CN108610755B - 一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料及其制备方法 - Google Patents

一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料，原料包括以下的各组份：膨胀珍珠岩负载甘露醇‑半乳糖，三聚氰胺‑磷酸改性木质素，膨胀石墨负载氯化石蜡，糊化淀粉，轻烧氧化镁，氯化镁，聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂，有机硅消泡剂，羟基硅油，氨基硅油，水性聚氨酯，纳米二氧化锡，二氧化钛，填料，硅酸铝和聚醚改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂。该阻燃防火涂料在火灾初期吸收潜热抵抗温度上升，高温作用下形成膨胀泡沫炭层隔绝热量，阻止隧道混泥土结构的温度上升，避免隧道混泥土结构的强度下降，涂层薄、施工速度快、养护周期短、耐水性好、适用于隧道的阴暗潮湿环境。

Description

一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能涂料制造领域，尤其涉及一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料及其制备方法。
背景技术
2014年3月1日，二广高速岩后隧道内，两辆运输甲醇的铰接列车追尾相撞，前车甲醇泄漏起火燃烧，隧道内滞留的另外两辆危险化学品运输车和31辆煤炭运输车等车辆被引燃引爆，造成40人死亡、12人受伤和42辆车烧毁，直接经济损失8197万元。
隧道内一旦发生火灾，不仅会造成人员的伤亡、车辆的损失，还会对隧道这一关系到地方经济命脉的重要基础设施造成危害——严重的可能导致隧道内结构损坏而无法修复，造成巨大的社会影响和经济损失。隧道防火，一方面要在运营中加强预防，另一方面要在设计和建设时提高抗灾能力。
美国国家标准和测试协会研究表明，隧道发生火灾温度升至600℃时，混凝土强度损失达50％以上，钢材的屈服应力下降到常温下屈服力的1/3以下，隧道中火灾持续时间超过90min，温度高达1000℃以上，隧道砌体难以承受如此高温，严重部分可能烧塌或者炸裂；再加上隧道环境相对密闭，人流密度大，一旦发生火灾，疏散和扑救相当困难，容易造成重大人员伤亡和财产损失。因此对隧道进行防火处理显得十分重要。在各种行业事故中，公路和地铁火车隧道火灾事故抢救最难、中断行车时间最长、经济损失最大。
因此，采用防火涂料对隧道进行保护，对延缓火灾的传播速度和防止隧道坍塌具有重要的作用，为人员安全撤离和火灾救援赢得宝贵时间，是维护隧道防火安全的有效手段。隧道防火涂料涂覆于隧道侧壁和拱顶，对隧道侧壁和拱顶钢筋混凝土结构起到隔热防火的保护作用，避免隧道内钢筋混凝土结构在火灾时强度降低、爆裂及衬内钢筋破坏。
中国发明专利201010200026.2公开了一种隧道防火涂料及其制备和施工工艺，由582树脂、硅酸盐水泥、海泡石、重铬酸铵、轻质碳酸钙、硅酸铝、粉煤灰空心漂珠、硅灰石粉、陶土、纤维素醚、混凝土膨胀剂、氧化锡、聚丙烯纤维组成；将上述防火涂料按组分配比投入到V型强制混合机中，经10～15分钟的搅拌制成粉状混合体；将水和上述防火涂料粉体以重量比0.8-0.85的比例，搅拌成稠浆状；用喷涂机从隧道的腰部向顶部从下而上进行喷涂达到预定厚度。
中国发明专利200310115526.6公开了隧道防火涂料及其制造工艺，采用高分子聚合物粘合剂改性硅酸盐、磷酸盐无机粘合剂，结合了有机高分子和无机材料的优点，两种活性组分相互作用，再配合以耐高温的硅酸铝纤维增强，提高了防火涂层与隧道钢筋混凝土内壁的粘接性能，提高了防火涂层的抗张、抗弯曲强度，防止了隧道防火涂料固化过程中体积收缩、龟裂等问题；同时，聚合物乳液还有减水、防水等功能，进而获得了性能优良的防火涂层。其组成与配比为；硅酸盐、磷酸盐粘结剂37.7～43.3，聚合物乳液5～10，骨料18.7～34.9，增强纤维3.7～6.2，阻燃剂34.7～50。
