高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层及其制备方法，该复合涂层包括：以有机硅陶瓷涂层为底层及面层，以膨胀防火涂层为中间层，有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层交替设置；有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层的总层数至少为三层；多层结构经聚合物交联反应而形成三明治结构的复合涂层。本发明专利技术的复合涂层在具备超薄、长耐火效果同时具有较好的硬度、耐磨性、耐候性以及装饰性，且施工相对简单，具有较大的应用前景和市场潜力。

【技术实现步骤摘要】
高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层及其制备方法
本专利技术涉及防火涂料领域，尤其涉及一种高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层及其制备方法。
技术介绍
钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。因其相较于混凝土自重较轻，且施工简便，广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。由于钢材的热传导率高、传热迅速，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右，通常在450～650℃温度以上较短时间就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲甚至于结构坍塌。因此，在发生火灾的时，钢结构需要防火涂料来进行保护，保证一定时间内钢结构不变形不坍塌，延长人员的逃生及消防救援的时间。在钢结构建筑中，如果说高防火性能是为微乎其微的火灾概率买了一份保险，那么钢结构的防腐性能就是时时刻刻考验建筑使用寿命的重要指标。所以钢结构建筑、特别是高层钢结构建筑防火涂料和普通防护涂料具有巨大的区别：需要同时具有较好的耐腐蚀和防火性能，确保钢结构能在各种环境下长期使用，减少维护成本和安全隐患。现有防火技术是将防火涂料和普通防腐涂料结合使用，一般将钢材预处理后，先涂防腐底漆，然后喷涂防火或隔热涂料，再喷涂装饰面漆，不仅各个涂层之间的匹配性差，同时涂层厚度大，自重大；防火时间短，装饰性能差。并且当前国内、国际市场上几乎没有防火极限3小时以上的超薄型防火涂料。根据我国GB14907-2002《钢构防火涂料》标准中防火涂料厚度分类，超薄型防火涂料是指其涂层厚度小于等于3mm的防火涂层。一般，超薄型防火涂料采用高效的膨胀型防火涂料。但膨胀型钢结构防火涂料使用中存在一些问题：(1)遇火会释放大量有毒烟气，对未及时逃离火场人员产生伤害；(2)稳定性较差，受到水气侵蚀容易降解失效；(3)受到摩擦振动挠曲容开裂，使用寿命短；(4)耐火性能差，受热膨胀后炭层疏松，强度低，易被火焰冲破，失去防火效果，产生大量炭灰；(5)部分常用的阻燃剂材料对钢材具有一定腐蚀性等。所以制备一种同时具备防火、防腐功能的超薄装饰性涂料，不仅能极大的提高了钢构建筑的安全性、延长其使用寿命、降低了建筑自重，同时具有非常好的表面性能的高性价比涂料成为高层钢构建筑及特种钢构构架迫切需要的综合性涂层材料。但现有市场产品及技术很难满足要求。公开号为CN102002301A的中国专利文献公开了一种水性超薄膨胀型钢结构防火防腐双功及其制备方法。该专利中制备的涂料防火涂料膨胀倍率高，具有防腐功能，但是防火极限短。公开号为CN107778933A的中国专利文献公开了一种无机物为主的双层防火涂料，外层涂层以低发泡、阻燃、耐高温性能为主，内层涂层以膨胀隔热性能为主。外层的原料组成：液体硅酸钠、乳胶粉、氢氧化铝、氧化镁、低熔点玻璃粉；内层的原料组成：液体硅酸钠、氢氧化铝、乳胶粉。同时在内外层组分中各加入适量的助剂，消泡剂、分散剂、流平剂、防水剂。该涂料使用双层结构，外层主要作用是耐高温，保证涂料在高温情况下不被烧坏。内层主要作用是隔热，高温情况下形成多孔膨胀结构，降低向钢材的热量传到。该专利虽然使用双层结构，但内外层成分相近，且内层膨胀效率较低，同时，涂层韧性较差，外层硬度、耐高温效果及装饰性都不理想，综合耐火性能一般，且不具备良好的防腐性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，该复合涂层在具备超薄、长耐火效果同时具有较好的硬度、耐磨性、耐候性以及装饰性，且施工相对简单，具有较大的应用前景和市场潜力。本专利技术的技术方案如下：一种高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，包括：以有机硅陶瓷涂层为底层及面层，以膨胀防火涂层为中间层，有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层交替设置；有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层的总层数至少为三层；多层结构经聚合物交联反应而形成三明治结构的复合涂层；以重量份数计，所述的有机硅陶瓷涂层包括以下原料组分：以重量份数计，所述的膨胀防火涂层包括以下原料组分：本专利技术的复合涂层是以有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层交替设置的多层结构的复合涂层，以有机硅陶瓷涂层为底层和外表层，中间层为一层膨胀防火涂层或者以膨胀防火涂层和有机硅陶瓷涂层交替设置的多层结构。