專利名稱：水性膨脹型鋼結構防火涂料及制備方法
技術領域：
本發明涉及防火涂料領域，具體地指一種基于生物質電廠灰廢棄物綜合利用的水性膨脹型鋼結構防火涂料及制備方法。
背景技術：
現代化高層及大型建筑物的框架大多數采用鋼結構，雖然作為承重構件的鋼材具有強度高、自重輕、負荷能力大、抗震性能好、易施工、無污染、可循環利用等優點，但是，其導熱系數大，一旦遇到火災，在10-15min內其溫度可升至700°C，遠遠超過了自身的臨界溫度(540°C)，此時，因鋼材的屈服強度急劇下降至常溫態的40%左右而失去承載力，會引起建筑物垮塌。目前，我國多采用鋼結構防火涂料對其進行涂裝保護。防火涂料涂刷于鋼構件表面，遇火時涂層膨脹發泡形成炭化耐火隔熱保護層，隔絕氧氣，延滯鋼結構受熱的速度，避免鋼構件快速升溫，從而提高鋼結構的耐火時限，降低熱量傳遞的速度，推遲鋼結構溫升、強度變弱的時間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。目前國內外研究的鋼結構防火涂料主要有兩大類膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料，由于后者的防火性能較差，已經逐漸被淘汰，鋼的涂層本身多孔輕質和受熱后形成碳化泡沫層，阻止了熱量迅速向鋼基材傳遞，推遲了鋼基材強度的降低，從而提高了鋼結構的耐火極限。超薄膨脹型鋼結構防火涂料，與厚涂型和薄涂型鋼結構防火涂料相比，品種粒度更細、涂料層更薄，施工方便，經濟，裝飾性更好，在滿足鋼結構防火要求的同時，也能滿足人們高裝飾性要求；可廣泛使用于工業廠房、體育場館、候機樓、高層建筑等裝飾要求很高的鋼結構的防火保護，也適用于船舶、地下工程、電廠、機房等要求很高的設施內的木材、纖維板、塑料、電纜等易燃基材的`防火保護，是目前消防部門大力推廣的品種。專利200810231868. 7和01113320.1等公開了超薄膨脹型鋼結構防火涂料及其制備方法，專利201210008305. 8公開了一種防火涂料，這種涂料可廣泛應用于建筑材料領域。這些防火涂料多為溶劑型或含鹵防火涂料，它們雖然具有較好的防火效果，但容易對環境造成污染，特別是鹵素燃燒生成的有毒氣體容易造成人員中毒或窒息。
發明內容
本發明的目的是公開一種新型的基于生物質電廠灰綜合利用的新型的水性膨脹型鋼結構防火涂料的制備及其方法。以克服傳統有機膨脹型防火涂料存在的耐高溫性差、耐老化性差和耐水性差等缺點。為實現上述目的，本發明采用的技術方案為水性膨脹型鋼結構防火涂料，各組份按質量百分比計，其特征在于由幾個組份組成20-45%涂料基體、25-45%納米阻燃劑、O. 1-10%阻燃協效劑、1_10%填料、O. 2-5%助劑和 10-30% 水。所述納米阻燃劑由成炭劑、成炭催化劑、發泡劑和二氧化硅及表面活性劑組成；他們是對阻燃劑原料進行納米化而獲得；所述的對阻燃劑原料進行納米化的方法是通過沉淀法將阻燃劑原料固定在納米二氧化硅顆粒而制備得到的。所述的阻燃劑原料由成炭催化劑、成炭劑和發泡劑組成。所述的納米阻燃劑的具體制備步驟為把阻燃劑原料、占阻燃劑原料重量的5-50%的水玻璃和占阻燃劑原料重量的O. 5-50%的表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量的1-5倍的水中加熱到50-90 °C后，用酸調節pH值到5-8，反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。所述成炭催化劑選自聚磷酸銨、紅磷、磷酸胍、磷酸脲、磷酸二氫銨、焦磷酸銨中的一種或多種；所述成炭劑選自淀粉、葡萄糖、三梨醇、季戊四醇、雙季戊四醇、三季戊四醇中的一種或多種。所述發泡劑選自尿素、雙氰胺、三聚氰胺中的一種或多種。所述的表面活性劑選自十二烷基羥丙基磷酸酯甜菜堿(BS-12 )與烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)、硅烷偶聯劑、脂肪酸聚氧乙烯酯、十二烷基硫酸鈉(SDS)、聚乙烯醇、聚乙烯亞胺、聚乙烯醇-聚乙烯亞胺-聚乙烯醇中的一種或多種復配。所述阻燃協效劑選自生物質電廠灰；進一步地，通常地，所述生物質灰是指生物質電廠以農林固體廢物為燃料燃燒后由布袋除塵器收集的鍋爐飛灰。所述填料選自鈦白粉、銻白粉、氧化鐵、輕質碳酸鈣、硅酸鋁纖維素、高嶺土、云母粉、酞菁、可膨脹石墨、鱗 片石墨中的一種或多種。所述涂料基體由5-10%的自交聯硅丙乳液、丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯乳液中的一種或多種與10%-35%水性環氧乳液、1%-5%水性環氧固化劑組成，涂料基體總量為20-45%;環氧固化劑是與環氧樹脂發生化學反應，形成網狀立體聚合物，把復合材料骨材包絡在網狀體之中.促成固化反應的物質。