一种水性防火涂料的制作方法

1.本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种水性防火涂料。


背景技术：

2.涂覆膨胀型防火涂料是一种方便实用的钢结构防火保护方法，膨胀型防火涂料根据所受火焰类型不同，可以分为普通火焰防火涂料和特种火焰防火涂料。特种火焰是由烃类物质燃烧引发的火灾，5min内火场温度就能达到1100℃以上，并且伴有火焰冲击，因此，耐烃类火的膨胀型防火涂料的膨胀炭层需要有很高的强度和附着力，以防炭层在烃类火焰中开裂或脱落。
3.目前，用于室外的耐烃类火膨胀型防火涂料一般都是无溶剂环氧防火涂料或高固含环氧防火涂料，主要是因为目前市售的水性膨胀型防火涂料多以单组分丙烯酸类、醋酸乙烯酯类乳液或双组分环氧乳液作为成膜物，本身成膜物就具备亲水性，同时以季戊四醇或淀粉等具有亲水性的多羟基碳氢化合物作为主要成炭剂，导致水性膨胀型防火涂料耐蚀性和耐久性能差，而且水性膨胀型防火涂料燃烧后炭层膨胀倍数在30～60倍，炭层强度较弱，易被烃类火焰破坏，因此不能满足室外和耐烃类火的要求。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种水性防火涂料，能够提高涂层的耐候性，以及提高炭层的强度。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水性防火涂料，包括a 组分和b组分，其中a组分和b组分的质量比为5～6:1；
6.a组分按重量份计包括以下组份：
7.亲水性环氧树脂15～25份；
8.改性树脂5～15份；
9.改性阻燃剂20～30份；
10.多聚磷酸铵25～35份；
11.三聚氰胺3～8份；
12.增强填料5～7份；
13.增强纤维2～3份；
14.助剂2～4份；
15.b组分按重量份计包括以下组份：
16.固化剂50～70份；
17.钛白粉10～15份；
18.三聚氰胺15～25份；
19.增强纤维5～10份；
20.其中，所述亲水性环氧树脂为亲水改性双酚a型环氧树脂，其环氧值为 0.45～
0.55，改性树脂为丙烯酸改性环氧树脂和改性丙烯酸树脂的混合物，并且丙烯酸改性环氧树脂和改性丙烯酸树脂的质量比为2～4:1，所述改性丙烯酸树脂由丙烯酸预聚体、氢氧化锌、脂肪酸以及有机溶剂反应得到，所述改性阻燃剂由壬基酚聚氧乙烯醚与磷酸酯混合制得，其中壬基酚聚氧乙烯醚与磷酸酯的质量比为：10～20:80～90，所述固化剂为水性改性胺固化剂。
21.进一步的，所述丙烯酸改性环氧树脂为sm6104、sm6104y中的任意一种或两种。
22.进一步的，所述丙烯酸预聚体、所述氢氧化锌、所述脂肪酸、所述有机溶剂的质量比为30～40:10～20:20～40:10～30。
23.进一步的，所述改性丙烯酸树脂的制备步骤如下所示：先将丙烯酸预聚体、氢氧化锌、脂肪酸与有机溶剂混匀，保持反应温度90℃，反应10h，然后再升温至120℃，最后减压蒸馏出有机溶剂和水，即可制得改性丙烯酸树脂。
24.进一步的，所述磷酸酯为三异丙苯基磷酸酯、三甲酚磷酸酯、磷酸叔丁基苯二苯酯、双酚a(双二苯基磷酸酯)中的一种或几种的混合。
25.进一步的，所述增强填料为玄武岩鳞片，玄武岩鳞片的粒径为300～500目。
26.进一步的，所述助剂为消泡剂、流变助剂中的一种或几种，所述消泡剂为 byk-066或df6800，所述流变助剂为水和硅酸镁。
27.进一步的，所述水性改性胺固化剂为3ec152w。
28.进一步的，所述增强纤维为含锆陶瓷纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维中的一种或几种。
29.一种水性防火涂料的制备方法，步骤如下所示：
30.1)制取a组分
