具有高温增强加固作用的防火无机涂料及其制备方法、应用与流程

1.本发明涉及无机涂料的技术领域，尤其是涉及一种具有高温增强加固作用的防火无机涂料及其制备方法、应用。


背景技术：

2.火灾事故特别是重特大火灾事故，给社会造成了巨大财产损失和人员伤亡。厂房多为现浇普通钢筋混凝土框架结构，大火长时间持续燃烧会使其建筑结构严重受损，从而导致厂房倒塌，造成严重的伤亡和极大的经济损失，而防火无机涂料则可以很好地预防火灾事故，最大程度地避免人员伤亡和经济损失。
3.然而，目前市面上的防火无机涂料是a级不燃涂料并不是防火涂料，而且在高温的情况下，漆膜会发生膨胀开裂，起皮脱落，导致墙体受损，例如cn201811277719.4中公开的涂料虽然能够达到防火的效果，但这是无机涂料本身的特性，属于a级不燃涂料，产品中有机物含量≤5％，所以不易燃烧，同时，cn201811277719.4中添加的可再分散性乳胶粉为有机物，固含量可以认为100％，其添加量已经对产品不燃级别产生影响，而且在高温下，乳胶粉燃烧炭化后会失去加固作用，从而不能够有效对墙体进行加固和粘结。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于提供一种具有高温增强加固作用的防火无机涂料，具有高环保性、较佳的抗静电性能以及较强的基材适应力，达到了a级不燃等级，同时在高温条件下漆膜不起皮脱落，漆膜不发黑，能够使基材的加固性增大，有效防止基材被破坏，起到保护墙面的作用，同时也能够抑制火势的蔓延。
6.本发明的目的之二在于提供一种具有高温增强加固作用的防火无机涂料的制备方法，工艺简单且高效。
7.本发明的目的之三在于提供一种具有高温增强加固作用的防火无机涂料的应用，高温下能够有效加固墙体基材，增强加固作用，从而对墙体基材起到有效的保护作用，具有突出的应用效果。
8.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
9.第一方面，一种具有高温增强加固作用的防火无机涂料，按100份的质量份数计，包括以下组分：
10.水25-40份、增稠剂0.3-1.5份、分散剂0.6-1.0份、消泡剂0.2-0.6份、钛白粉8-15份、高岭土5-15份、重钙15-25份、低熔点玻璃粉5-15份、乳液0-5份、成膜助剂0-0.5份、硅酸钾8-20份以及硅溶胶5-20份。
11.进一步的，所述低熔点玻璃粉包括低熔点改性玻璃粉；
12.优选地，所述低熔点改性玻璃粉中的sio2质量含量≥99％，p2o5质量含量≤0.1％，b2o3质量含量≤0.1％，li2o质量含量≤0.5％，bao质量含量≤0.2％，k2o质量含量＜1％，
na2o质量含量＜1％。
13.进一步的，所述低熔点改性玻璃粉的制备方法包括以下步骤：
14.原料混合后熔炼，得到玻璃液，再冷却形成玻璃块，之后与蛭石研磨，得到所述低熔点改性玻璃粉；
15.优选地，所述研磨之前还包括洗涤玻璃块步骤；
16.优选地，所述洗涤玻璃块的步骤中包括使用硅烷偶联剂对玻璃块进行处理。
17.进一步的，所述增稠剂包括纤维素醚增稠剂、多糖类增稠剂以及碱溶胀型增稠剂中的至少一种；
18.优选地，所述增稠剂包括按质量份数计的以下组分：
19.纤维素醚增稠剂0.1-0.5份、多糖类增稠剂0.1-0.5份以及碱溶胀型增稠剂0.1-0.5份；
20.优选地，所述纤维素醚增稠剂包括羟乙基纤维素醚增稠剂；
21.优选地，所述多糖类增稠剂包括黄原胶；
22.优选地，所述碱溶胀型增稠剂包括碱溶胀型增稠剂ap16和碱溶胀型增稠剂ap15中的至少一种。
23.进一步的，所述分散剂包括水性分散剂；
24.优选地，所述消泡剂包括有机硅类消泡剂和矿物油类消泡剂中的至少一种；
25.优选地，所述钛白粉包括金红石型钛白粉；
26.优选地，所述重钙包括800目重钙和1250目重钙中的至少一种；
27.优选地，所述乳液包括苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液以及氟碳乳液中的至少一种。
28.进一步的，所述成膜助剂包括2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯和醇类成膜助剂中的至少一种；
29.优选地，所述硅酸钾包括改性硅酸钾；
30.优选地，所述硅酸钾的模数为3-5；
31.优选地，所述硅溶胶包括改性硅溶胶。
32.进一步的，所述防火无机涂料包括按质量份数计的以下组分：
33.水25-40份、纤维素醚增稠剂0.1-0.5份、多糖类增稠剂0.1-0.5份、碱溶胀型增稠剂0.1-0.5份、水性分散剂0.6-1.0份、消泡剂0.2-0.6份、金红石型钛白粉8-15份、高岭土5-15份、重钙15-25份、低熔点改性玻璃粉5-15份、乳液0-5份、成膜助剂0-0.5份、硅酸钾8-20份以及硅溶胶5-20份。