所述助劑選自醇酯-12、羥乙基纖維素、甲基羥乙基纖維素、聚醚改性聚硅氧烷類流平劑TEGO Flow425、聚醚改性聚硅氧烷類流平劑BYK-333、聚醚改性聚硅氧烷類流平劑JY3033中的一種或多種。所述的醇酯-12的化學成分2，24-三甲基_1，3_戊二醇單異丁酯。上述利用原材料制備的水性膨脹型鋼結構防火涂料的制備方法包括如下步驟(I)納米阻燃劑的制備將阻燃劑原料、占阻燃劑原料重量的5-50%的水玻璃和占阻燃劑原料重量的O. 5-50%的表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量的1-5倍的水中加熱到50-90°C后，用酸調節pH值到5-8，反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。( 2 )防火涂料的制備先將涂料基體中的水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和水，攪拌10-30min后加入球磨機中研磨，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中，出料裝桶。采取以上步驟，可制備出本發明描述的具有低成本高效率水性膨脹型鋼結構防火涂料。本發明提出了一種生物質電廠灰綜合利用的水性膨脹型鋼結構防火涂料及制備方法，由于本發明采用了納米阻燃劑體系，并將這種納米阻燃劑應用于膨脹型鋼結構防火涂料中，從而大大改善了防火涂料的防火性能.其優點主要體現在如下幾個方面其一，本發明之膨脹型鋼結構防火涂料原材料來源廣泛，利用農業、工業領域中固體廢棄物制備環境友好、經濟、多功能特性的綠色材料，是固體廢棄物資源化利用以及防火涂料的重要發展方向之一，具有顯著的經濟及社會效益；其二，本發明所述的防火涂料具有較強的耐候性、耐水性和耐水析出性；其三，本發明由于采用納米阻燃技術，對納米阻燃劑進行表面改性，從而提高了阻燃劑在涂料中的分散性能，進而提高了涂料的理化性能；其四，由于本發明采用生物質電廠灰作為阻燃協效劑，明顯提高了碳化層的強度以及耐高溫性，從而提高了涂料的耐火極限；其五，由于本發明在制備納米阻燃劑的過程中加入了具有阻燃性能的表面改性劑，增強了防火涂料的防火性能，從而有助于提高涂料的耐火極限；其六，由于本發明采用的涂料基質乳液體系(水性環氧體系和自交聯硅丙乳液)均具有微交聯結構，提高了涂層的致密程度，其中自交聯硅丙乳液含有硅元素，在火焰燒蝕下能在炭化層表面形成堅硬的白色陶瓷狀物質，從而提高炭化層強度，延長其耐火極限。
具體實施例方式為了更好地解釋本發明，以下結合具體實施例進一步闡明本發明的主要內容，但本發明的內容不僅僅局限于以下實施例。本發明表I所列的原料均從市場直接購買。實施例1 :
請參閱表I和表2中所列舉的本發明的防火涂料配方。( I)納米阻燃劑的制備將各阻燃劑原料、水玻璃和表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量5倍的水中加熱到85°C后用稀硫酸調節pH值到6. 5，反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。(2)防火涂料的制備先將水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和適量水，攪拌30 min后加入球磨機中研磨一次，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中。出料裝桶。理化性能測試根據GB 14907 一 2002進行，所得本發明的防火涂料的性能見表3的實施例1。從表3可以看出本實施例中所制備的膨脹型防火涂料均勻無結塊，細度、干燥時間、附著力、柔韌性和耐沖擊性均在技術指標要求范圍內，對水性和耐火性也都達到技術制備要求，因此該涂料的綜合性能優良。實施例2 請參閱表I和表2中所列舉的本發明的防火涂料配方。(I)納米阻燃劑的制備將各阻燃劑原料、水玻璃和表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量4倍的水中加熱到90°C后用稀鹽酸調節pH值到7.0，反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。( 2 )防火涂料的制備先將水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和適量水，攪拌15min后加入球磨機中研磨一次，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中。出料裝桶。理化性能測試根據GB 14907 一 2002進行，所得本發明的防火涂料的性能見表3的實施例2。從表3可以看出本實施例中所制備的膨脹型防火涂料均勻無結塊，細度、干燥時間、附著力、柔韌性和耐沖擊性均在技術指標要求范圍內，對水性和耐火性也都達到技術制備要求，因此該涂料的綜合性能優良。