一種水性膨脹型鋼結構防火涂料的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于功能涂料技術領域，特別涉及一種鋼結構建筑用水性膨脹型防火涂料 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國經濟的持續發展和鋼產量的逐步提高，鋼結構建筑物不斷涌現，特別是 輕鋼結構的發展更是如火如荼，鋼結構的應用范圍從工業和大型公共設施建設擴展到民用 建筑等更加廣泛的領域，然而，雖然鋼結構具有強度高、加工性能好等優點，但其耐火性能 差也是不可回避的問題。在鋼結構表面涂刷防火涂料是目前鋼結構防火保護中的常用方 法，水性超薄型鋼結構防火涂料在常溫下和其它涂層一樣，可起到保護和裝飾基材的作用， 當涂料遇火時涂層能發生膨脹，形成比原來涂層厚十幾倍甚至幾十倍的海綿狀炭層結構， 起到良好的隔熱效果，從而延長鋼結構的耐火極限。
[0003] 但是，現有的鋼結構防火涂料存在的主要問題是，涂層遇火后發泡倍率過高，一般 在六十倍以上，這導致炭層的內聚強度較差，炭層較為疏松，而實際火場中火焰本身是有沖 擊力的，這就要求膨脹炭層要具有一定的機械強度。疏松的膨脹炭層對抗火焰和熱氣流沖 擊性差，發泡炭層容易從鋼結構表面脫落。這會導致防火保護的過早失效，不利于對鋼結構 建構構筑物的隔熱保護。
[0004] 例如，中國專利CN 102627891 A公開了一種新型的水性超薄型鋼結構防火涂料， 該專利公開的耐火性能測試數據如下：
[0005]
【發明內容】
[0006] 鑒于上述技術問題，本發明的目的是研制一種新型的水性膨脹型鋼結構防火涂 料，能夠克服膨脹炭層致密度差、在火焰及氣流沖擊下易掉落的不足。
[0007] 本發明采用環氧樹脂改性醋叔乳液為基料，并設定了膨脹阻燃填料聚磷酸銨、三 聚氰胺和季戊四醇三者的比例及總的添加量，再添加與聚磷酸銨分解產物有反應活性的無 機耐高溫顏料鈦白粉作為炭層骨架的增強劑，并且提高炭層的抗氧化性。
[0008] 本發明的水性超薄型鋼結構防火涂料的組成按重量百分比如下： 改性醋叔乳液 17-26% 聚磷酸銨 19~30u/ 季戊四醇 8~12%
[0009] 三聚氰胺 7~W% 鈦白粉 水 余量，
[0010]上述改性醋叔乳液為E-20固體環氧樹脂改性醋叔乳液，其組成按重量百分比為： E-20環氧樹脂1~5%、乳化劑0.1~0.6%、助溶劑5~10%、余量為醋叔乳液，
[0011] 其中，環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂E-20,乳化劑為法國先創牌號為ES100的含環 氧基團的反應型乳化劑，助溶劑由丙二醇乙醚、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的 一種或幾種組成，
[0012] 上述改性醋叔乳液的制備過程如下：
[0013] 按各組分重量百分比，將環氧樹脂E-20、乳化劑、助溶劑加入帶有攪拌器、冷凝管 的反應釜中，90°C加熱至固相熔融后降溫至60°C，保溫并在高剪切力作用下滴加醋叔乳液， 至粘度突變后保持攪拌〇.5h，最后加入剩余的醋叔乳液并攪拌均勻，得到環氧改性醋叔乳 液，
[0014] 本發明還提供了一種上述水性超薄型鋼結構防火涂料的制備方法:按各組分重量 百分比，將聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、鈦白粉、水加入到高速分散機中預分散后，栗送 至砂磨機，研磨至規定細度，轉移至調漆釜，然后加入改性醋叔乳液攪拌均勻，即制成本發 明所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料。
[0015] 本發明以改性醋叔乳液為涂料的基料，該改性過程不同于物理混拼，而是在環氧 樹脂乳化過程中原位改性，更好地兼具了環氧樹脂和醋叔乳液作為涂料漆基的優異性能， 特別是環氧改性醋叔乳液提高了醋叔基料的熱穩定性，降低了熱燒蝕速率，從而增加了其 與膨脹阻燃填料的反應時長，使發泡炭層更加致密，保證了膨脹炭層具有一定的抗沖擊強 度；