31.先将亲水性环氧树脂、改性树脂、改性阻燃剂依次加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入助剂分散均匀，再加入多聚磷酸铵、三聚氰胺，然后加热至50～ 60℃并搅拌均匀，最后加入增强填料和增强纤维，继续搅拌30～50min，即可制得a组分；
32.2)制取b组分
33.先将固化剂、钛白粉、三聚氰胺加入到反应釜中，加热至50～60℃搅拌均匀，然后加入增强纤维，继续搅拌30～50min，即可制得b组分；
34.3)将a组分和b组分按比例混合均匀即可制得本发明的防火涂料。
35.本发明的有益效果是：
36.本发明的一种水性防火涂料，其中亲水改性双酚a型环氧树脂与水性胺固化剂固化后形成的交联网络可以作为防火涂料中主要的成炭剂，本发明中的防火涂料无需添加额外的多羟基碳氢化合物作为成炭剂，避免了传统防火涂料在恶劣环境中因成炭剂吸潮迁移析出而导致的防火性能衰减和防腐性能下降的问题；改性树脂中丙烯酸基团的引入提高了漆膜的耐候性和耐久性，弥补了纯环氧涂料室外易黄化和粉化的问题，此外，改性树脂中丙烯酸基团的c-c键能以及酯基的键能比环氧基团中苯环结构的键能要低得多，遇火时可以提前软化断裂，能够提高漆膜的前期膨胀度，使漆膜提前形成隔热炭层，并延长耐火时间，改性丙烯酸树脂中引入的zn可以在火场中对膨胀阻燃体系之间的反应具有一定的催化和协同阻燃作用，同时zn的引入可以使膨胀炭层中的发泡孔隙变得细小均匀致密，很好的控制了发泡程度，最终形成的炭层可以很好的耐受烃类火焰乃至爆炸喷射火焰的冲击，进而
提高炭层强度。
37.改性阻燃剂中壬基酚环氧乙烯醚中的疏水碳链结构可以增强磷酸酯与成膜树脂之间的相容性，使磷酸酯能够渗入树脂分子结构之间，遇火燃烧时磷酸酯的阻燃性能更好的保护树脂脱水形成的碳链结构，增强碳链耐燃性，强化炭层强度，其次改性阻燃剂还可以直接用作稀释剂，用以降低体系的整体粘度，无需添加额外的水或稀释剂，并制成百分百固含的防火涂料，便于厚膜施工。
具体实施方式
38.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
39.本发明的一种水性防火涂料，包括a组分和b组分，其中a组分和b组分的质量比为5～6:1；
40.a组分按重量份计包括以下组份：
41.亲水性环氧树脂15～25份；
42.改性树脂5～15份；
43.改性阻燃剂20～30份；
44.多聚磷酸铵25～35份；
45.三聚氰胺3～8份；
46.增强填料5～7份；
47.增强纤维2～3份；
48.助剂2～4份；
49.其中，亲水性环氧树脂为亲水改性双酚a型环氧树脂，其环氧值为0.45～ 0.55，优选0.5，亲水改性双酚a型环氧树脂中不含水分或其他溶剂，制备的防火涂料可以达到百分百固含，确保了单次高膜厚化的优异施工性，于此同时，亲水改性双酚a型环氧树脂还保留了双酚a型环氧树脂的优异特性，在与水性胺固化剂固化后形成的漆膜具有优异的附着力、内聚强度、耐久性和耐腐蚀性，可以满足室外恶劣环境包括海上平台、石油石化等领域的需求；另外，亲水改性a型环氧树脂与水性胺固化剂固化后形成的交联网络可以作为防火涂料中主要的成炭剂，本发明中的防火涂料无需添加额外的多羟基碳氢化合物作为成炭剂，避免了传统防火涂料在恶劣环境中因成炭剂吸潮迁移析出而导致的防火性能衰减和防腐性能下降的问题；
50.改性树脂为丙烯酸改性环氧树脂和改性丙烯酸树脂的混合物，并且丙烯酸改性环氧树脂和改性丙烯酸树脂的质量比为2～4:1，优选3：1，其中，丙烯酸改性环氧树脂为sm6104、sm6104y中的任意一种或两种，改性树脂中的丙烯酸改性环氧树脂可以增加环氧树脂与改性丙烯酸树脂的相容性，使成膜物具备高度的均一性，丙烯酸基团的引入也大大提高了漆膜的耐候性和耐久性，弥补了纯环氧涂料室外易黄化和粉化的问题，其次，丙烯酸改性环氧树脂和改性丙烯酸树脂中的丙烯酸基团与亲水改性双酚a型环氧分子之间会形成两种互穿网络结构，两者相互穿插和缠结，降低了环氧树脂与胺固化剂固化时产生的应力，增加了整体树脂的韧性，大幅提高了涂层高膜厚化的抗开裂能力和耐冲击性，此外，改性树脂中丙烯酸基团的c-c键能以及酯基的键能比环氧基团中苯环结构的键能要低得多，遇火时