中国发明专利200610021101.2公开了一种可膨胀石墨-胶粉体系薄层隧道防火涂料，采用可再分散乳胶粉为粘接剂提高涂层粘接强度，采用可膨胀石墨为阻燃隔热材料，实现薄涂层的较高耐火极限。其组成与配比：可再分散乳胶粉40～50份，可膨胀石墨30～50份，氢氧化铝5份，氢氧化镁10～15份，防水粉5～10份。
中国发明专利201310603177.6公开了一种膨胀型隧道防火涂料，主要原料为：86-90份耐火水泥、36-48份AEC膨胀水泥、26-38份聚醋酸乙烯酯乳液、20-30份脲醛树脂、6-8份氢氧化铝、10-16份海泡石、6-8份珍珠岩、10-14份粉煤灰、10-14份聚丙烯短纤维、10-15份羧甲基纤维素、5-9份脂肪醇聚氧化乙烯醚、6-8份粉煤灰玻璃微珠、10-16份高岭土、5-7份聚磷酸铵。
我国隧道防火涂料已得到广泛应用，目前主要还是厚型的无机材料，一般以水泥为胶凝材料，以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等轻集料为保温材料，形成较厚的导热系数低的不燃保温层，从而达到对隧道防火保护的目的。但在应用中由于材料的施工厚度大、粘接力差，往往因隧道防火层开裂掉块，给行车带来安全隐患；其次，这种材料平整度不好，影响隧道的美观。
因此，研究出一种涂层薄、施工速度快、养护周期短、耐水性好、适应隧道阴暗潮湿环境的薄型相变吸热膨胀隧道专用防火涂料，必将产生巨大的经济和社会效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种中低温相变吸热抑制火苗、高温膨胀炭层隔热保护内部钢筋混凝土结构的专用于隧道的薄型相变吸热膨胀型阻燃防火涂料及其制备方法。
相比于非膨胀型隧道阻燃防火涂料，膨胀型防火涂料具有用量少、涂层薄、耐火性能好、粘结强度高、养护期短、施工效率高等优点，在隧道耐烃类火灾方面广泛采用膨胀型防火涂料。
膨胀型阻燃剂有酸源、炭源和气源三个基本要素。在150℃温度范围酸源产生能酯化多元醇和可作为脱水剂的酸；在稍高的温度下，酸与碳源进行酯化反应，而体系中的胺基则作为酯化反应的催化剂，加速反应；树脂体系在酯化反应前和酯化过程中熔融，反应过程中产生的不燃性气体使已经处于熔融状态的树脂体系膨胀发泡，与此同时，多元醇和酯脱水碳化，形成无机物及碳残余物，体系进一步发泡；反应接近完成时，体系胶化和固化，最后形成多孔泡沫炭层。在火灾条件下膨胀阻燃剂与树脂协同作用形成的泡沫炭层，具有隔热、隔氧、抑烟、防滴等功效，是低烟、低毒、无腐蚀性气体产生的绿色高效阻燃技术方法。
相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固-液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为提供一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料，其原料按质量份数包括以下的各组份：膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖20-30份，三聚氰胺-磷酸改性木质素5-15份，膨胀石墨负载氯化石蜡5-15份，糊化淀粉35-55份，轻烧氧化镁5-15份，氯化镁3-8份，聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂2-4份，有机硅消泡剂0.1-1.0份，羟基硅油0.5-2.0份，氨基硅油0.1-1.0份，水性聚氨酯5-15份，纳米二氧化锡5-25份，二氧化钛5-10份，填料20-40份，硅酸铝5-10份和聚醚改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂0.10-0.15份；
所述膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖由膨胀珍珠岩、甘露醇、半乳糖和羟基硅油反应后得到，所述三聚氰胺-磷酸改性木质素由三聚氰胺、氢氧化钠溶液、甲醛、木质素、磷酸溶液、尿素和双氧水反应后得到，所述膨胀石墨负载氯化石蜡由膨胀石墨、氯化石蜡42和羟基硅油反应后得到，所述糊化淀粉由淀粉、水和液化型α-淀粉酶反应后得到。
