专利名称：一种水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火涂料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种对环境友好的水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火涂料及其制 备方法。
背景技术：
钢结构具有强度高、韧性好、施工制作方便、良好的延展性和抗震性等优点，在超 高层建筑、超大跨度桥梁等方面得到了广泛的应用。但是它也有着致命的弱点，即钢结构建 筑的耐火性却远比钢筋混凝土结构或砖石结构差。这主要是由于钢材极易导热，在高温作 用下会迅速失去刚性而导致建筑物垮塌。根据大量惨重的钢结构火灾案例及研究结果表 明，钢材的强度是温度的函数，并随着温度的上升而降低，当温度超过某一临界值时(普通 钢材的临界温度一般为540°C )，钢材的强度将降至常温情况下的40 50%，导致其承载能 力急剧下降并最终使建筑物坍塌，造成了重大的人员伤亡和经济损失。因此，对钢结构建筑 进行防火保护具有很重要意义。目前世界上对钢结构建筑进行防火保护的方法主要采用涂刷防火涂料。超薄膨胀型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3mm的钢结构防火涂料，这类钢 结构防火涂料受火时发泡膨胀，能形成超过自身厚度十几倍的致密的耐火隔热层，是近年 来防火涂料研究的热点。它可采用喷涂、刷涂或滚涂施工，一般使用在要求耐火极限2小时 以内的建筑钢结构上。与其它两类防火涂料相比，超薄型膨胀钢结构防火涂料粒度更细、涂 层更薄、施工方便、装饰性更好是其突出的优点。对裸露的钢结构在满足防火要求的同时又 能满足高装饰要求。这类涂料是目前备受用户青睐的钢结构防火涂料。目前市场上的超薄膨胀型钢结构防火涂料大多数为溶剂型，在施工过程中会释放 出大量的有毒溶剂(甲苯、二甲苯等)，不仅对施工人员的健康有害，还会污染环境。同时， 大多数的溶剂型防火涂料中存在含卤阻燃剂，在火灾中含卤阻燃剂生成的有毒气体对逃亡 人员也会造成危害。水性无卤超薄膨胀型钢结构涂料在保持良好防火性能的同时，解决环 境污染问题和火灾中卤素对人体的危害，可以解决钢结构防火涂料的广泛使用和挥发性溶 剂与含卤阻燃剂污染的矛盾。综上所述，研制出一种水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火 涂料已经成为防火涂料行业的迫切需求。目前国内市场上的高质量防火涂料均为溶剂型，水性防火涂料的研究虽然取得了 一些进展，并也有产品问世，但是其综合性能远不如溶剂型防火涂料。目前水性防火涂料广 泛采用的聚丙烯酸酯乳液的耐火极限时间较短，且膨胀炭化层的强度不高，在火焰的强烈 冲击下，炭化层极易脱落，使钢材失去保护。所以，研制水性防火涂料关键问题是缺少一种 性能优良的基料乳液。本发明采用环氧乳液为成膜物质，并采用可膨胀石墨作为辅助膨胀 剂，从而提高防火涂料的膨胀倍率和炭化层质量，使其具有较高的耐火极限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对环境友好的水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火 涂料及其制备方法，能够克服目前钢结构溶剂性防火涂料存在的不足，提升水性防火涂料 的性能，使其具有良好的防火、防水性能，涂刷、喷涂性能好，施工简单、方便，成本低廉，对 环境友好等特点。本发明提出的以环氧乳液为基料的水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火涂料，包 括有环氧乳液、防火助剂、辅助膨胀剂、填料和成膜助剂，防火助剂为聚磷酸铵、双季戊四醇 和三聚氰胺，可膨胀石墨为辅助膨胀剂，钛白粉和高岭土为填料，有机多元胺为环氧乳液固 化剂，组分配比如下组份重量百分比水18 25环氧乳液22 25聚磷酸铵17 23三聚氰胺10 15双季戊四醇5 10钛白粉2 5高岭土1 2.5可膨胀石墨2 3. 5成膜助剂1 3固化剂为环氧乳液量的5 15%本发明中，以环氧乳液作为成膜物质，可在保持环氧树脂优良的耐热性、耐候性、 保光性和抗紫外光等性能外，还具有无味、无嗅、无毒，对环境友好的特点；它提供了涂层对 钢材的附着力，对涂料中其他组分的粘结力等。由于环氧乳液最终形成交联结构，可以显著 的提高防火涂料的防水性能和耐候性能。所用的环氧乳液的固含量为35% 50%，环氧值 为 0. 4 0. 51。本发明采用可膨胀石墨作为辅助膨胀剂。可膨胀石墨在受热后能够膨胀形成致密 的蠕虫状炭化物质，并穿插在膨胀炭化层中，不仅可以提高膨胀炭化层的强度，还能发挥隔 热、隔氧作用，能够有效地延缓涂料的热降解过程。同时可膨胀石墨在受热膨胀过程中能够 吸收大量热量，从而进一步提高涂料的防火性能。