可以提前软化断裂，能够提高漆膜的前期膨胀度，使漆膜提前形成隔热炭层，并延长耐火时间，改性丙烯酸树脂中引入的zn可以在火场中对膨胀阻燃体系之间的反应具有一定的催化和协同阻燃作用，同时zn 的引入可以使膨胀炭层中的发泡孔隙变得细小均匀致密，很好的控制了发泡程度，最终形成的炭层可以很好的耐受烃类火焰乃至爆炸喷射火焰的冲击，进而能够赋予膨胀炭层出乎意料的炭层强度。
51.改性丙烯酸树脂由丙烯酸预聚体、氢氧化锌、脂肪酸以及有机溶剂反应得到，其中，丙烯酸预聚体、氢氧化锌、脂肪酸、有机溶剂的质量比为30～40:10～ 20:20～40:10～30，优选35：15：30：20，丙烯酸预聚体由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯制得，脂肪酸为月桂酸、肉豆蔻酸、癸酸、棕榈酸、油酸中的任意一种或几种，有机溶剂为甲苯或者二甲苯；
52.改性丙烯酸树脂的制备步骤如下所示：先将丙烯酸预聚体、氢氧化锌、脂肪酸与有机溶剂混匀，保持反应温度90℃，反应10h，然后再升温至120℃，最后减压蒸馏出有机溶剂和水，即可制得改性丙烯酸树脂；
53.改性阻燃剂是由壬基酚聚氧乙烯醚与磷酸酯混合制得，其中壬基酚聚氧乙烯醚与磷酸酯的质量比为：10～20:80～90，优选15：85，磷酸酯为三异丙苯基磷酸酯、三甲酚磷酸酯、磷酸叔丁基苯二苯酯、双酚a(双二苯基磷酸酯)中的一种或几种的混合，改性阻燃剂的制备步骤如下所示：先将壬基酚聚氧乙烯醚与磷酸酯混匀，然后保持反应温度40℃，高速搅拌反应3h，即可制得改性阻燃剂；
54.改性阻燃剂中壬基酚环氧乙烯醚中的疏水碳链结构可以增强磷酸酯与成膜树脂之间的相容性，使磷酸酯能够渗入树脂分子结构之间，遇火燃烧时磷酸酯的阻燃性能更好的保护树脂脱水形成的碳链结构，增强碳链耐燃性，强化炭层强度，其次改性阻燃剂还可以直接用作稀释剂，用以降低体系的整体粘度，无需添加额外的水或稀释剂，并制成百分百固含的防火涂料，便于厚膜施工；
55.多聚磷酸铵的聚合度大于1000，增强填料为玄武岩鳞片，玄武岩鳞片的粒径为300～500目，其中玄武岩鳞片是一种以二氧化硅作为主要成分的绿色环保片状材料，具有一定的高温稳定性，在漆膜中可以平行分布于涂层中，可以延长腐蚀介质到达基材的时间，同时填补树脂涂层中的孔隙，增强涂层的屏蔽性，显著提高了防火涂料用在室外苛刻环境中的防腐性能，另外，涂层在遇火膨胀时，片状平行分布的结构可以相互搭接，不仅可以阻隔外部氧气的进入，还能在内部气体释放时促进膨胀，提高前期发泡效果，在发泡阶段后期，玄武岩鳞片还能熔融覆盖于炭层表面，进一步提高了炭层的结构强度和抗压强度；
56.助剂为消泡剂、流变助剂中的一种或几种，消泡剂为byk-066或df6800，流变助剂为水和硅酸镁；
57.b组分按重量份计包括以下组份：
58.固化剂50～70份；
59.钛白粉10～15份；
60.三聚氰胺15～25份；
61.增强纤维5～10份；
62.其中，固化剂为水性改性胺固化剂，水性改性胺固化剂为3ec152w，钛白粉为金红石型钛白粉；
63.增强纤维为含锆陶瓷纤维、碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维中的一种或几种，增强纤维可以增强涂层的厚膜施工性和抗开裂性，另一方面增强纤维的纤维结构可以穿插在漆膜燃烧后形成的炭层中固定炭层，进而提高炭层的强度与耐火性能，防止炭层在烃类火焰的冲击下开裂或脱落。
64.本发明的一种水性防火涂料的制备步骤如下所示：
65.1)制取a组分