上述的隧道阻燃防火涂料，优选的，所述膨胀珍珠岩、甘露醇、半乳糖和羟基硅油的质量比为(10-20):(30-40):(10-20):(0.1-1.0)；本发明利用膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖形成相变吸热体系，甘露醇在167℃熔化吸热，相变热达到326.8J/g，半乳糖熔点188℃，熔化热351.8J/g，使得相变吸收的热量巨大、降温防火效果显著，因此，在火灾条件下可以有效阻碍涂层及其内部混泥土结构温度的上升，抑制和减少涂层燃烧的机会，避免火灾发生。
所述三聚氰胺、氢氧化钠溶液、甲醛、木质素、磷酸溶液、尿素和双氧水的质量比为(10-15):(1.5-2.5):(6-10):(40-60):(10-12):(0.5-15):(1-5)，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1-1.0mol/L，所述甲醛的质量浓度为37％，所述磷酸溶液的质量浓度为50-85％，所述双氧水的质量浓度为3％；本发明利用三聚氰胺-磷酸改性木质素形成膨胀阻燃体系，在250℃左右炭化膨胀，形成膨胀泡沫炭层，可以有效地隔绝热量传递；同时还可以隔绝氧气，阻碍可燃气体释放，抑制小火发展形成大火，有效减少火灾发生机会和火灾损失。
所述膨胀石墨、氯化石蜡42和羟基硅油的质量比为(10-20):(80-90):(0.1-1.0)；
所述淀粉、水和液化型α-淀粉酶的质量比为(10-15):20:0.006；本发明以糊化淀粉、水性聚氨酯、氯氧镁水凝胶作为隧道阻燃防火涂料的黏结组分，通过无机-有机组分的杂化交联，粘结强度高，防水防潮、隔热隔音。
优选的，所述填料按质量份数包括海泡石5-10份、玻璃空心漂珠5-10份、高岭土5-10份和矿渣棉5-10份。本发明选择可膨胀石墨、珍珠岩、海泡石、矿渣棉和玻璃空心漂珠作为填料，它们在高温灼烧时发生膨胀反应，吸收膨胀相变热，这些填料的膨胀导致泡沫炭层增厚，隔热作用增强，因此，在相同耐火要求条件下可以大幅度降低涂层厚度。
本发明的隧道阻燃防火涂料，集成利用“相变吸热抑制火苗”、“膨胀炭层隔热保护”等技术于一体，可以实现高效阻燃防火，即在火灾初期利用甘露醇和半乳糖等相变储能材料吸收潜热抵抗温度上升，高温作用下利用三聚氰胺-磷酸改性木质素和淀粉阻燃体系形成膨胀泡沫炭层隔绝热量，协同可膨胀石墨、膨胀珍珠岩、海泡石、矿渣棉和玻璃空心漂珠隔绝热量传输，阻止隧道混泥土结构的温度上升，避免隧道混泥土结构的强度下降，制备得到的隧道阻燃防火涂料的膨胀倍率为15倍以上，5.0mm涂层的耐火极限时间150min以上，且涂层薄、施工速度快、养护周期短、耐水性好、适用于隧道的阴暗潮湿环境。
基于一个总的技术构思，本发明还相应提供一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将膨胀珍珠岩加热，抽真空，然后加入在氮气保护下熔融的甘露醇和半乳糖，并在氮气保护下保温进行反应，得到的产物冷却至室温后加入羟基硅油，进行研磨，得到膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖；
(2)将三聚氰胺和氢氧化钠溶液混合搅拌均匀，边搅拌边加入甲醛，加热使其进行第一次回流反应，得到三聚氰胺甲醛预聚物；在木质素中边搅拌边加入磷酸溶液、尿素和双氧水，搅拌使其进行磷酸酯化反应，反应完成后边搅拌边加入所述三聚氰胺甲醛预聚物，继续搅拌升温进行第二次回流反应，得到三聚氰胺-磷酸改性木质素；
(3)将膨胀石墨加热，抽真空，然后加入氯化石蜡42，常压保温进行反应，反应结束后将产物冷却至室温，加入羟基硅油，进行研磨，得到膨胀石墨负载氯化石蜡；
(4)将淀粉加入水中搅拌均匀，配成淀粉浆，调节pH为弱酸性，加入CaCl2溶液，搅拌加热，待淀粉浆完全成糊状后加入液化型α-淀粉酶，不断搅拌使其液化，保温进行反应，得到糊化淀粉；
