CN105238166A - 一种高耐水性的水性钢结构防火涂料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐水性的水性钢结构防火涂料及其制备工艺：配备多种颗粒，混合配料成为固体混合料；将8份固体混合料，10-12份聚磷酸铵、8-12份三聚氰胺、5-6份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，80-90℃热处理15-22min，然后加入到25份纯水、20-25份氯偏乳液、1-2份纯丙AC261P乳液中，搅拌然后冷却到30℃，再加入海藻糖水溶液搅拌，制得防火涂料。本发明不仅在配方上做了创新，而且在工艺上，首次引入温度+搅拌速度相结合控制，经过大量的实验，意外发现了在特殊的配方和工艺下，可以得到耐水性能好，耐火时间长的水性钢结构防火涂料。
Description
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种高耐水性的水性钢结构防火涂料。
背景技术
随着现代建筑业的迅速发展，钢结构在歌剧院、体育馆、高层建筑等行业得到了广泛应用。作为现建筑的主要形式，钢结构具有机械性能好、强度高、质量轻、空间利用率高等优点。但是钢结构自身的耐火性能很差，极易导热。当温度低于300℃时钢结构强度基本不发生变化，当温度达到３５０℃时其强度下降１／３，在自身温度超过540℃时，其机械强度几乎全部丧失。火灾发生10ｍｉｎ后裸露的钢材温度就达到700℃以上，此时便会因钢结构的强度降低而导致建筑物坍塌，从而给人们的生命和财产带来巨大的损失。因此必须对钢结构建筑进行防火保护。钢结构防火涂料刷涂或喷涂在钢结构表面，防止钢材在火灾中迅速升温而造成强度下降，从而起到防火的作用。该方法施工简单、耐火时间长、不受构件几何形状限制，具有较好的经济性和适用性。目前，针对人们对于防火效果和环境保护的综合考虑，水性超薄膨胀型钢结构防火涂料的使用越来越广泛。水性超薄膨胀型钢结构防火涂料主要由基体、膨胀阻燃体系和无机填料组成。基体主要有氨基树脂、纯丙乳液、苯丙乳液等；膨胀阻燃体系中主要包括炭化剂季戊四醇、发泡剂三聚氰胺、脱水催化剂聚磷酸铵；填料主要为绢云母、二氧化钛、可膨胀石墨等。
现有技术有研究将水、氯偏乳液、纯丙AC261P乳液、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、可膨胀石墨和绢云母的按质量比为25%:22%:3%:16%:12%:12%:5%:3%的比例混合，加入适当的填料和助剂，采用不同梯度搅拌速率的新工艺，制备得到水性饰面型防火涂料，该水性饰面型防火涂料的耐火时间高达22min。但是该耐火时间还是不够长，此外，本发明人在实践中发现，其耐水性能不够理想。
本发明旨在提供一种高耐水性的水性钢结构防火涂料及其制备工艺，其耐水性能好，耐火时间长，并且相比于大多数钢结构防火涂料需要涂覆量500g/㎡以上，本发明的防火涂料只要300g/㎡以上涂覆量就可以达到理想的效果，这样就大大节约了成本。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供一种高耐水性的水性钢结构防火涂料及其制备工艺，其耐水性能好，耐火时间长，并且相比于大多数钢结构防火涂料需要涂覆量500g/㎡以上，本发明的防火涂料只要300g/㎡以上涂覆量就可以达到理想的效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为20-29μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为5-9μm的绢云母；
C颗粒：粒度为5-9μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为100-200nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为100-200nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为30-50μm的伊利石粉；
按照重量分数，将50份-55份颗粒A、30份-38份颗粒B、1份颗粒C、0.5份-0.6份颗粒D、2份-3份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，10-12份聚磷酸铵、8-12份三聚氰胺、5-6份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，80-90℃热处理15-22min，然后加入到25份纯水、20-25份氯偏乳液、1-2份纯丙AC261P乳液中，保持温度45-52℃，用搅拌器在150-180r/min的速度下搅拌8-20min，然后冷却到30℃，再加入0.5-0.9份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌60-90min，制得防火涂料。
本发明不仅在配方上做了创新，而且在工艺上，首次引入温度+搅拌速度相结合控制，经过大量的实验，意外发现了在特殊的配方和工艺下，可以得到耐水性能好，耐火时间长的水性钢结构防火涂料。
本发明的有益之处在于：
（1）本发明的水性钢结构防火涂料制备过程简单，易于工业化生产，并且无毒环保。
（2）本发明制备得到的水性钢结构防火涂料具有令人惊讶的耐水性能和环保性能。
具体实施方式
实施例1：
高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为20μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为9μm的绢云母；
C颗粒：粒度为5μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为200nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为100nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为50μm的伊利石粉；
按照重量分数，将50份颗粒A、38份颗粒B、1份颗粒C、0.5份颗粒D、3份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，10份聚磷酸铵、12份三聚氰胺、5份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，90℃热处理15min，然后加入到25份纯水、25份氯偏乳液、1份纯丙AC261P乳液中，保持温度52℃，用搅拌器在150r/min的速度下搅拌20min，然后冷却到30℃，再加入0.5份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌90min，制得防火涂料。
