一種新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料的制備方法
【專利摘要】本新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料，可用于高層建筑等鋼結構防火，本發明運用液體硅酸鈉等無機材料體系，獲得發泡膨脹優異并且無毒無害的配方。其制備方法如下：稱量40-55wt％液體硅酸鈉，8-15wt％膨脹石墨，5-15wt％低熔點玻璃粉，14-25wt％氫氧化鎂，外加占體系5-10wt％乳膠粉，適量水。將原料充分混合，加入到攪拌機中高速攪拌半小時，混合均勻得到新型無機膨脹鋼結構防火涂料，即可涂覆與鋼結構材料表面。在火災中，可迅速膨脹10倍以上，有效隔熱，并且無機材料無毒無害，是一種性能優秀的防火涂料。
【專利說明】一種新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料的制備方法
[0001] 發明名稱
[0002] -種新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料的制備方法 1技術領域
[0003] 本發明屬于鋼結構防火消防及特種涂料領域，具體涉及一種新型無機超薄膨脹鋼 結構防火涂料的制備方法及詳細配方。 2【背景技術】
[0004] 鋼結構是一種自重輕，強度高，擁有諸多優點的現代建筑材料，目前隨著建筑行業 的高速發展，鋼結構在其中的運用越來越廣泛，雖然鋼結構材料自身不能燃燒，但是其熱容 非常小，導熱迅速，同時，當鋼結構材料的溫度上升到560°C左右時，鋼構材料將喪失2/3的 強度，這時將不足以支撐建筑的重量而導致垮塌，其中9. 11事件大廈倒塌的主要原因之一 就是由于撞擊到大廈鋼結構防火涂料的脫落，最終大廈結構失去支撐所需要的強度而轟然 倒塌。由此可見對于建筑支撐部分鋼結構的防火工作非常必要，其中最有效的方法就是涂 覆鋼結構防火涂料。
[0005] 鋼結構防火涂料可分為厚型無機鋼結構防火涂料，有機樹脂薄型鋼結構防火涂料 以及有機乳液超薄型鋼結構防火涂料。目前市場上已經廣泛運用有機乳液超薄膨脹型鋼結 構防火涂料，這類涂料使用硅丙乳液，苯丙乳液等有機乳液作為粘結劑，以聚磷酸銨季戊四 醇-三聚氰胺三者之間的高溫反應膨脹所得的碳層為主要隔熱防火層，同時添加部分膨脹 劑增加膨脹效率，以及添加二氧化鈦、金屬氫氧化物等增強膨脹層的強度，以期等到更好的 膨脹性和更長的阻燃時間。
[0006] 有機超薄膨脹性鋼結構防火涂料，在火災中可膨脹10倍以上，聚磷酸銨分解，使 得季戊四醇脫水炭化形成碳層，三聚氰胺高溫產生氣體使碳層膨脹起來，三者反應配合很 好，故效果優秀。但是有很大的缺點：第一，膨脹層強度不高，通常只有數千帕，在持續的高 溫火源沖擊中，將被逐漸氧化，故而，耐火時間有限，一般1-2個小時是其極限；第二，由于 有機超薄鋼結構防火涂料其有機組分高達90%，只有少量無機填料，阻燃后無機殘余物較 少，不能提供更好阻燃效果；第三，火災中，火災產生的有毒煙氣首先造成人員昏迷，隨后為 大火吞噬，有機超薄型鋼結構防火涂料大量有機物在火災中分解產生大量有毒煙氣。
[0007] 介于目前廣泛運用的有機膨脹鋼結構防火涂料的固有缺點，本發明從無機，超薄， 發泡，減少有毒煙氣幾個方面著手進行了大量的嘗試，開發了新型超薄鋼結構防火涂料。