[0016] 聚磷酸銨為脫水成炭催化劑，優選經包覆改性的高聚合度II型產品；
[0017] 三聚氰胺為發泡劑，其分解產生的不燃性氣體"吹起"炭層起到膨脹發泡的作用；
[0018] 季戊四醇為成炭劑，優選超細產品，如此可以縮短制漆研磨時間；
[0019] 鈦白粉為著色顏料，在本發明中還作為活性物質參與聚磷酸銨的系列化學反應過 程，鈦白粉與聚磷酸銨反應產物焦磷酸鈦起到炭層支撐和抗氧化作用，提高了炭層強度和 高溫抗氧化性，本發明中優選銳鈦型鈦白粉。
[0020] 本發明的有益效果在于：
[0021] (1)本發明將環氧樹脂改性醋叔乳液作為成膜物質應用到配方體系中后，制成的 防火涂料在遇火膨脹后，使得發泡倍率降低，炭層厚度減薄，能夠形成高內聚強度的膨脹炭 層，從而有效緩解了醋叔乳液基水性膨脹型鋼結構防火涂料炭層強度差，易沖蝕掉落的弊 病;同時因為膨脹炭層更加致密和均勻，故其隔熱性能并未下降，反而有所提升；
[0022] (2)本發明使用了環氧改性醋叔乳液，及優選聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇三者 的比例及總的添加量，再添加與聚磷酸銨分解產物有反應活性的無機耐高溫顏料鈦白粉 后，使得炭層抗高溫氧化性增強，提高耐火時長。
【具體實施方式】
[0023] 各實施例的原料及其按重量百分數計的含量、主要性能指標列于下表1:
[0024]
[0025] 注:本表中的數據均在中航百慕新材料技術股份有限公司研發的膨脹涂料防火性 能快速測試裝置上測得，耐火極限以Q235鋼板背溫達到580°C時長計。
[0026] 上表中各實施例的制造方法相同，具體方法如下：
[0027] 首先制造環氧樹脂改性醋叔乳液，過程如下：
[0028] (1)按照上述組分及含量備料；
[0029] (2)將破碎、研磨、篩分（20目篩下）的固體環氧樹脂E-20、含環氧基團的反應型乳 化劑、助溶劑混合，在反應釜中90°C的條件下加熱溶解后在800r/min下攪拌混合0.5h，然后 降溫到60°C;
[0030] (3)溫度保持在60°C，調高轉速在1200r/min轉速條件下，逐滴加入醋叔乳液(上海 杰邦化工JE-II型），直到體系的粘度突然下降，繼續維持攪拌0.5h后加入剩余的醋叔乳液 攪拌均勻，即得環氧改性醋叔乳液；
[0031 ]然后再生產水性膨脹型鋼結構防火涂料，方法如下：
[0032]將聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、鈦白粉、溶劑水加入到高速分散機中預分散 15min后，栗送至砂磨機，研磨至細度小于100μπι，轉移至調漆釜，然后加入上述環氧改性醋 叔乳液低速攪拌均勻，即制成本發明所述的改進的水性膨脹型鋼結構防火涂料。
[0033] 上述實施例1、2、3中的涂膜厚度與【背景技術】中提到的文獻"CN 102627891A"中的 涂膜厚度相比明顯變薄了，但是耐火時長卻更長，這表明本發明涂料耐火性能更優異。
[0034] 表2為本發明的產品與市售鋼結構防火涂料性能比較：
[0035] 表 2
[0036]
[0037] 本表(及下表3)中的數據均在中航百慕新材料技術股份有限公司研發的膨脹涂料 防火性能快速測試裝置上測得，試驗爐溫符合GB/T 9978的溫升曲線，耐火極限以Q235鋼板 背溫達到580°C時長計。
[0038] 由上表數據易知，本發明改進的水性膨脹型鋼結構防火涂料在更薄的涂層下，即 具有高效的防火隔熱效果，表現出更高的耐火時長。另外，本發明改進的水性膨脹型鋼結構 防火涂料具有與先前CN 102627891 A公開的專利產品同樣的貯存穩定性和施工性能。 [0039] 對比實施例1
[0040]與上述實施例3相比，以單純的醋叔乳液為基體樹脂，其余工藝與實施例1相同，具 體制備過程:將聚磷酸銨28.5重量份、三聚氰胺9.0重量份、季戊四醇9.2重量份、鈦白粉9.4 重量份、溶劑水20.6重量份加入到高速分散機中預分散15min后，栗送至砂磨機，研磨至細 度小于100μπι，轉移至調漆釜，然后加入醋叔乳液(上海杰邦化工JE-II型）21重量份低速攪 拌均勻，即制成水性膨脹型鋼結構防火涂料。涂料主要性能指標列于下表3。
