涂料具有性能优异、原材料易得、成本低、对环境无污染等特点，受火后能够形成均匀稳定的膨胀炭化层，从而对钢铁构件起到保护作用，同时。该涂料干燥快，施工方便，且制作工艺简单、方便等特点。具体实施例方式本专利技术选用的各种原材料的生产厂家如下，也可选用其他厂家的产品，其中丙烯酸乳液可选用北京东联化工有限公司生产的BD-300型建筑乳液；聚磷酸铵为濮阳市诚科化工科技有限公司生产；季戊四醇为上海嘉辰化工有限公司；三聚氰胺为天津博迪化工有限公司生产；可膨胀石墨为青岛英士达石墨有限公司；氢氧化铝为湘中地质实验研究所；消泡剂可选用上海上大攀登化工科技有限公司生产的SD-1309和SD-1311，流平剂和分散剂可分别选用美国卑尔根特殊化学品有限公司生产的BMC-1001S和Bermawet 1000，增塑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水性超薄型钢结构防火涂料，其特征在于其质量百分比组成如下：　　　　丙烯酸乳液２６．０％～３３．０％，聚磷酸铵１２．０％～１６．０％，季戊四醇４．８％～１３．２％，三聚氰胺２．０％～５．０％，可膨胀石墨２．０％～５．０％，氢氧化铝８．０％～１２．０％，消泡剂占０．２０％～０．５０％，流平剂占０．２０％～０．３０％，分散剂占０．２０％～０．４０％，增塑剂占２．０％～３．０％，偶联剂占０．１％～０．２％，然后加水至１００％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚建清，何亚东，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]