将涂料涂于150mm×70mm×1mm的Q235钢板上，涂刷厚度(2.00±0.1)mm，涂刷8次，间隔1h，室温养护7d，得到防火性能测样板。
实施例2：
高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为29μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为5μm的绢云母；
C颗粒：粒度为9μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为100nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为200nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为30μm的伊利石粉；
按照重量分数，将55份颗粒A、30份颗粒B、1份颗粒C、0.6份颗粒D、2份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，12份聚磷酸铵、8份三聚氰胺、6份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，80℃热处理22min，然后加入到25份纯水、20份氯偏乳液、2份纯丙AC261P乳液中，保持温度45℃，用搅拌器在180r/min的速度下搅拌8min，然后冷却到30℃，再加入0.9份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌60min，制得防火涂料。
将涂料涂于150mm×70mm×1mm的Q235钢板上，涂刷厚度(2.00±0.1)mm，涂刷10次，间隔1h，室温养护7d，得到防火性能测样板。
实施例3：
高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为21μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为8μm的绢云母；
C颗粒：粒度为6μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为150nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为180nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为40μm的伊利石粉；
按照重量分数，将51份颗粒A、37份颗粒B、1份颗粒C、0.5份颗粒D、3份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，11份聚磷酸铵、10份三聚氰胺、5份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，85℃热处理16min，然后加入到25份纯水、24份氯偏乳液、1份纯丙AC261P乳液中，保持温度50℃，用搅拌器在170r/min的速度下搅拌10min，然后冷却到30℃，再加入0.6份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌63min，制得防火涂料。
将涂料涂于150mm×70mm×1mm的Q235钢板上，涂刷厚度(2.00±0.1)mm，涂刷9次，间隔1h，室温养护7d，得到防火性能测样板。
实施例4：
高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为28μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为6μm的绢云母；
C颗粒：粒度为8μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为123nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为145nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为35μm的伊利石粉；
按照重量分数，将54份颗粒A、31份颗粒B、1份颗粒C、0.6份颗粒D、2份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，10份聚磷酸铵、9份三聚氰胺、6份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，88℃热处理21min，然后加入到25份纯水、21份氯偏乳液、2份纯丙AC261P乳液中，保持温度47℃，用搅拌器在160r/min的速度下搅拌15min，然后冷却到30℃，再加入0.8份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌80min，制得防火涂料。
将涂料涂于150mm×70mm×1mm的Q235钢板上，涂刷厚度(2.00±0.1)mm，涂刷10次，间隔1h，室温养护7d，得到防火性能测样板。
实施例5：
高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为25μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为7μm的绢云母；
C颗粒：粒度为7μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为190nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为101nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为45μm的伊利石粉；
按照重量分数，将52份颗粒A、33份颗粒B、1份颗粒C、0.5份颗粒D、3份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，12份聚磷酸铵、11份三聚氰胺、5份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，81℃热处理17min，然后加入到25份纯水、23份氯偏乳液、1份纯丙AC261P乳液中，保持温度51℃，用搅拌器在178r/min的速度下搅拌19min，然后冷却到30℃，再加入0.7份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌70min，制得防火涂料。
将涂料涂于150mm×70mm×1mm的Q235钢板上，涂刷厚度(2.00±0.1)mm，涂刷8次，间隔1h，室温养护7d，得到防火性能测样板。
实施例6：
对比例1：
水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为27μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为9μm的绢云母；