實施例3 請參閱表I和表2中所列舉的本發明的防火涂料配方。(I)納米阻燃劑的制備將各阻燃劑原料、水玻璃和表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量3倍的水中加熱到50°C后用稀硫酸調節pH值到7. 5，反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。(2)防火涂料的制備先將水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和適量水，攪拌20min后加入球磨機中研磨一次，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中。出料裝桶。理化性能測試根據GB 14907 一 2002進行，所得本發明的防火涂料的性能見表3的實施例3。從表3可以看出本實施例中所制備的膨脹型防火涂料均勻無結塊，細度、干燥時間、附著力、柔韌性和耐沖擊性均在技術指標要求范圍內，對水性和耐火性也都達到技術制備要求，因此該涂料的綜合性能優良。實施例4 請參閱表I和表2中所列舉的本發明的防火涂料配方。( I)納米阻燃劑的制備將各阻燃劑原料、水玻璃和表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量5倍的水中加熱到50°C后用稀硫酸調節pH值到8. O,反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。( 2 )防火涂料的制備先將水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和適量水，攪拌30min后加入球磨機中研磨一次，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中。出料裝桶。理化性能測試根據GB 14907 一 2002進行，所得本發明的防火涂料的性能見表3的實施例4。從表3可以看出本實施例中所制備的膨脹型防火涂料均勻無結塊，細度、干燥時間、附著力、柔韌性和耐沖擊性均在技術指標要求范圍內，對水性和耐火性也都達到技術制備要求，因此該涂料的綜合性能優良。實施例5:請參閱表I和表2中所列舉的本發明的防火涂料配方。(I)納米阻燃劑的制備將各阻燃劑原料、水玻璃和表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量5倍的水中加熱到90°C后用稀硫酸調節pH值到5. O,反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。(2)防火涂料的制備先將水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和適量水，攪拌IOmin后加入球磨機中研磨一次，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中。出料裝桶。理化性能測試根據GB 14907 一 2002進行，所得本發明的防火涂料的性能見表3的實施例5。從表3可以看出本實施例中所制備的膨脹型防火涂料均勻無結塊，細度、干燥時間、附著力、柔韌性和耐沖擊性均在技術指標要求范圍內，對水性和耐火性也都達到技術制備要求，因此該涂料的綜合性能優良。實施例6 比較例請參閱表2中所列舉的本發明的防火涂料配方。先將水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、阻燃協效劑、填料、助劑和適量水，攪拌IOmin后加入球磨機中研磨一次，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中。出料裝桶。理化性能測試根據GB 14907 一 2002進行，所得本發明的防火涂料的性能見表3的比較例。從表3可以看出本實施例中所制備的膨脹型防火涂料均勻無結塊，細度、干燥時間、附著力、柔韌性和耐沖擊性均在技術指標要求范圍內，對水性和耐火性也都達到技術制備要求，因此該涂料的綜合性能優良。表I本發明納米阻燃劑實施例配比(單位Kg)
權利要求
1.水性膨脹型鋼結構防火涂料，各組份按質量百分比計，其特征在于由幾個組份組成20-45%涂料基體、25-45%納米阻燃劑、0. 1-10%阻燃協效劑、1_10%填料、0. 2-5%助劑和 10-30% 水。
2.根據權利要求1所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述納米阻燃劑由成炭劑、成炭催化劑、發泡劑和二氧化硅及表面活性劑組成；所述的阻燃劑原料由成炭催化劑、成炭劑和發泡劑組成，對阻燃劑原料進行納米化而獲得；所述的對阻燃劑原料進行納米化的方法是通過沉淀法將阻燃劑原料固定在納米二氧化硅顆粒而制備得到的。