(5)将所述步骤(1)后得到的膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖、所述步骤(2)后得到的三聚氰胺-磷酸改性木质素、所述步骤(3)后得到的膨胀石墨负载氯化石蜡、所述步骤(4)后得到的糊化淀粉，与轻烧氧化镁、氯化镁、聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂、有机硅消泡剂、羟基硅油、氨基硅油混合后，进行第一次剪切搅拌，再加入水性聚氨酯、纳米二氧化锡、二氧化钛、海泡石、玻璃空心漂珠、高岭土、矿渣棉、硅酸铝和改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂，继续进行第二次剪切搅拌，过200目筛，即得到所述的水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料。
上述的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，膨胀珍珠岩的加热温度为70-90℃，抽真空达到20-50kPa，抽真空时间为10-30min，氮气的压强为2atm，保温温度为70-90℃，保温时间为40-80min，研磨时间为1.0-3.0h。
优选的，所述步骤(2)中，第一次回流反应的加热温度为40-60℃，反应时间为110-130min；磷酸酯化反应的温度为70-90℃，反应时间为1-5h；第二次回流反应的温度为70-90℃，反应时间为80-100min。
优选的，所述步骤(3)中，膨胀石墨的加热温度为70-90℃，抽真空达到20-50kPa，抽真空时间为10-30min，常压保温的温度为70-90℃，反应时间为40-80min，研磨时间为1.0-3.0h。
优选的，所述步骤(4)中，采用质量浓度为5％的Na2CO3调节pH为6.2-6.3，CaCl2溶液的质量浓度为5％，搅拌加热的温度为90-95℃，保温温度为70-80℃，反应时间为0.5-2h。
优选的，所述步骤(5)中，二氧化钛的细度为400目，海泡石、玻璃空心漂珠、高岭土和矿渣棉的细度均为200目，硅酸铝的细度为2000目。
优选的，所述步骤(5)中，第一、二次剪切搅拌的转速均为500-2000r/min，第一次剪切搅拌的时间为1.0-8.0h，第二次剪切搅拌的时间为0.2-1.0h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的隧道阻燃防火涂料，集成利用“相变吸热抑制火苗”、“膨胀炭层隔热保护”等技术于一体，可以实现高效阻燃防火，即在火灾初期利用甘露醇和半乳糖等相变储能材料吸收潜热抵抗温度上升，高温作用下利用三聚氰胺-磷酸改性木质素和淀粉阻燃体系形成膨胀泡沫炭层隔绝热量，协同可膨胀石墨、膨胀珍珠岩、海泡石、矿渣棉和玻璃空心漂珠隔绝热量传输，阻止隧道混泥土结构的温度上升，避免隧道混泥土结构的强度下降，制备得到的隧道阻燃防火涂料的膨胀倍率为15倍以上，5.0mm涂层的耐火极限时间150min以上，且涂层薄、施工速度快、养护周期短、耐水性好、适用于隧道的阴暗潮湿环境。
2、本发明利用膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖形成相变吸热体系，甘露醇在167℃熔化吸热，相变热达到326.8J/g，半乳糖熔点188℃，熔化热351.8J/g，使得相变吸收的热量巨大、降温防火效果显著，因此，在火灾条件下可以有效阻碍涂层及其内部混泥土结构温度的上升，抑制和减少涂层燃烧的机会，避免火灾发生。
3、本发明利用三聚氰胺-磷酸改性木质素形成膨胀阻燃体系，在250℃左右炭化膨胀，形成膨胀泡沫炭层，协同氯化石蜡、硅酸铝可以有效地隔绝热量传递；同时还可以隔绝氧气，阻碍可燃气体释放，抑制小火发展形成大火，有效减少火灾发生机会和火灾损失。
4、本发明以糊化淀粉、水性聚氨酯、氯氧镁水凝胶作为隧道阻燃防火涂料的黏结组分，通过无机-有机组分的杂化交联，粘结强度高，防水防潮、隔热隔音。
