一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法，属于水性防火涂料领域，解决了传统防火涂料附着力差，防潮性、耐水性和阻燃性难以兼顾的问题。本发明专利技术涂料包括成膜乳液、分散剂、增稠剂、甲基硅酸钾改性的季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸铵、氢氧化铝、玻璃纤维、润湿剂、消泡剂、颜料、蒸馏水。制备方法：在蒸馏水中加入分散剂、润湿剂、消泡剂搅拌；加入玻璃纤维搅拌；加入氢氧化铝和颜料搅拌；加入聚磷酸铵、甲基硅酸钾改性的季戊四醇和三聚氰胺搅拌；加入成膜乳液搅拌；增稠剂调节粘度。本发明专利技术涂料具有良好的附着力、优异的耐水、防潮性能，涂层耐水后无起层、发泡、脱落，隔热效率衰减量≤35%，耐火时间大于120min。

【技术实现步骤摘要】
一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法
本专利技术属于水性防火涂料领域，具体涉及一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法。
技术介绍
钢结构防火涂料是一种涂覆在钢结构表面形成耐火隔热层以改变其表面燃烧特性，延迟火焰温度向钢结构传递，提高钢结构耐火性能，延缓甚至阻止火灾蔓延的功能涂料。防火涂料根据防火形势及组成，可分成膨胀型和非膨胀型两大类。膨胀型防火涂料是目前国内使用最为广泛的一种防火涂料，它主要由成膜物质、脱水剂、成炭剂、发泡剂和颜填料组成。膨胀型防火涂料受热时，涂层常能炭化膨胀数十倍甚至几十倍，形成类似蜂窝状或海绵状多孔炭层。这种炭层具有较好的隔热作用，同时阻隔了氧气与被保护基材的接触，起到防火阻燃的作用。在成炭发泡过程中发生的如脱水炭化、涂料各组分的受热分解等，也消耗了一定的热，有利于降低体系温度。与此同时，膨胀型防火涂料受热时还能释放如氨气、水蒸气、氮气和二氧化碳等不燃性气体，降低被保护基材附近可燃气体和氧气浓度，起到阻燃作用。传统的室内水性膨胀型防火涂料存在涂层附着力差，防潮性、耐水性和阻燃性难以兼顾的问题。常用的防火涂料体系中季戊四醇或双季戊四醇的用量较大，其自身为含羟基亲水结构，容易吸水导致开裂、脱落粉化，进一步影响防火性能。同时，2019年6月1日起实施的GB14907-2018《钢结构防火涂料》国家标准对室内防火涂料耐水性能做了进一步修订要求，重点对耐水后产品的性能做了要求，即涂层耐水后无起层、发泡、脱落现象，且隔热效率衰减量≤35%，且耐水性测试结果标注为涂料产品的A类致命缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，以解决传统的室内水性膨胀型防火涂料存在的附着力差，防潮性、耐水性和阻燃性难以兼顾，以及防潮性、耐水性不佳的问题。本专利技术的另一目的是提供一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法。本专利技术的技术方案是：一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，包括以下重量百分比的原料：15%-20%成膜乳液、0.8%～1.2%分散剂、0.9%～1.3%增稠剂、8%～12%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、10%～11%三聚氰胺、14%～16%聚磷酸铵、12%～14%氢氧化铝、3%～4%玻璃纤维、0.2%-0.6%润湿剂、0.6%-0.8%消泡剂、6%-9%颜料，余量为蒸馏水。作为本专利技术的进一步改进，成膜乳液为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液，黏度范围为2000-7000mPa•s，pH值范围为4.5-5.4，玻璃化温度范围为2-6℃。作为本专利技术的进一步改进，玻璃纤维的熔点大于1200℃，长径比为20～25，纤维长度为120-135μm，拉升强度为700-800Mpa。作为本专利技术的进一步改进，聚磷酸铵为三聚氰胺改性的聚磷酸铵，其聚合度n＞1500，水溶性≤0.25g/100mL。作为本专利技术的进一步改进，分散剂为巴斯夫AA4141；所述增稠剂为罗门哈斯RW-2020聚氨酯类非离子型缔合增稠剂。作为本专利技术的进一步改进，颜料包括钛白粉。一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：步骤A、在蒸馏水中加入分散剂、润湿剂、消泡剂，以500-800r/min的转速搅拌5-8min；在水性体系水的表面张力大，故需要加入润湿剂；步骤B、再加入玻璃纤维，以800-1000r/min的转速搅拌8-10min；玻璃纤维需提前加入，否则不容易分散，搅拌时间也需要严格控制才能分散均匀，如果后面加入，容易被颜填料包裹，不能再被分散开来，起不到作用，还会在涂层中形成缺陷；水性体系提前加入了润湿剂，对玻璃纤维的分散有帮助，8-10分钟即可分散开；步骤C、再加入氢氧化铝和颜料，以1000-1200r/min的转速搅拌20-25min；水性体系中，步骤C和D也不能调换，改性季戊四醇和三聚氰胺在水中分散有快速溶胀作用，造成体系假稠，高剪切变稀的效果，因此制备工艺上选择先加颜填料稀释水分，降低假稠效果；步骤D、再加入聚磷酸铵、甲基硅酸钾改性的季戊四醇和三聚氰胺，继续搅拌15-20min；步骤E、搅拌均匀后加入配方量的成膜乳液，以600-800r/min的转速搅拌10-15mim;为防止乳液破乳，乳液需要低剪切搅拌分散，因此前期将粉体原料组分在水中高剪切分散均匀后再添加乳液低剪切搅拌均匀；步骤F、最后再加入增稠剂调节粘度，得到水性膨胀型防火涂料。