C颗粒：粒径为138nm的二氧化钛纳米粉；
按照重量分数，将53份颗粒A、34份颗粒B、1份颗粒C、混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，11份聚磷酸铵、8份三聚氰胺、6份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，87℃热处理20min，然后加入到25份纯水、22份氯偏乳液、2份纯丙AC261P乳液中，保持温度48℃，用搅拌器在153r/min的速度下搅拌13min，然后冷却到30℃，再加入0.5份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌88min，制得防火涂料。
将涂料涂于150mm×70mm×1mm的Q235钢板上，涂刷厚度(2.00±0.1)mm，涂刷9次，间隔1h，室温养护7d，得到防火性能测样板。
实施例7：
对比例2：
水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为23μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为7μm的绢云母；
C颗粒：粒度为6μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为167nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为144nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为36μm的伊利石粉；
按照重量分数，将51份颗粒A、31份颗粒B、1份颗粒C、0.6份颗粒D、2份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，12份聚磷酸铵、9份三聚氰胺、6份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，然后加入到25份纯水、22份氯偏乳液、1份纯丙AC261P乳液中，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌120min，制得防火涂料。
将涂料涂于150mm×70mm×1mm的Q235钢板上，涂刷厚度(2.00±0.1)mm，涂刷10次，间隔1h，室温养护7d，得到防火性能测样板。
本发明对比例均为示范性例举，事实上，组分的选择，从粒径的选择，加入量的具体配比，加温和搅拌的工艺的选择等多种因素都至关重要，稍有改变都难以达到本发明的效果。者更进一步充分证明了，本发明配方的独特性以及出人意料的技术效果。
实施例8性能测试：
理化性能测试：参照GB12441-2005及其他标准，分别进行了涂料在容器中的状态、耐水性及耐湿热性等测试。
防火性能测试：参照14907-2002附录A，采用模拟大板燃烧法测试。具体为将样板涂层面朝下，置于酒精喷灯上方7cm处，测试钢板背面达到300℃的时间即为耐火时间。
所有实施例的涂料在容器中的状态经搅拌后均呈均匀细腻状态，无结块。
其他结果如下表所示：
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | |
| 干燥时间(表干)/h | 5 | 4 | 3 | 5 | 2 | 5 | 5 |
| 黏结强度/MPa | 0.6 | 0.5 | 0.6 | 0.4 | 0.5 | 0.25 | 0.29 |
| 耐火极限/h | 5 | 4 | 2.9 | 3.5 | 3.7 | 1.5 | 1.8 |
| 耐冷热循环/次 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 |
| 耐水时间/h | 90 | 70 | 78 | 70 | 81 | 45 | 42 |
由此可见，本发明的耐火涂料具有很好的耐水性能以及显著提高的耐火性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为20-29μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为5-9μm的绢云母；
C颗粒：粒度为5-9μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为100-200nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为100-200nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为30-50μm的伊利石粉；
按照重量分数，将50份-55份颗粒A、30份-38份颗粒B、1份颗粒C、0.5份-0.6份颗粒D、2份-3份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，10-12份聚磷酸铵、8-12份三聚氰胺、5-6份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，80-90℃热处理15-22min，然后加入到25份纯水、20-25份氯偏乳液、1-2份纯丙AC261P乳液中，保持温度45-52℃，用搅拌器在150-180r/min的速度下搅拌8-20min，然后冷却到30℃，再加入0.5-0.9份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌60-90min，制得防火涂料。
2.权利要求1所述的高耐水性的水性钢结构防火涂料的生产方法，其特征在于：
（1）制备所需的固体颗粒：
A颗粒：粒度为20μm的可膨胀石墨微粉；
B颗粒：粒度为9μm的绢云母；
C颗粒：粒度为5μm的硫酸钡微粉；
D颗粒：粒径为200nm的α-Al2O3纳米粉；
E颗粒：粒径为100nm的伊利石粉；
F颗粒：粒径为50μm的伊利石粉；
按照重量分数，将50份颗粒A、38份颗粒B、1份颗粒C、0.5份颗粒D、3份颗粒E、5份颗粒F混合配料成为固体混合料；
（2）制备防火涂料：
按重量份数计，将8份固体混合料，10份聚磷酸铵、12份三聚氰胺、5份季戊四醇混合，在研钵中充分研磨，90℃热处理15min，然后加入到25份纯水、25份氯偏乳液、1份纯丙AC261P乳液中，保持温度52℃，用搅拌器在150r/min的速度下搅拌20min，然后冷却到30℃，再加入0.5份1%wt的海藻糖水溶液，将搅拌器的转速调到1000r/min搅拌90min，制得防火涂料。
3.权利要求1～2所述的生产方法生产得到的水性钢结构防火涂料。
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