66.先将亲水性环氧树脂、改性树脂、改性阻燃剂依次加入到反应釜中搅拌均匀，然后加入助剂分散均匀，再加入多聚磷酸铵、三聚氰胺，然后加热至50～ 60℃并搅拌均匀，最后加入增强填料和增强纤维，继续搅拌30～50min，即可制得a组分；
67.2)制取b组分
68.先将固化剂、钛白粉、三聚氰胺加入到反应釜中，加热至50～60℃搅拌均匀，然后加入增强纤维，继续搅拌30～50min，即可制得b组分；
69.3)将a组分和b组分按比例混合均匀即可制得本发明的防火涂料。
70.实施例1
71.本实施例的防火涂料，包括a组分和b组分，a组分和b组分的重量比为 6:1，其中a组分由以下重量份的组分组成：亲水性环氧树脂3ee107b 15份，丙烯酸改性环氧树脂sm6104 10份，改性丙烯酸树脂5份，改性阻燃剂30份，多聚磷酸铵25份，三聚氰胺5份，玄武岩鳞片5份，碳纤维2份，含锆陶瓷纤维1份，消泡剂df 6800 0.5份，水和硅酸镁1.5份；
72.本实施例的改性丙烯酸树脂的制备方法，包括以下步骤：在反应釜中加入 30份的丙烯酸预聚体和10份二甲苯，搅拌均匀，加入20份的氢氧化锌和40份的月桂酸，保持反应温度90℃，反应10h，再升温至120℃，减压蒸馏出有机溶剂和水，即得改性丙烯酸树脂。
73.本实施例的改性阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：将10份壬基酚聚氧乙烯醚与90份三异丙苯基磷酸酯加入到反应容器中，保持反应温度40℃，高速搅拌反应3h，即得改性阻燃剂。
74.b组分由以下重量份的组分组成：
75.水性改性胺固化剂3ec152w 50份，钛白粉15份，三聚氰胺25份，玻璃纤维10份。
76.本实施例的防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
77.(1)a组分的制备
78.将上述配比亲水性环氧树脂3ee107b 15份，丙烯酸改性环氧树脂sm6104 10 份，改性丙烯酸树脂5份，改性阻燃剂30份，加入到反应釜中高速分散均匀；之后加入消泡剂df 6800 0.5份，水和硅酸镁1.5份，高速分散30min；加入多聚磷酸铵25份，三聚氰胺5份，加热至50℃，高速分散60min，然后保持温度 50℃不变，加入玄武岩鳞片5份，碳纤维2份，含锆陶瓷纤维1份，低速搅拌 50min，得a组分；
79.(2)将水性改性胺固化剂3ec152w 50份，钛白粉15份，三聚氰胺25份到反应釜中，加热加热至60℃，高速分散60min，然后保持温度60℃不变，玻璃纤维10份，低速搅拌30min，得b组分。
80.(3)将a组分和b组分按照重量比6:1混合均匀即可制得防火涂料1#。
81.实施例2
82.本实施例的防火涂料，包括a组分和b组分，a组分和b组分的重量比为 5:1，其中a
6800 1份，水和硅酸镁3份，高速分散30min；加入多聚磷酸铵28份，三聚氰胺8份，加热至50℃，高速分散60min，然后保持温度50℃不变，加入玄武岩鳞片6份，碳纤维1份，含锆陶瓷纤维2份，低速搅拌50min，得a组分；
101.(2)将水性改性胺固化剂3ec152w 60份，钛白粉12份，三聚氰胺20份到反应釜中，加热加热至50℃，高速分散60min，然后保持温度50℃不变，玻璃纤维8份，低速搅拌50min，得b组分。
102.(3)将a组分和b组分按照重量比5.5:1混合均匀即可制得防火涂料3#。
103.将实施例1-3制得的防火涂料1#、2#、3#以及在市面上购得的防火涂料 chartek 1709作为对比例分别进行耐火性能、炭层强度、耐盐雾性能、耐紫外老化性能以及耐冷凝性能测试，其中，实施例1-2未添加额外稀释剂，直接采用抹涂的方式制板，实施例3中添加a、b组分混合后占总重量15％的去离子水作为稀释剂，采用刷涂的方式制板；
104.耐火性能测试选用150mm