[0041 ] 對比實施例2
[0042]與上述實施例3相比，在制備環氧改性醋叔乳液的過程中，將環氧樹脂在乳化劑的 作用下事先和醋酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯混合單體預乳化，然后加入引發劑及剩余乳化劑， 乳化液混合物在升溫和攪拌下發生自由基聚合反應得到；制備涂料的其余工藝與實施例3 相同。涂料主要性能指標列于下表3。
[0043] 對比實施例3
[0044] 與上述實施例3相比，采用"先將環氧樹脂乳化制備成環氧乳液，再與醋叔乳液物 理混拼"的工藝代替"環氧改性醋叔乳液制備"，制備涂料的其余工藝與實施例3相同。涂料 主要性能指標列于下表3。
[0045] 表 3
[0046]
【主權項】
1. 一種水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于:所述的防火涂料以改性醋叔乳液為 基料。2. 如權利要求1所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于:所述的改性醋叔乳液 為環氧樹脂改性醋叔乳液，其組成按重量百分比為，環氧樹脂1~5%、乳化劑0.1~0.6%、 助溶劑5~10%、余量為醋叔乳液。3. 如權利要求1所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于:所述的改性醋叔乳液 為環氧樹脂改性醋叔乳液，其制備過程如下， 將環氧樹脂、乳化劑、助溶劑混合加熱至固相熔融后，在剪切力作用下滴加醋叔乳液， 至粘度突變后繼續攪拌，并加入剩余的醋叔乳液攪拌均勻，得到環氧改性醋叔乳液。4. 如權利要求2或3所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于:所述的環氧樹脂 為雙酸A型環氧樹脂E-20。5. 如權利要求2或3所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于:所述的乳化劑為 含環氧基團的反應型乳化劑。6. 如權利要求2或3所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于:所述的助溶劑由 丙二醇乙醚、丙二醇甲醚、乙二醇乙醚和乙二醇丁醚中的一種或幾種組成。7. 如權利要求2或3所述的水性膨脹型鋼結構防火涂料，其特征在于:所述的防火涂料 的組成按重量百分比如下， 改性醋叔乳液 17~26:% 聚磷酸銨 19~30% 季戊四醇 8~12% 三聚氰胺 7-14% 鈦白粉 9~13% 水 余量。8. 如權利要求7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:所述制備 方法為，按各組分重量百分比，將聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、鈦白粉、水混合預分散后， 進行研磨，然后加入改性醋叔乳液攪拌均勻，即制成水性膨脹型鋼結構防火涂料。
【專利摘要】本發明涉及一種水性膨脹型鋼結構防火涂料，屬于功能涂料技術領域。該防火涂料采用環氧改性醋酸乙烯、叔碳酸乙烯酯共聚醋叔乳液(下稱醋叔乳液)為基料，環氧的改性提高了醋叔乳液基料的熱穩定性，降低了熱燒蝕速率，增加了其與阻燃填料的反應時長，使得膨脹發泡炭層更加致密，有效改善了炭層火焰沖擊易掉落的弊病，形成了低膨脹倍率高隔熱效果的炭層。經測試，該發明的涂層干膜厚度為1mm時，耐火極限可達69min，耐火性能可靠。
【IPC分類】C09D5/18, C09D7/12, C09D131/04
【公開號】CN105440829
【申請號】CN201510918471
【發明人】吳潤澤, 劉棋, 程軍, 張斌, 王桂銀, 張孟菲
【申請人】江蘇蘭陵高分子材料有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年12月11日