34.第二方面，一种上述任一项所述的具有高温增强加固作用的防火无机涂料的制备方法，包括以下步骤：
35.各组分按比例混合后得到所述防火无机涂料。
36.进一步的，所述制备方法包括以下步骤：
37.(a)将纤维素醚增稠剂、多糖类增稠剂、水性分散剂、部分消泡剂以及部分水进行第一混合，之后再加入金红石型钛白粉、高岭土、重钙以及低熔点改性玻璃粉进行第二混合，得到预混浆；
38.优选地，第一混合的转速为500-1000r/min；
39.优选地，第二混合的转速为2000-2500r/min；
40.(b)加入乳液、成膜助剂、硅酸钾、硅溶胶以及剩余的消泡剂进行第三混合，再加入碱溶胀型增稠剂和剩余的水调整粘度，得到所述防火无机涂料；
41.优选地，第三混合的转速为900-1100r/min，优选为1000r/min。
42.第三方面，一种上述任一项所述的具有高温增强加固作用的防火无机涂料在建筑物防火中的应用。
43.与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
44.本发明提供的具有高温增强加固作用的防火无机涂料，按100份的质量份数计，包括以下组分：水25-40份、增稠剂0.3-1.5份、分散剂0.6-1.0份、消泡剂0.2-0.6份、钛白粉8-15份、高岭土5-15份、重钙15-25份、低熔点玻璃粉5-15份、乳液0-5份、成膜助剂0-0.5份、硅酸钾8-20份以及硅溶胶5-20份；在建筑物发生火灾时，一方面，本发明的防火无机涂料在各组分及其配比的协同作用下通过硅化反应所形成的漆膜能够耐高温1000℃以上；另一方面，建筑物火灾发生初始时(温度还未完全升起来时)，低熔点玻璃粉能够在300℃以下时快速熔融并渗透到基材中，而此时由于热量还未及时传递到基材内部，所以熔融的玻璃粉在渗透到基材后就会被冷却，进而形成致密且耐高温的玻璃态(属于一次性可塑产品，不会因高温传递后再次熔融)，从而能够有效加固墙体基材、增强加固效果，使墙体基材得到了有效的保护作用。
45.本发明提供的具有高温增强加固作用的防火无机涂料的制备方法，工艺简单且高效。
46.本发明提供的具有高温增强加固作用的防火无机涂料的应用，高温下能够有效加固墙体基材，增强加固作用，从而对墙体基材起到有效的保护作用，具有突出的应用效果。
具体实施方式
47.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.根据本发明的第一个方面，提供了一种具有高温增强加固作用的防火无机涂料，按100份的质量份数计，包括以下组分：
49.水25-40份、增稠剂0.3-1.5份、分散剂0.6-1.0份、消泡剂0.2-0.6份、钛白粉8-15份、高岭土5-15份、重钙15-25份、低熔点玻璃粉5-15份、乳液0-5份、成膜助剂0-0.5份、硅酸钾8-20份以及硅溶胶5-20份。
50.在本发明中，水典型但非限制性的质量份数例如为25份、30份、35份、40份；增稠剂典型但非限制性的质量份数例如为0.3份、0.5份、0.8份、1.0份、1.2份、1.5份；分散剂典型但非限制性的质量份数例如为0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1.0份；消泡剂典型但非限制性的质量份数例如为0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份；钛白粉典型但非限制性的质量份数例如为8份、10份、12份、14份、15份；高岭土典型但非限制性的质量份数例如为5份、8份、10份、12份、14份、15份；重钙典型但非限制性的质量份数例如为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份；低熔点玻璃粉典型但非限制性的质量份数例如为5份、7
份、9份、11份、12份、14份、15份；乳液典型但非限制性的质量份数例如为0份、1份、2份、3份、4份、5份；成膜助剂典型但非限制性的质量份数例如为0份、0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份；硅酸钾典型但非限制性的质量份数例如为8份、10份、12份、14份、16份、18份、20份；硅溶胶典型但非限制性的质量份数例如为5份、6份、7份、8份、10份、12份、14份、16份、18份、20份。
51.在建筑物发生火灾时，一方面，本发明的防火无机涂料在各组分及其配比的协同作用下通过硅化反应所形成的漆膜能够耐高温1000℃以上；另一方面，建筑物火灾发生初始时(温度还未完全升起来时)，低熔点玻璃粉能够在300℃以下时快速熔融并渗透到基材中，而此时由于热量还未及时传递到基材内部，所以熔融的玻璃粉在渗透到基材后就会被冷却，进而形成致密且耐高温的玻璃态(属于一次性可塑产品，不会因高温传递后再次熔融)，从而能够有效加固墙体基材、增强加固效果，使墙体基材得到了有效的保护作用。
