专利名称：水性薄型膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种钢结构防火涂料。本发明进一步涉及这种钢结构防火涂料的制备方法。
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；按涂层厚度可分为厚型、薄型和超薄型三类；按防火机理则可分为隔热型、膨胀型和非膨胀型三类。目前常用的钢结构防火涂料主要按厚型、薄型和超薄型三种分类厚型钢结构防火涂料涂层厚度在8～50mm之间，耐火极限为0.5～3h，属隔热型防火涂料，主要由难燃性胶凝材料水泥基、无机绝热材料(如膨胀硅石、珍珠岩等)及阻燃剂等组成。虽然这类涂料是目前生产量最大、应用最广泛的一类防火涂料，并且在燃烧初期可起到降低火焰传播速度的作用，但一旦火势旺盛就会失去作用，故一般用于防火要求较低的建筑物。
薄型钢结构防火涂料涂层厚度在3～7mm之间的防火涂料称为薄型防火涂料，耐火极限为0.5～1.5h，主要由高分子树脂、成碳催化剂、成碳剂、发泡剂以及无机填料等组成，属膨胀型防火涂料。这类涂料涂层薄、单位面积用量小、防火功能强、装饰效果好，因此是防火涂料的发展方向。
超薄型钢结构防火涂料超薄型防火涂料的涂层厚度不超过3mm，耐火极限在2h以内。这类涂料的成膜物质和防火助剂与薄型防火涂料基本相同，但在制备工艺上采取了提高涂料中防火助剂细度的措施，使涂料有较好的流平性，增加了涂料的外观装饰性。这类涂料也是防火涂料的发展方向。
现有的用于钢结构的水性薄型膨胀型防火涂料的组分包括普通苯丙乳液、氯偏乳液(或单独采用氯偏乳液)、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇以及无机填料和成膜助剂。其具体工艺为将普通丙苯乳液、氯偏乳液、防火助剂混合研磨而成。虽然这种钢结构防火涂料因涂层薄、性能好而成为防火涂料发展方向，但是，由于这种水性薄型膨胀型防火涂料采用的防火助剂主要为有机化合物，其耐火温度不高。同时该类防火涂料采用的成膜物质的软化温度较低，燃烧后发泡层较疏松，在火焰冲刷下容易脱落。另外，成膜物质与防火助剂之间的配合性也不够好，成膜物质的熔融温度往往并不是防火助剂的发泡起始温度，因此涂层膨胀率较低，一般仅为自身厚度的10～20倍。因此用上述普通丙苯乳液、氯偏乳液、防火助剂制成的钢结构水性薄涂膨胀型防火涂料的耐火极限仅30min，达不到水泥基厚质型防火涂料的水平，因此限制了它们的应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是寻找一种具有良好发泡性能和燃烧后发泡层与钢结构结合紧密的，具有厚质型防火涂料水平的高效水性薄型膨胀防火涂料，以满足钢结构较高的防火要求的防火涂料。
本发明还要解决这种防火涂料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明是这样进行的本发明的涂料组成采用自行合成的高熔融温度丙烯酸酯乳液为主要成膜物质，掺入氯偏乳液以提高成膜物质自身的阻燃性，特别是选择了可发性膨胀石墨作为膨胀剂，以及聚磷酸铵类防火助剂、填料和成膜助剂。其中聚磷酸铵类防火助剂为聚磷酸铵、三聚氰铵和季戊醇；填料为氧化锌；本发明的涂料组成配比如下组分 含量(wt％)水性高熔融温度丙烯酸酯乳液 32～38氯偏乳液 12～18聚磷酸铵 17～20三聚氰铵 5～7季戊四醇 11～13膨胀石墨 4～10氧化锌 0～6成膜助剂 0～6
本发明的制备工艺包括下列两个步骤第一步为高熔融温度丙烯酸酯乳液的合成首先选择下列组分单体为对卤甲基苯乙烯(其中的卤原子可为氯原子或溴原子)；甲基丙烯酸甲酯；丙烯酸丁酯；丙烯酸。