[0008] 通過實驗和調閱大量文獻，結合膨脹涂料形成體的各方面原理特點，特別是無機 基料粘結劑和無機高溫粘結劑以及發泡劑的選擇，本發明研究了一個新的無機膨脹體系， 有別于上文提到的有機膨脹體系，獲得最優基礎配方。所得產品在耐火實驗中可迅速膨脹 至10倍，高效隔熱，高溫中低熔玻璃粉熔化固結無機材料，其他材料高溫軟化的同時在灼 燒中發泡并整體陶瓷化。就膨脹倍數與有機超薄膨脹鋼結構防火涂料持平外，膨脹層強度 和阻燃效果兩項指標已經大大高于于目前廣泛運用的有機超薄膨脹鋼結構防火涂料。經檢 測，最優配方所得耐水性等物化性能也很優異。
[0009] 本發明樣品與有機超薄鋼結構防火涂料及厚型無機鋼結構防火涂料的主要性能 指標對比如下表1所示。
[0010] 表1鋼結構防火涂料的主要性能對比
[0011]
[0012] 通過表1對比可以看出，本發明所獲得的產品在幾個影響阻燃效果的參數上有很 好的優勢，其特點在于無機膨脹體系的發現，原料廉價易得，產品性能優良。根據研究，阻燃 中達到比有機超薄膨脹效果更好的阻燃效果的同時，極少的煙氣量和更強的強度，此時，面 對一般的撞擊，涂層將不會脫落了，獲得更長的阻燃時間。 3
【發明內容】
[0013] 本發明以液體硅酸鈉、膨脹石墨、低熔點玻璃粉、氫氧化鎂等為主要原材料，再加 入一定量乳膠粉作為常溫助粘劑。該無機超薄膨脹鋼結構防火涂料的具體制備工藝如下： 首先將原料進行預處理，研磨過100目篩備用，稱量40-55wt%液體娃酸鈉，8-15wt%膨脹 石墨，5-15wt%低熔點玻璃粉，14-25wt%氫氧化鎂，外加占體系5-lOwt%乳膠粉，適量水。 將原料充分混合，加入到攪拌機中高速攪拌半小時，混合均勻得到新型無機膨脹鋼結構防 火涂料，在火災中，可迅速膨脹10倍以上，有效隔熱，并且無機材料無毒無害。
[0014] 本發明的特點和創新在于：
[0015] 1、發明了一種新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料配方，及新型無機膨脹體系。這 一體系在火災中互相配合快速發泡，高效隔熱。
[0016] 2、在無機超薄膨脹鋼結構防火涂料配方中，使用液體硅酸鈉作為常溫粘結劑，克 服了有機乳液等粘結劑在高溫分解產生的大量煙氣的問題，同時可在高溫灼燒時，和其他 無機材料一起陶瓷化，大大增強膨脹層的強度。
[0017] 3、本發明中創造性運用低熔點玻璃粉的低熔性能在涂料層受到高溫灼燒是，熔融 重新固化無機阻燃體系，同時軟化保存住發泡劑產生的氣體，獲得更好的膨脹隔熱層。
[0018] 4、本發明中使用的氫氧化鎂，受熱分解出氧化鎂和水蒸氣，氧化鎂是高溫阻燃劑， 增強膨脹層強度，同時是高效抑煙劑，發泡氣體為水蒸氣而不是各類有機反應氣體是本發 明有毒煙氣進一步減少的另一重要原因
[0019] 5、本發明鋼結構防火涂料配方的制備，制備方法工藝簡單，操作方便，設備要求 低，原料廉價易得，產品性能突出，并且生產高效。 4【具體實施方式】
[0020] 新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料制備包括以下的步驟：原料預處理，液體硅酸 鈉、膨脹石墨、低熔點玻璃粉、氫氧化鎂、乳膠粉等原料的稱量、混合、高速攪拌等一系列步 驟。通過大量實驗，及對產品性能的檢測，在實施過程中，可以優先考慮以下方案。
[0021] 實施例1
[0022] 稱量45wt%液體硅酸鈉，20wt%氫氧化鎂，15wt%低熔點玻璃粉，10wt%膨脹石 墨，外加占體系7wt%乳膠粉，3%的減水劑、消泡劑、流平劑等其他助劑以及適量的水，混合 均勻，將充分混合的原料加入高速涂料攪拌機，高速攪拌半個小時到一個小時，使產品充分 攪拌均勻，然后將獲得的無機涂料通過涂刷或者噴涂的方式一次性涂覆到鋼材表面，在一 定溫度和濕度條件下養護一段時間即可。經測試，此配方獲得產品3_涂層的阻燃時間超 過3小時，有毒煙氣只有有機超薄膨脹型鋼結構防火涂料的1/10,阻燃中，涂層膨脹9倍左 右，并且強度達到300Kpa，大大超過有機型鋼結構防火涂料阻燃膨脹層的強度。