52.在本发明中，水使用去离子水或者自来水均可。
53.在一种优选的实施方式中，本发明的低熔点玻璃粉可以为低熔点改性玻璃粉。
54.在一种优选的实施方式中，在本发明的低熔点改性玻璃粉中的sio2质量含量≥99％，p2o5质量含量≤0.1％，b2o3质量含量≤0.1％，li2o质量含量≤0.5％，bao质量含量≤0.2％，k2o质量含量＜1％，na2o质量含量＜1％，其始融温度低于300℃，比市售的玻璃粉的始融温度更低，从而能够确保在火灾初始时(温度还未完全升起时)，低熔点玻璃粉就能够快速熔融并渗透到基材中，渗透厚度更大，冷却后形成致密且耐高温的玻璃态，进一步增强加固基材的作用，保护更强。
55.在一种优选的实施方式中，本发明的低熔点改性玻璃粉的制备方法包括以下步骤：
56.原料混合后熔炼，得到玻璃液，再冷却形成玻璃块，之后与蛭石研磨，得到低熔点改性玻璃粉；
57.其中，在研磨之前还包括洗涤玻璃块步骤；
58.在洗涤玻璃块的步骤中包括使用硅烷偶联剂对玻璃块进行处理。
59.在本发明中，低熔点改性玻璃粉的制备原料可以采用含sio2、p2o5、b2o3、li2o、bao、k2o以及na2o等成分的高纯环保无机非金属原材料，经工艺熔炼合成玻璃体，再依次经洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨以及精密分级等工序精制，其中，洗涤工艺中经硅烷偶联剂处理后的低熔点玻璃粉具有不易结团和相容性好的特点(与乳液相容性更佳)，因此在墙面基材、钢板以及聚酯膜等上具有良好的附着力，同时遇到火灾初始时，温度还未完全升起来时，低熔点玻璃粉熔融后会增强加固作用，使加固基材渗透厚度更大，保护性更强，适用于家装、机场、地铁、学校以及办公楼等各类场所。
60.一种低熔点改性玻璃粉的典型的制备方法，包括以下步骤：
61.步骤1：原料混合：各原料按重量比例加入混料机中混合均匀，得到混合料；
62.步骤2：熔炼：将步骤1得到的混合料放入电炉中先进行预热，预热温度约800℃，时间30min，完成后再加热进行熔炼得到玻璃液；
63.其中，熔炼温度上升到1300℃，时间60min；
64.步骤3：球磨：将步骤2得到的玻璃液水淬得到玻璃块，再放入球磨机中进行研磨得到粗玻璃颗粒，球磨时间为2小时；
65.步骤4：成品制备：将步骤3得到的粗玻璃颗粒放入精磨球磨机中，边球磨边加入蛭石，研磨时间8小时后得到低熔点改性玻璃粉。
66.本发明的低熔点改性玻璃粉的始融温度低于300℃，比市售的玻璃粉的始融温度更低，因此能够起到更强的基材加固作用，使加固基材渗透厚度更大，保护性更强。
67.在一种优选的实施方式中，本发明的增稠剂包括但不限于纤维素醚增稠剂、多糖类增稠剂以及碱溶胀型增稠剂中的至少一种。
68.在一种优选的实施方式中，本发明的增稠剂可以包括按质量份数计的以下组分：
69.纤维素醚增稠剂0.1-0.5份、多糖类增稠剂0.1-0.5份以及碱溶胀型增稠剂0.1-0.5份；
70.其中，纤维素醚增稠剂典型但非限制性的质量份数例如为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份；多糖类增稠剂典型但非限制性的质量份数例如为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份；碱溶胀型增稠剂典型但非限制性的质量份数例如为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份。
71.本发明对纤维素醚增稠剂不作具体的限定，本领域中常见的具有相应效果的产品均可，例如可以为羟乙基纤维素醚增稠剂，但不限于此；本发明对多糖类增稠剂不作具体的限定，本领域中常见的具有相应效果的产品均可，例如可以为黄原胶，但不限于此；本发明对碱溶胀型增稠剂不作具体的限定，本领域中常见的具有相应效果的产品均可，例如可以为碱溶胀型增稠剂ap16和碱溶胀型增稠剂ap15中的至少一种，但不限于此。
72.本发明中的增稠剂及其质量配比有利于进一步保证防火无机涂料的综合性能。
73.在一种优选的实施方式中，本发明的分散剂包括但不限于水性分散剂。
74.本发明对消泡剂的具体种类不作特别限定，例如可以为市面上常用的有机硅类消泡剂和矿物油类消泡剂中的至少一种，但不限于此。
75.在一种优选的实施方式中，本发明的钛白粉包括但不限于金红石型钛白粉，高岭土的质量份数至少5份，能够提高无机涂料的初期附着强度，减少与检测卡纸之间的附着力，重钙可以使用市面上常用的重钙800目、1250目，以上粉料为防止多价离子对无机体系稳定性影响，电导率值限定≤100，更有利于保证防火无机涂料的性能。