一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，甲基硅酸钾改性的季戊四醇的改性方法如下：步骤A、将一定质量的季戊四醇通过超声分散均匀分散于乙醇溶剂中，溶剂质量为季戊四醇的20-25倍，在常温下加入季戊四醇质量的3%-3.2%的甲基硅酸钾溶液，匀速搅拌反应1-1.5h；步骤B、1-1.5h反应结束后，调整搅拌速度为500-700r/min，由于乙醇在搅拌过程中挥发，故此处补加乙醇溶液50-100ml，再缓慢加入十六烷基三甲氧基硅烷，添加量为季戊四醇质量的0.5%-0.6%，保持搅拌15-20min；步骤C、反应结束后用乙醇离心洗涤，得沉淀物在50℃-60℃烘箱干燥8-12h，即得到甲基硅酸钾改性的季戊四醇。水性膨胀型防火涂料作用机理：水性膨胀型防火涂料主要由成膜物、膨胀型阻燃体系（脱水剂、成炭剂、发泡剂）、颜填料、助剂、水等组成。涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜，在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成一个比原来厚度大几十倍的不燃的蜂窝泡沫状炭质层，它可以阻止外界火源对基材的加热，从而起到阻燃作用，另一方面，在火焰或高温作用下，涂层发生软化熔融、蒸发、膨胀等物理变化及高聚物、填料等组分发生分解、解聚、化合等化学变化，这些物理化学变化吸收了大量的热，抵消了一部分外界作用于物体的热能，从而对被保护物体的受热升温过程起到延滞作用。同时，涂层在高温下发生脱水成炭反应和熔融覆盖作用，隔绝了空气，且分解出来的不然气体稀释了可燃气体及氧的浓度，抑制了火焰燃烧的进行。本专利技术中各组分的作用及特点：成膜乳液采用醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，该乳液不含溶剂及增塑剂，具有极低的VOC，并且不含烷基酚聚氧乙烯基醚，属于环保型水性乳液且成本低廉。本专利技术优选的醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，黏度范围为2000-7000mPa•s，pH值范围为4.5-5.4，玻璃化温度范围为2-6℃。其特点是乙烯质量分数高，约18%-20%。乳液分子链上极性醋酸乙烯数目相对减少，分子主链上醋酸乙烯间的距离加宽，C—C键的旋转活动能力增强，使聚合物变得更柔软，使分子间缠结减轻，有利于伸长率增加，从而有助于提高乳液耐水性。同时，非极性的乙烯含量的增加，聚合物疏水性增强，进一步提高了乳液的耐水性。本专利技术优选的醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的黏度范围为2000-7000mPa•s，粒度分布较宽且乳液粒径小。乳液粒径较小、粒度分布较宽可以提高膜的连续性、致密性。较小的粒径对连续成膜有利，而较宽的粒度分布对连续成膜也有好处。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于包括以下重量百分比的原料：15%-20%成膜乳液、0.8%～1.2%分散剂、0.9%～1.3%增稠剂、8%～12%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、10%～11%三聚氰胺、14%～16%聚磷酸铵、12%～14%氢氧化铝、3%～4%玻璃纤维、0.2%-0.6%润湿剂、0.6%-0.8%消泡剂、6%-9%颜料，余量为蒸馏水。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于包括以下重量百分比的原料：15%-20%成膜乳液、0.8%～1.2%分散剂、0.9%～1.3%增稠剂、8%～12%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、10%～11%三聚氰胺、14%～16%聚磷酸铵、12%～14%氢氧化铝、3%～4%玻璃纤维、0.2%-0.6%润湿剂、0.6%-0.8%消泡剂、6%-9%颜料，余量为蒸馏水。


2.根据权利要求1所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述成膜乳液为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液，黏度范围为2000-7000mPa•s，pH值范围为4.5-5.4，玻璃化温度范围为2-6℃。


3.根据权利要求1或2所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述玻璃纤维的熔点大于1200℃，长径比为20～25，纤维长度为120-135μm，拉升强度为700-800Mpa。


4.根据权利要求3所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述聚磷酸铵为三聚氰胺改性的聚磷酸铵，其聚合度n＞1500，水溶性≤0.25g/100mL。


5.根据权利要求4所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述分散剂为巴斯夫AA4141；所述增稠剂为罗门哈斯RW-2020聚氨酯类非离子型缔合增稠剂。


6.根据权利要求5所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述颜料包括钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾慧崇，胡珺清，曹辉东，马育红，雍涛，
申请(专利权)人：西北永新涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃;62