乳化剂为十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)；引发剂为过硫酸铵。然后按下列组分含量称量(乳化剂、引发剂和水按单体总量％计算)类别 组分 含量(wt％)单体 甲基丙烯酸甲酯40～46丙烯酸丁酯40～46丙烯酸2～4对氯甲基苯乙烯4～18对溴甲基苯乙烯4～18乳化剂 十二烷基硫酸钠为单体总量的1～3壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10) 为单体总量的3～6引发剂 过硫酸铵 为单体总量的1～2水 100将单体与乳化剂及水先混合均匀，再加入引发剂，控制聚合温度为70～85℃，聚合时间为4～6h，即制得本发明的高熔融温度丙烯酸酯乳液，经测定该乳液的聚合物的熔融温度为125～135℃，并具有以下化学结构 其中X为Cl或Br；n、m、p、q为大于0的正整数。
第二步为防火涂料的配制采用上述自行合成的高熔融温度丙烯酸酯乳液和氯偏乳液作为成膜物质；聚磷酸胺、三聚氰胺和季戊四醇为防火助剂。首先按上述本发明的防火涂料组分含量称量好后，先将乳液、防火助剂、填料和成膜助剂放在一起搅拌混合20～30分钟，然后经砂磨机研磨后加入上述分量的可发性膨胀石墨，混合均匀后即得本发明的成品。
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，加入一种可发性膨胀石墨作为发泡材料，该膨胀石墨是一类天然矿物材料，具有金属光泽，灰黑色，质软具滑腻感，鳞片状，受热至200℃以上时剧烈发泡膨胀，膨胀率最大可达自身体积的350倍左右，因此大大提高了涂层的发泡率，发泡层厚度可达原涂层厚的30～50倍，从而提高了耐火极限。
2.由于本发明的防火涂料采用自行合成的高熔融温度丙烯酸酯乳液为主要成膜物质，适量掺入氯偏乳液，与现有的单纯使用氯偏乳液作为成膜物质的乳液相比，成膜物质自身的阻燃性提高了。另外，本发明的高熔融温度丙烯酸酯乳液制备时所采用的甲基丙烯酸甲酯和对卤甲基苯乙烯，尤其是后者，对提高熔融温度和涂层的结合率作出了很大贡献，使其耐火极限从现有的30min提高到75min(涂层厚度3mm)。
3.本发明的制备工艺简单、无污染、成本低廉、应用广泛。
具体实施例方式
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高熔融温度丙烯酸酯乳液的制备。请参阅表1本发明的高熔融温度内烯酸酯乳液制备配方及现有的普通苯丙乳液配方。首先，按表1的高熔融温度丙烯酸酯乳液1配方制备。将组分A中的单体称量好，然后按占单体总量重量百分比称量水和乳化剂，放在一起混合搅拌，形成预乳化液A。将组分B中的水和引发剂按表1中占单体总量重量百分比称量好，混合溶解，得到溶液B。然后，将组分C的水按占单体总量重量百分比称量后加入反应器中，并将反应器置于水浴中恒温至75℃，加入约1/5预乳化液A和约1/5溶液B，搅拌反应约0.5h。当反应体系出现微蓝色时，开始同时滴加预乳化液A和溶液B。约3小时滴加完。然后在85℃下保温1小时，撤去水浴，冷却至40℃以下，加入氨水调节pH值至8，出料备用。所得产物的初始熔融温度为134℃。
实施例2按表1的配方制备高熔融温度丙烯酸酯乳液2。制备方法与实施利1相同。所得产物的初始熔融温度为131℃。
实施例3请参阅表2例举的本发明的4个防火涂料配方及其中一个现有的比较例配方。首先，按表2中配方1先将实施例1制备好的高熔融温度丙烯酸酯乳液1称量36％重量百分比，以及氯偏乳液15％、聚磷酸铵20％、三聚氰铵7％、季戊四醇13％、膨胀石墨4％、氧化锌3％和成膜助剂2％称量好。然后，先将高熔融温度丙烯酸酯乳液加入搅拌桶中，搅拌下加入本发明的三种防火助剂、氧化锌及成膜助剂，搅拌均匀后，入砂磨机研磨一道，然后加入膨胀石墨，混合均匀，出料装桶。所得本发明的放火涂料的性能见表3的配方1。从表3的性能项目及与现有涂料的性能相比较，达到了本发明的目的。
实施例4按表2中配方2，采用实施例3同样的方法制备防火涂料。所得涂料的性能见表3的配方2。
实施例5按表2中配方3，采用实施例3同样的方法制备防火涂料。所得涂料的性能见表3的配方3。
实施例6按表2中配方4，采用实施例3同样的方法制备防火涂料。所得涂料的性能见表3的配方4。