所用的可膨胀石墨为鳞片状，其粒度为 0. 15謹 0. 3謹，膨胀容积为100ml/g 200ml/g，起始膨胀温度为150°C 200°C。这种可 膨胀石墨在涂料中分散均勻，膨胀体积大，起始膨胀温度与涂料中其他防火助剂的膨胀温 度匹配性较好，并可显著提高涂料的发泡能力。该可膨胀石墨在温度高于150°C开始膨胀， 其膨胀倍率可以高达100倍以上。在膨胀之后，可膨胀石墨由鳞片状变成密度很低的蠕虫 状，蠕虫状的炭化物质穿插在涂料的膨胀炭化层中，不仅可以提高膨胀炭化层的强度，防止 其开裂，还可以增加其膨胀倍率，增加防火涂料的防火性能。本发明采用聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺三者配合作为复合防火助剂，相互 协同作用形成稳定的发泡层。其中聚磷酸铵采用高聚合度的，聚合度DP不低于1000。高聚 合度的聚磷酸铵的溶解度较小，能够防止其在潮湿的环境或水中从涂层中析出，有效地提 高涂料的防水性能。
4
本发明采用的固化剂为有机多元胺，包括乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙 烯五胺或多乙烯多胺。本发明提出的以环氧乳液为基料的水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火涂料的 制备方法，具体步骤如下按原料配比称取防火涂料各组份，防火助剂为聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺， 辅助膨胀剂为可膨胀石墨，填料为钛白粉和高岭土；将环氧乳液与固化剂、、成膜助剂、可膨 胀石墨、防火助剂、填料放在一起搅拌混合10 30分钟，再经砂磨机或球磨机研磨一次，混 合均勻后即得本发明的成品。或者，首先按原料配比称取防火涂料各组份，先将可膨胀石墨、防火助剂和填料等 放在一起搅拌均勻，并将环氧乳液、固化剂、成膜助剂混合均勻，然后将此混合物在搅拌条 件下加入到可膨胀石墨、防火助剂和填料的混合物中，继续搅拌混合10 30分钟，再经砂 磨机或球磨机研磨一次，混合均勻后即得本发明的成品。本发明经过无数次失败的实验，才得以总结得到了以上各成分的具体组合方式及 含量的具体范围的配比，并通过本发明产品各个成分的相互配合，协同作用取得以下的优 良的效果可承受着火时快速升温的特点，在涂层厚度为2mm时，耐火极限可达90min以上； 本发明的防火涂料在受热膨胀后炭化层强度得到增加，防火涂料的膨胀倍率也得了增加， 因而能够起到提高涂料防火性能的作用；能够防止其在潮湿的环境或水中从涂层中析出， 提高涂料的防水性能。另外，本发明的防火涂料无卤、无苯，具有鲜明的环保特征。本发明的制备工艺简单、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。环氧乳液为市售，生产企业浙江安邦新材料有限公司，牌号AB-EP_44、 AB-EP-51。实施例1请参阅表1列举的本发明的4个防火涂料配方。首先，按表1中配方1先将水、防 火助剂(聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇)、可膨胀石墨、填料(钛白粉、高岭土)等搅拌均 勻，然后将环氧乳液、固化剂和成膜助剂加入到搅拌桶中，搅拌均勻后加入到预先搅拌均勻 的粉料中，再搅拌30分钟后，经砂磨机研磨混合后，出料装桶。所得本发明的防火涂料的性 能见表2的配方1。实施例2按表1中配方2先将水、防火助剂(聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇)、可膨胀石 墨、填料(钛白粉、高岭土)等搅拌均勻，然后将环氧乳液、固化剂和成膜助剂加入到搅拌桶 中，搅拌均勻后加入到预先搅拌均勻的粉料中，再搅拌30分钟后，经砂磨机研磨混合后，出 料装桶。所得本发明的防火涂料的性能见表2的配方2。实施例3按表1中配方3先将水、防火助剂(聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇)、可膨胀石 墨、填料(钛白粉、高岭土)等搅拌均勻，然后将环氧乳液、固化剂和成膜助剂加入到搅拌桶 中，搅拌均勻后加入到预先搅拌均勻的粉料中，再搅拌30分钟后，经砂磨机研磨混合后，出料装桶。所得本发明的防火涂料的性能见表2的配方3。实施例4按表1中配方4先将水、防火助剂(聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇)、可膨胀石 墨、填料(钛白粉、高岭土)等搅拌均勻，然后将环氧乳液、固化剂和成膜助剂加入到搅拌桶 中，搅拌均勻后加入到预先搅拌均勻的粉料中，再搅拌30分钟后，经砂磨机研磨混合后，出 料装桶。所得防火涂料的性能见表2的配方4。