76.在一种优选的实施方式中，本发明的乳液包括但不限于苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液以及氟碳乳液中的至少一种，具有优异的耐碱性、机械稳定性，与硅酸钾的相容性好，有利于保证防火无机涂料的综合性能。
77.在本发明中，硅酸钾和硅溶胶均可以是经过改性后的产品，能够呈现稳定状态，硅酸钾的模数可以在3.0-5.0之间，能够保证无机涂料具有较佳的体系稳定性。
78.在本发明中，成膜助剂的具体种类或物质不作特别的限定，本领域中常见的具有相应效果的成膜助剂均可，例如可以为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯和醇类成膜助剂中的至少一种，但不限于此，有利于保证防火无机涂料的成膜效果。
79.在一种优选的实施方式中，本发明的具有高温增强加固作用的防火无机涂料包括按质量份数计的以下组分：
80.水25-40份、纤维素醚增稠剂0.1-0.5份、多糖类增稠剂0.1-0.5份、碱溶胀型增稠剂0.1-0.5份、水性分散剂0.6-1.0份、消泡剂0.2-0.6份、金红石型钛白粉8-15份、高岭土5-15份、重钙15-25份、低熔点改性玻璃粉5-15份、乳液0-5份、成膜助剂0-0.5份、硅酸钾8-20
份以及硅溶胶5-20份。
81.本发明提供的具有高温增强加固作用的防火无机涂料在各组分及其质量配比的协同配合下，具有出色的高温增强加固的作用，同时无机涂料满足有机物含量限定≤5％，满足德国蓝天使标准，高环保性，渗透性强，透气性佳，具有抗静电作用和a级不燃等级，而且在高温条件下不起皮脱落，漆膜不发黑，基材的加固性增大，从而能够有效防止破坏基材，起到保护墙面作用，同时也能够抑制火势的蔓延。
82.根据本发明的第二个方面，提供了一种上述任一项所述的具有高温增强加固作用的防火无机涂料的制备方法，包括以下步骤：
83.各组分按比例混合后得到具有高温增强加固作用的防火无机涂料。
84.本发明提供的防火无机涂料的制备方法，工艺简单且高效，无机涂料产品的优秀率高。
85.在一种优选的实施方式中，本发明的制备方法包括以下步骤：
86.(a)将纤维素醚增稠剂、多糖类增稠剂、水性分散剂、部分消泡剂以及部分水进行第一混合，之后再加入金红石型钛白粉、高岭土、重钙以及低熔点改性玻璃粉进行第二混合，得到预混浆；
87.其中，第一混合的转速可以为500-1000r/min；
88.第二混合的转速可以为2000-2500r/min；
89.(b)加入乳液、成膜助剂、硅酸钾、硅溶胶以及剩余的消泡剂进行第三混合，再加入碱溶胀型增稠剂和剩余的水调整粘度，得到防火无机涂料；
90.其中，第三混合的转速为900-1100r/min，可以优选为1000r/min。
91.本发明提供的防火无机涂料的制备方法，工艺简单且高效，无机涂料产品的优秀率高。
92.根据本发明的第三个方面，提供了一种上述任一项所述的具有高温增强加固作用的防火无机涂料在建筑物防火中的应用。
93.本发明提供的具有高温增强加固作用的防火无机涂料的应用，高温下能够有效加固墙体基材，增强加固作用，从而对墙体基材起到有效的保护作用，具有突出的应用效果。
94.下面通过实施例对本发明作进一步说明。如无特别说明，实施例中的材料为根据现有方法制备而得，或直接从市场上购得。
95.实施例1-5
96.实施例1-5提供了一种具有高温增强加固作用的防火无机涂料，组分及其配比见表1；
97.其中，纤维素醚增稠剂为羟乙基纤维素醚增稠剂，多糖类增稠剂为黄原胶，碱溶胀型增稠剂为碱溶胀型增稠剂ap16，水性分散剂为edaplan494，消泡剂为agitan 350，重钙为800目重钙，乳液为苯丙乳液，成膜助剂为2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇单异丁酸酯，硅酸钾的模数为3-5；
98.硅酸钾为改性硅酸钾，其改性方法为硅羟基上的三分之一的羟基通过r钝化技术被取代(r为有机物或者无机物)；
99.硅溶胶为改性硅溶胶，其改性方法为硅羟基上的羟基通过r钝化技术被取代(r为有机物或者无机物)；
100.低熔点改性玻璃粉中的sio2质量含量≥99％，p2o5质量含量≤0.1％、b2o3质量含量≤0.1％，li2o质量含量≤0.5％，bao质量含量≤0.2％，k2o质量含量＜1％，na2o质量含量＜1％；
101.低熔点改性玻璃粉的制备方法包括以下步骤：
102.低熔点改性玻璃粉的制备原料采用含sio2、p2o5、b2o3、li2o、bao、k2o以及na2o等成分的高纯环保无机非金属原材料，经工艺熔炼合成玻璃体，再依次经洗涤、干燥、粗磨、保纯精磨以及精密分级等工序精制，得到低熔点改性玻璃粉；
103.其中，洗涤工艺中利用硅烷偶联剂对玻璃体进行处理(使低熔点玻璃粉具有不易结团和相容性好的特点，与乳液相容性更佳)；
104.其中，熔炼工艺包括以下步骤：