本发明由于采用了膨胀石墨作为膨胀剂，同时再采用自行制备的乳液，这两个方面对现有的水性薄型膨胀防火涂料进行改进，产生了如表3的优点外，成本低廉，制备工艺简单，可广泛应用于各种钢结构防火。
比较例按表1的配方制备普通苯丙乳液。将组分A中的单体、水和乳化剂混合搅拌，形成预乳化液A。将组分B中的水和引发剂混合溶解，得到溶液B。将组分C的水加入反应器中，并将反应器置于水浴中恒温至75℃，加入约1/5预乳化液A和约1/5溶液B，搅拌反应约0.5h。当反应体系出现微蓝色时，开始同时滴加预乳化液A和溶液B。约3小时滴加完。然后在85℃下保温1小时，撤去水浴，冷却至40℃以下，加入氨水调节pH值至8，出料备用。所得产物的初始熔融温度为116℃。
按表2中比较例的配方将水加入搅拌桶中，搅拌下加入防火助剂，搅拌均匀后，入砂磨机研磨一道，出料装桶。所得涂料的性能见表3。
表1 本发明高熔融温度丙烯酸酯乳液制备配方及普通苯丙乳液配方(wt％)
#均为占单体总量的重量％表2 本发明的水性薄涂膨胀型防火涂料配方及比较例
表3 本发明防火涂料的主要性能及与现有涂料的比较
权利要求
1.一种水性薄型膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于由自行合成的高熔融温度丙烯酸酯乳液，以及聚磷酸铵类防火助剂和可发性膨胀石墨，并辅以填料和成膜助剂组成；其中聚磷酸铵类防火助剂为聚磷酸铵、三聚氰铵和季戊四醇；填料为氧化锌；具体组成配比如下组分含量(wt％)水性高熔融温度丙烯酸酯乳液 32～38氯偏乳液12～18聚磷酸铵17～20三聚氰铵5～7季戊四醇11～13膨胀石墨4～10氧化锌 0～6成膜助剂0～6
2.根据权利要求1所述的钢结构防火涂料，其特征在于所述的高熔融温度内烯酸酯乳液的熔融温度为125～135℃，其化学结构为 其中X为Cl或Br；n、m、p、q为大于0的正整数。
3.一种水性薄型膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于包括以下两个步骤第一步高熔融温度丙烯酸酯乳液的制备，采用的单体为甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、对卤甲基苯乙烯；其中对卤甲基苯乙烯中的卤原子可为氯原子或溴原子；采用的乳化剂为十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，引发剂为过硫酸铵；首先选择下列组分并称量好，其中乳化剂、引发剂和水的含量为单体总量的wt％类别 组分 含量(wt％)单体 甲基丙烯酸甲酯 40～46丙烯酸丁酯 40～46丙烯酸 2～4对卤甲基苯乙烯 4～18乳化剂 十二烷基硫酸钠 1～3壬基酚聚氧乙烯醚(OP-10) 3～6引发剂 过硫酸铵1～2水 100然后，将单体与乳化剂先混合均匀，加入引发剂，控制聚合温度为70～85℃，聚合时间为4～6h，即制得本发明的高熔融温度丙烯酸酯乳液；第二步防火涂料的配制首先按上述权利要求1所述的防火涂料组分含量称量好，然后将乳液和防火助剂放在一起搅拌混合20～30分钟，经砂磨机研磨后加入上述分量的可发性膨胀石墨、填料和成膜助剂，混合均匀后即得本发明的成品。
全文摘要
水性薄型膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。本发明涉及一种钢结构防火涂料及这种钢结构防火涂料的制备方法。采用自行合成的高熔融温度丙烯酸酯乳液为主要成膜物质，适量掺入氯偏乳液以提高成膜物质自身的阻燃性。并在通常所用的聚磷酸铵类防火助剂的基础上，加入一种可发性膨胀石墨作为发泡材料组成，大大提高了涂层的发泡率，发泡层厚度可达原涂层厚的30～50倍，耐火极限可达75min(涂层厚度3mm)。该涂料的制备方法简单、无污染、成本低廉、应用广泛。
文档编号C09D133/06GK1394923SQ01113320
公开日2003年2月5日 申请日期2001年7月10日 优先权日2001年7月10日
发明者王国建, 许乾慰, 何森 申请人:同济大学