实施例5按表1中配方5先将可膨胀石墨、防火助剂和填料等放在一起搅拌均勻，并将环氧 乳液、固化剂、成膜助剂混合均勻，然后将此混合物在搅拌条件下加入到可膨胀石墨、防火 助剂和填料的混合物中，继续搅拌混合30分钟，再经砂磨机或球磨机研磨一次，即得本发 明的成品，出料装桶。所得防火涂料的性能见表2的配方5。实施例6按表1中配方6先将可膨胀石墨、防火助剂和填料等放在一起搅拌均勻，并将环氧 乳液、固化剂、成膜助剂混合均勻，然后将此混合物在搅拌条件下加入到可膨胀石墨、防火 助剂和填料的混合物中，继续搅拌混合20分钟，再经砂磨机或球磨机研磨一次，即得本发 明的成品，出料装桶。所得防火涂料的性能见表2的配方6。实施例7按表1中配方7先将可膨胀石墨、防火助剂和填料等放在一起搅拌均勻，并将环氧 乳液、固化剂、成膜助剂混合均勻，然后将此混合物在搅拌条件下加入到可膨胀石墨、防火 助剂和填料的混合物中，继续搅拌混合10分钟，再经砂磨机或球磨机研磨一次，即得本发 明的成品，出料装桶。所得防火涂料的性能见表2的配方7。上述实施例说明本发明由于采用了环氧乳液作为成膜物质，并采用可膨胀石墨 作为膨胀增强填料以及本发明的其它材料相互配合和量的限定，对现有的钢结构超薄膨胀 型进行改进，所得产品的流变性能较好，易于涂刷，同时涂层在受热膨胀后膨胀倍率高，炭 化层强度高、泡孔致密均勻，因此防火涂料具有优异的防火性能。表1本发明的水性钢结构超薄膨胀型防火涂料配比(单位kg)
2. 8表2钢结构超薄膨胀型防火涂料的主要性能
权利要求
一种水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火涂料，其特征在于，原料包括环氧乳液为基料，辅助膨胀剂、填料、防火助剂和固化剂，其中防火助剂为聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺，可膨胀石墨为辅助膨胀剂，填料为钛白粉和高岭土，固化剂为有机多元胺；配比为组份 重量百分比wt％水18～25环氧乳液 22～25聚磷酸铵 17～23三聚氰胺 10～15双季戊四醇5～10钛白粉2～5高岭土1～2.5可膨胀石墨2～3.5成膜助剂 1～3固化剂为环氧乳液量的5～15％。
2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所用的环氧乳液的固含量为35% 50%，其中环氧树脂的环氧值为0. 4 0. 51。
3.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所用的可膨胀石墨为鳞片状，其粒度 为0. 15謹 0. 3謹，膨胀容积为100ml/g 200ml/g，起始膨胀温度为150°C 200°C。
4.根据权利要求1所述的以环氧乳液为基料的钢结构超薄膨胀型防火涂料，其特征在 于聚磷酸铵的聚合度不低于1000。
5.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于所用的固化剂为乙二胺、二乙烯三胺、 三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。
6.一种如权利要求1所述的水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火涂料的制备方法，其 特征在于包括以下步骤按原料配比称取防火涂料各组份，防火助剂为聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺，填料 为钛白粉和高岭土，辅助膨胀剂为可膨胀石墨，将环氧乳液与固化剂、、成膜助剂、可膨胀石 墨、防火助剂和填料放在一起搅拌混合10 30分钟，再经砂磨机或和球磨机研磨一次，即 得。或者，首先按原料配比称取防火涂料各组份，先将防火助剂和可膨胀石墨、填料放在一 起搅拌均勻，并将环氧乳液和固化剂、成膜助剂混合均勻，然后将环氧乳液在搅拌下加入到 防火助剂和填料的混合物中，继续搅拌混合10 30分钟，再经砂磨机或球磨机研磨后即得。
全文摘要
本发明涉及防火涂料技术领域，具体涉及一种以环氧乳液为基料的对环境友好的水性无卤无苯钢结构超薄膨胀型防火涂料及其制备方法。采用环氧乳液为成膜物质，可膨胀石墨为辅助膨胀剂、钛白粉和高岭土为填料，高聚合度的聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺为复合防火助剂，有机多元胺为固化剂。在加入了可膨胀石墨后，可以显著地提高涂料的膨胀倍率，膨胀炭化层可达原涂层厚度的20倍左右，当涂层厚度为2mm时，耐火极限可达90min以上。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C09D7/12GK101851457SQ20101019774
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者何晓明, 何韵馨, 蔡双儿 申请人:东莞市大兴化工有限公司