5、本发明利用纳米二氧化锡作为抑烟剂，协同二氧化钛、膨胀石墨、矿渣棉、海泡石，在火灾条件下具有转化和抑制烟气、减小烟雾毒害的作用；纳米二氧化锡还具有小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应，对可见光具有良好的通透性；同时，二氧化钛、纳米二氧化锡，具有防霉杀菌和自清洁作用，有效抵御霉菌侵害。
6、本发明选择可膨胀石墨、珍珠岩与海泡石、矿渣棉、高岭土和玻璃空心漂珠共同作为填料，它们在高温灼烧时发生膨胀反应，吸收膨胀相变热，这些填料的膨胀导致泡沫炭层增厚，隔热作用增强，因此，在相同耐火要求条件下可以大幅度降低涂层厚度。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料，其制备方法包括如下步骤：
(1)将8.0kg膨胀珍珠岩在反应器中加热升温至80℃，同时抽真空达到40kPa，保温抽真空20min，然后加入氮气保护下熔融的20kg甘露醇和10kg半乳糖，2atm氮气保护下保温80℃反应60min，将产物冷却至室温，加入200g羟基硅油，在行星式球磨机中研磨2.0h，得膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖；
(2)将12kg三聚氰胺和2.0L 0.5mol/L的NaOH溶液加入反应釜中，搅拌均匀，在搅拌下缓慢加入8.0L 37％的甲醛，加热升温到50℃进行第一次搅拌回流反应120min，获得三聚氰胺甲醛预聚物；将40kg木质素加入反应釜中，搅拌下加入11kg 85％的H3PO4溶液、10kg尿素和2.0L 3％的双氧水，在80℃下搅拌进行干式磷酸酯化反应3.5h；在搅拌下加入三聚氰胺甲醛预聚物，继续搅拌升温至80℃进行第二次回流反应90min，得三聚氰胺-磷酸改性木质素；
(3)将8.0kg膨胀石墨在反应器中加热升温至80℃，同时抽真空达到40kPa，保温抽真空20min，然后加入40kg氯化石蜡cp42，常压保温80℃反应60min，将产物冷却至室温，加入200g羟基硅油，在行星式球磨机中研磨2.0h，得膨胀石墨负载氯化石蜡；
(4)将20kg淀粉加入反应器中，加水30L，搅拌均匀，配成淀粉浆，用质量浓度为5％的Na2CO3调节pH＝6.2-6.3，加入3.0L质量浓度为5％的CaCl2溶液，不断搅拌下加热到93℃，淀粉浆完全成糊状后加入9.0g液化型α-淀粉酶，不断搅拌使其液化，在70-80℃保温反应1.5h，得糊化淀粉；
(5)将40kg糊化淀粉、25kg膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖、13kg膨胀石墨负载氯化石蜡、10kg轻烧氧化镁、5.0kg氯化镁、12kg三聚氰胺-磷酸改性木质素、2.5kg聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂、800g有机硅消泡剂、1.0kg羟基硅油、0.8kg氨基硅油加入高速剪切搅拌机中，在1500r/min转速下进行第一次剪切搅拌4.0h，再加入10kg水性聚氨酯、10kg纳米二氧化锡、5.0kg400目二氧化钛、5.0kg200目海泡石、5.0kg200目玻璃空心漂珠、5.0kg200目高岭土、5.0kg200目矿渣棉、5.0kg2000目超细硅酸铝、120gMONENG-1105改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂，继续在2000r/min转速下进行第二次剪切搅拌1.0h，过200目筛，得水性相变吸热膨胀型阻燃的隧道阻燃防火涂料。
实施例2：
一种本发明的水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料，其制备方法包括如下步骤：
(1)将8.0kg膨胀珍珠岩在反应器中加热升温至80℃，同时抽真空达到40kPa，保温抽真空20min，然后加入氮气保护下熔融的20kg甘露醇和10kg半乳糖，2atm氮气保护下保温80℃反应60min，将产物冷却至室温，加入200g羟基硅油，在行星式球磨机中研磨2.0h，得膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖；