105.原料混合后置于电炉中先进行预热，预热温度约800℃，时间30min，完成后再加热进行熔炼得到玻璃液，其中，熔炼温度上升到1300℃，时间60min，将得到的玻璃液水淬得到玻璃块。
106.表1
[0107][0108]
实施例6
[0109]
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中的低熔点改性玻璃粉未使用硅烷偶联剂进行处理，其余均与实施例5相同，得到具有高温增强加固作用的防火无机涂料。
[0110]
实施例7
[0111]
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中的低熔点玻璃粉为市售的玻璃粉(规格或牌号为gt 45)，其余均与实施例5相同，得到具有高温增强加固作用的防火无机涂料。
[0112]
实施例8
[0113]
本实施例为实施例1-7的具有高温增强加固作用的防火无机涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0114]
(a)预混浆制备：将部分水、纤维素醚增稠剂、多糖类增稠剂、水性分散剂、部分消泡剂依次加入分散缸搅拌均匀，转速为500-1000r/min，搅拌均匀后再依次加入金红石型钛白粉、高岭土、重钙以及低熔点玻璃粉进行高速分散20min，转速为2000-2500r/min，完成后进行细度检测，细度≤50微米为标准，得到预混浆；
[0115]
(b)将转速降低至1000r/min，然后依次加入乳液、成膜助剂、硅酸钾、硅溶胶以及剩余的消泡剂进行混合，最后用剩余的水和碱溶胀型增稠剂调整粘度到设定粘度值，再分散5min后包装，得到防火无机涂料。
[0116]
对比例1
[0117]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中未加入高岭土，以等量的水补齐，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0118]
对比例2
[0119]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中未加入低熔点改性玻璃粉，以等量的水补齐，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0120]
对比例3
[0121]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中未加入硅酸钾，以等量的水补齐，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0122]
对比例4
[0123]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中未加入硅溶胶，以等量的水补齐，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0124]
对比例5
[0125]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中高岭土的加入量为3份，并以水补齐至原料的总质量份数为100，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0126]
对比例6
[0127]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中低熔点改性玻璃粉的加入量为3份，并以水补齐至原料的总质量份数为100，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0128]
对比例7
[0129]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中硅酸钾的加入量为5份，并以水补齐至原料的总质量份数为100，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0130]
对比例8
[0131]
本对比例与实施例5的区别在于，本实施例中硅溶胶的加入量为3份，并以水补齐至原料的总质量份数为100，其余均与实施例5相同，得到无机涂料。
[0132]
试验例
[0133]
测试实施例1-7和对比例1-8提供的无机涂料的漆膜性能，结果见表2，其中，拉伸粘结强度的测试按jc/t 907-2018标准执行，拉伸粘结强度比的测试按jg/t 468-2015标准执行，加固性能的测试按jg/t 210-2018标准执行。
[0134]
表2
[0135][0136][0137]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。