×
150mm
×
6mm的钢板，漆膜厚度6mm，按照 ga/t714-2007烃类火焰升温曲线升温对本发明的防火涂料形成的涂层进行耐火性能测试，当钢板背面温度达到400℃的时间作为耐火极限；
105.炭层强度测试选用抗压弯折试验机进行测试，用壁纸刀从耐火性能测试后的炭层中间切割选取大小为60mm
×
60mm的炭层，放到抗压弯折试验机上，以 5mm/min的下压速度进行测试，记录强度值；
106.耐盐雾性能测试选用150mm
×
75mm
×
3mm的钢板，漆膜厚度6mm，按照astm b117中性盐雾进行测试；
107.耐紫外老化测试测试选用150mm
×
75mm
×
3mm的钢板，漆膜厚度6mm，按 gb/t1865-2009进行耐紫外老化测试；
108.耐冷凝性能测试选用150mm
×
75mm
×
3mm的钢板，漆膜厚度6mm，按iso-6270 进行测试。
109.实施例1-3及对比例的测试结果如表1所示：
110.表1实施例1-3及对比例涂料性能测试结果
[0111][0112]
如表1所示，在耐火性能测试中，涂敷有实施例1-3制得的防火涂料的钢板的背面达到400℃的时间分别为49min、39min、43min，涂敷有对比例的防火涂料的钢板的背面达到400℃的时间为40min；在炭层强度测试中，实施例1-3 制得的防火涂料形成的炭层能够分别承受压力机的压力大小分别为0.8mpa、 0.52mpa、0.63mpa、对比例的测试数据为0.25mpa；在耐盐雾性能测试中，实施例1-3以及对比例形成的涂层在4200h的测试中均无气泡和开裂的情况，以及涂层在样板上也无脱落的情况，并且样板也无生锈的情况；在耐紫外老化的测试中，实施例1-3制得的防火涂料形成的涂层在1000h的测试中均无开裂和粉化的情况，涂层表面仅有轻微变色，对比例制得的涂层在同样条件下，样板上的涂层粉化，并且变色严重，涂层表面还有轻微裂痕；在耐冷凝性能测试中，实施例1-3制得的防火涂料以及对比例形成的涂层在3000h的测试中，涂层均无气泡和开裂的情况，以及涂层在样板上也无脱落的情况，并且样板也无生锈的状况。
[0113]
由上可知，本发明的方法制得防火涂料在耐火性能、耐盐雾性能以及耐冷凝性能方面与对比例相当，能够满足现有防火涂料对于耐火性能、耐紫外老化以及耐冷凝性能方面的要求，此外，利用本发明的方法制得的防火涂料形成的涂层的炭层强度远大于对比例形成的涂层的炭层强度，并且耐紫外老化性能测试中，涂层无开裂和粉化的情况，只有轻微变色，而对比例的涂层变色严重，且粉化，并伴有轻微裂痕，综上，本发明的一种水性防火涂料耐紫外老化性能较好，并且燃烧过后形成的炭层强度较高。
[0114]
本发明的一种水性防火涂料中，选用亲水改性双酚a型环氧树脂、丙烯酸改性环氧树脂与改性丙烯酸树脂作为成膜树脂，丙烯酸改性环氧树脂深度融合了水性改性环氧树脂与改性丙烯酸树脂，通过丙烯酸树脂的前期软化断裂提高了前期炭层膨胀度，通过改性丙烯酸树脂引入的zn均匀的控制了发泡层的气孔大小，将炭层的发泡倍率控制在最佳倍率，赋予了炭层极为优异的炭层强度；其次，丙烯酸树脂的引入显著提高了漆膜的耐候性，使得实施例1-3中制备的防火涂料表现出优异的耐紫外老化性能；亲水改性双酚a型环氧树脂保留了双酚a型环氧树脂的优异特性，与水性胺固化剂固化后的水性防火涂料漆膜具有优异
的附着力、内聚强度和耐腐蚀性，辅以添加玄武岩鳞片作为增强填料，使得实施例1-3中制备的室外用水性膨胀型特种钢结构防火涂料表现出优异的耐盐雾性能和耐冷凝性能；另外，本发明的防火涂料为百分百固含的水性防火涂料，既可以厚膜化施工，提高施工效率，又可以以水为稀释剂根据施工方式调整粘度，绿色环保，有效降低了碳排放。
[0115]
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。