3.根據權利要求2所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述的納米阻燃劑的具體制備步驟為把阻燃劑原料、占阻燃劑原料重量的5-50%的水玻璃和占阻燃劑原料重量的0. 5-50%的表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量的1-5倍的水中加熱到50-90°C后，用酸調節pH值到5-8，反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑。
4.根據權利要求2所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述成炭催化劑選自聚磷酸銨、紅磷、磷酸胍、磷酸脲、磷酸二氫銨、焦磷酸銨中的一種或多種；所述成炭劑選自淀粉、葡萄糖、三梨醇、季戊四醇、雙季戊四醇、三季戊四醇中的一種或多種；所述發泡劑選自尿素、雙氰胺、三聚氰胺中的一種或多種。
5.根據權利要求2所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述的表面活性劑選自十二烷基羥丙基磷酸酯甜菜堿、烷基酚聚氧乙烯醚、硅烷偶聯劑、脂肪酸聚氧乙烯酯、十二烷基硫酸鈉、聚乙烯醇、聚乙烯亞胺、聚乙烯醇-聚乙烯亞胺-聚乙烯醇中的一種或多種復配。
6.根據權利要求1所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述阻燃協效劑選自生物質電廠灰。
7.根據權利要求1所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述填料選自鈦白粉、銻白粉、氧化鐵、輕質碳酸鈣、硅酸鋁纖維素、高嶺土、云母粉、酞菁、可膨脹石墨、鱗片石墨中的一種或多種。
8.根據權利要求1所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述涂料基體由5-10%的自交聯硅丙乳液、丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚醋酸乙烯乳液中的一種或多種與10%-35%水性環氧乳液、1%-5%水性環氧固化劑組成，涂料基體總量為20-45%。
9.根據權利要求1所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于所述助劑選自2，24-三甲基-1，3-戊二醇單異丁酯、羥乙基纖維素、甲基羥乙基纖維素、聚醚改性聚硅氧烷類流平劑TEGO Flow425、聚醚改性聚硅氧烷類流平劑BYK-333、聚醚改性聚硅氧烷類流平劑JY3033中的一種或多種。
10.根據權利要求1-9之一所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料的制備方法，其特征在于包括如下步驟 (1)納米阻燃劑的制備 將阻燃劑原料、占阻燃劑原料重量的5-50%的水玻璃和占阻燃劑原料重量的0. 5-50%的表面活性劑加入到為阻燃劑原料重量的1-5倍的水中加熱到50-90°C后，用酸調節pH值到5-8，反應兩小時后冷卻、過濾洗滌反應產物，干燥后得到所述的納米阻燃劑； (2)防火涂料的制備先將涂料基體中的水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中，攪拌均勻后，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和水，攪拌10-30min后加入球磨機中研磨一次，均勻混合后用刮板細度計檢測涂料的細度是否達到要求，達到要求后停止研磨， 用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中，出料裝桶。
全文摘要
本發明涉及一種水性膨脹型鋼結構防火涂料及其制備方法，各組份按質量百分比計，防火涂料由20-45%涂料基體、25-45%納米阻燃劑、0.1-10%阻燃協效劑、1-10%填料、0.2-5%助劑和5-30%水組成，防火涂料制備方法先制備納米阻燃劑，再將涂料基體中的水性環氧乳液、水性環氧固化劑和自交聯硅丙乳液加入攪拌桶中攪拌均勻，加入納米阻燃劑、阻燃協效劑、填料、助劑和水，攪拌10-30min后加入球磨機中研磨，檢測涂料細度是否達到要求，達到要求后停止研磨，用濾網過濾，分離研磨珠和涂料，將涂料裝入指定的罐中，出料裝桶。本發明的防火涂料膨脹倍率高，耐火極限可達120min，涂層厚度2mm。該涂料制備方法簡單，解決了生物質發電領域中固體廢棄物，成本低，應用廣泛，具有顯著的經濟及社會效益。
文檔編號C09D163/00GK103045037SQ20121054478
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者方章建, 鄭興才, 程宇婷, 卓之久 申請人:中盈長江國際新能源投資有限公司