[0023] 實施例2
[0024] 稱量45wt%液體硅酸鈉，22. 5wt%氫氧化鎂，10wt%低熔點玻璃粉，9wt%膨脹石 墨，外加占體系llwt %乳膠粉，2. 5%的減水劑、消泡劑、流平劑等其他助劑以及適量的水， 混合均勻，將充分混合的原料加入高速涂料攪拌機，高速攪拌半個小時到一個小時，使產品 充分攪拌均勻，然后將獲得的無機涂料通過涂刷或者噴涂的方式一次性涂覆到鋼材表面， 在一定溫度和濕度條件下養護一段時間即可。經測試，此配方獲得產品3_涂層的阻燃時 間超過3小時，有毒煙氣只有有機超薄膨脹型鋼結構防火涂料的1/10,阻燃中，涂層膨脹7 倍左右，膨脹層非常致密，并且強度提高達到IMpa左右，大大超過有機型鋼結構防火涂料 阻燃膨脹層僅有的數千帕強度。
[0025] 實施例3
[0026] 稱量51. 5wt%液體硅酸鈉，21. 5wt%氫氧化鎂，6. 5wt%低熔點玻璃粉，12. 5wt% 膨脹石墨，外加占體系7. 5wt%乳膠粉，少量的減水劑、消泡劑、流平劑等其他助劑以及適量 的水，混合均勻，將充分混合的原料加入高速涂料攪拌機，高速攪拌半個小時到一個小時， 使產品充分攪拌均勻，然后將獲得的無機涂料通過涂刷或者噴涂的方式一次性涂覆到鋼材 表面，在一定溫度和濕度條件下養護一段時間即可。經測試，此配方獲得產品3_涂層的阻 燃時間超過3小時，有毒煙氣只有有機超薄膨脹型鋼結構防火涂料的1/10,阻燃中，涂層膨 脹12倍左右，膨脹層較為致密，并且強度提高達到500Kpa左右，大大超過有機型鋼結構防 火涂料阻燃膨脹層僅有的數千帕強度。
【主權項】
1. 該新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料的制備工藝如下：按配方稱量液體硅酸鈉、膨 脹石墨、低熔點玻璃粉、氫氧化鎂、乳膠粉及水等各類原料，混合均勻，將充分混合的原料加 入高速攪拌機，高速攪拌半個小時至一個小時，使涂料分散均勻，裝罐備用。2. 如權利1中的無機超薄膨脹鋼結構防火涂料的制備，原料為液體硅酸鈉、膨脹石墨、 低熔點玻璃粉、氫氧化鎂、乳膠粉等。3. 如權利1中的涂料粘結劑為液體硅酸鈉，無機取代一般薄型防火涂料中的有機樹脂 或者有機水性乳液等。4. 如權利1中液體硅酸鈉、膨脹石墨、低熔點玻璃粉、氫氧化鎂、膠粉最佳配方比例， 40-55wt%液體硅酸鈉，8-15wt%膨脹石墨，5-15wt%低熔點玻璃粉，14-25wt%氫氧化鎂， 外加占體系5-10wt%乳膠粉，適量水。5. 如權利1中低熔點玻璃，為綠色磷酸鹽低熔點玻璃粉，非有毒高鉛低熔點玻璃粉。6. 如權利1中的新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料，它的最優配方產品在火災中可膨 脹到10倍以上，有效隔熱，保證被保護鋼結構材料溫度遠低于應力值560°C，效果遠優于目 前市售有機型超薄膨脹鋼結構防火涂料，同時其在火災中放出的有毒煙氣只有有機膨脹鋼 結構防火涂料的10%-下。它是很有發展前景的一種新型無機超薄膨脹鋼結構防火涂料。
【文檔編號】C09D5/18GK105885488SQ201510053495
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月26日
【發明人】李洪玲, 張仁忠, 但建明, 洪成林, 喬秀文, 齊譽
【申請人】石河子大學