本专利技术的有机硅陶瓷涂层具有有机涂料无法比拟的综合优势，如硬度高、耐候性好、阻燃无烟、安全无毒等，在多种金属表面涂装领域得到了广泛应用。本专利技术将纳米硅溶胶涂料技术和改性有机硅涂料相结合，以少量活性有机硅树脂与硅溶胶颗粒的硅羟基缩合，得出的有机硅陶瓷涂层具有陶瓷釉面性质，其超薄(30-60um)、且耐腐、耐高温、耐候性能非常适用于高温及复杂环境中，并经过特殊改性后，其钢铁表面涂层耐高温性能超过800-1200℃。本专利技术以有机硅陶瓷涂料技术为基础，开发一种由有机硅陶瓷涂料技术和有机硅改性丙烯酸酯体系的膨胀型防火、防腐涂料技术相互结合的高性能三明治结构三层或多层超薄钢构防火、防腐涂料。本专利技术的高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层将具有硬度高、耐候性好、耐高温、阻燃、环保无毒以及优异的金属附着力等优点的有机硅陶瓷涂料作为壳层，将高效膨胀防火涂层作为中间层，膨胀防火涂层含有的有机硅改性丙烯酸酯树脂作为高分子连接料与有机硅陶瓷涂料中有机硅树脂发生交联反应，使得多层涂层机构固化成一个有机整体。在无火灾的情况下，不仅涂层机构紧密，防腐性能高，并且具备非常优异的表观装饰性能外，还具备有机硅陶瓷涂料特有的耐粘污、耐划伤、耐高温、耐紫外老化等性能。在着火受热的情况下，涂层受热较小时，由于有机硅陶瓷涂料的隔热效果，涂层不发生变化；在表面涂层受热导致温度高时，热量由面层传导入膨胀层，膨胀层气源组份受热分解、膨胀并发泡，聚合物在氧化条件下进一步发泡定型，形成多孔保温隔热材料，阻隔热量的进一步传递；当进一步持续受热时，有机硅陶瓷涂料的底涂层也能阻隔热量传递到金属表面。当表层温度高于250℃以上(250℃-400℃)时，有机硅陶瓷涂层进一步反应成釉面层，强度再次得到提高，同时在发泡层表面形成一层致密的保护层，防止膨胀层起泡破裂，增加了膨胀层的孔隙率及空隙的均匀性，提高涂层的隔热、防火效率。所述的硅氧烷为(甲基)三甲氧基硅烷、(甲基)三乙氧基硅烷硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。所述的催化剂为有机酸；优选的，所述的催化剂为甲酸、乙酸和草酸中的一种或多种。所述的纳米硅溶胶为酸性硅溶胶和/或中性硅溶胶；所述的纳米硅溶胶的pH值为2-7，粒径为10-100nm，固含量为25-40％。所述的成膜剂为丙二醇丁醚和乙二醇甲醚乙酸酯中的一种或两种。所述的消泡剂为BYK024、TEGO901和TEGO245中的一种或多种。所述的颜料为钛白粉、铜铬黑和氧化铁蓝中的一种或多种。所述的填料为低温玻璃粉、硅灰石、氧化铝晶须、云母粉和陶瓷粉中的一种或多种；填料的粒径为10-20μm。以重量百分比计，所述的膨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，包括：以有机硅陶瓷涂层为底层及面层，以膨胀防火涂层为中间层，有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层交替设置；有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层的总层数至少为三层；多层结构经聚合物交联反应而形成三明治结构的复合涂层；/n以重量份数计，所述的有机硅陶瓷涂层包括以下原料组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，包括：以有机硅陶瓷涂层为底层及面层，以膨胀防火涂层为中间层，有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层交替设置；有机硅陶瓷涂层和膨胀防火涂层的总层数至少为三层；多层结构经聚合物交联反应而形成三明治结构的复合涂层；
以重量份数计，所述的有机硅陶瓷涂层包括以下原料组分：



以重量份数计，所述的膨胀防火涂层包括以下原料组分：





2.根据权利要求1所述的高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，所述的硅氧烷为(甲基)三甲氧基硅烷、(甲基)三乙氧基硅烷硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，所述的纳米硅溶胶为酸性硅溶胶和/或中性硅溶胶；所述的纳米硅溶胶的pH值为2-7，粒径为10-100nm，固含量为25-40％。


4.根据权利要求1所述的高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，以重量百分比计，所述的膨胀阻燃剂包括以下原料组分：





5.根据权利要求1所述的高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，所述的硅丙乳液为改性自交联硅丙乳液，其粘度为100-2000mPa·s，其固含量为40-60％。


6.根据权利要求5所述的高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，以重量份数计，所述的改性自交联硅丙乳液包括以下原料组分：





7.根据权利要求6所述的高性能膨胀型三明治结构超薄钢构防火、防腐复合涂层，其特征在于，所述的改性自交联硅丙乳液的制备工艺包括：
(ⅰ)将3-6％配方量的丙烯酸类或丙烯酸酯类单体打底，在50-70℃时聚合制备种子乳液；
(...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵骞，江永波，王忠元，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：浙江;33