(2)将12kg三聚氰胺和2.0L 0.5mol/L的NaOH溶液加入反应釜中，搅拌均匀，在搅拌下缓慢加入8.0L 37％的甲醛，加热升温到50℃进行第一次搅拌回流反应120min，获得三聚氰胺甲醛预聚物；将40kg木质素加入反应釜中，搅拌下加入11kg 85％的H3PO4溶液、10kg尿素和2.0L 3％的双氧水，在80℃下搅拌进行干式磷酸酯化反应3.5h；在搅拌下加入三聚氰胺甲醛预聚物，继续搅拌升温至80℃进行第二次回流反应90min，得三聚氰胺-磷酸改性木质素；
(3)将8.0kg膨胀石墨在反应器中加热升温至80℃，同时抽真空达到40kPa，保温抽真空20min，然后加入40kg氯化石蜡cp42，常压保温80℃反应60min，将产物冷却至室温，加入200g羟基硅油，在行星式球磨机中研磨2.0h，得膨胀石墨负载氯化石蜡；
(4)将20kg淀粉加入反应器中，加水30L，搅拌均匀，配成淀粉浆，用质量浓度为5％的Na2CO3调节pH＝6.2-6.3，加入3.0L质量浓度为5％的CaCl2溶液，不断搅拌下加热到93℃，淀粉浆完全成糊状后加入9.0g液化型α-淀粉酶，不断搅拌使其液化，在70-80℃保温反应1.5h，得糊化淀粉；
(5)将40kg糊化淀粉、20kg膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖、13kg膨胀石墨负载氯化石蜡、10kg轻烧氧化镁、5.0kg氯化镁、10kg三聚氰胺-磷酸改性木质素、2.5kg聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂、800g有机硅消泡剂、1.0kg羟基硅油、800g氨基硅油加入高速剪切搅拌机中，在1500r/min转速下进行第一次剪切搅拌4.0h，再加入10kg水性聚氨酯、10kg纳米二氧化锡、5.0kg400目二氧化钛、5.0kg200目海泡石、5.0kg200目玻璃空心漂珠、5.0kg200目高岭土、5.0kg200目矿渣棉、5.0kg2000目超细硅酸铝、120gMONENG-1105改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂，继续在2000r/min转速下进行第二次剪切搅拌1.0h，过200目筛，得水性相变吸热膨胀型阻燃的隧道阻燃防火涂料。
实施例3：
一种本发明的水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料，其制备方法包括如下步骤：
(1)将8.0kg膨胀珍珠岩在反应器中加热升温至80℃，同时抽真空达到40kPa，保温抽真空20min，然后加入氮气保护下熔融的20kg甘露醇和10kg半乳糖，2atm氮气保护下保温80℃反应60min，将产物冷却至室温，加入200g羟基硅油，在行星式球磨机中研磨2.0h，得膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖；
(2)将12kg三聚氰胺和2.0L 0.5mol/L的NaOH溶液加入反应釜中，搅拌均匀，在搅拌下缓慢加入8.0L 37％的甲醛，加热升温到50℃搅拌进行第一次回流反应120min，获得三聚氰胺甲醛预聚物；将40kg木质素加入反应釜中，搅拌下加入11kg 85％的H3PO4溶液、10kg尿素和2.0L 3％的双氧水，在80℃下搅拌进行干式磷酸酯化反应3.5h；在搅拌下加入三聚氰胺甲醛预聚物，继续搅拌升温至80℃进行第二次回流反应90min，得三聚氰胺-磷酸改性木质素；
(3)将8.0kg膨胀石墨在反应器中加热升温至80℃，同时抽真空达到40kPa，保温抽真空20min，然后加入40kg氯化石蜡cp42，常压保温80℃反应60min，将产物冷却至室温，加入200g羟基硅油，在行星式球磨机中研磨2.0h，得膨胀石墨负载氯化石蜡；
(4)将20kg淀粉加入反应器中，加水30L，搅拌均匀，配成淀粉浆，用质量浓度为5％的Na2CO3调节pH＝6.2-6.3，加入3.0L质量浓度为5％的CaCl2溶液，不断搅拌下加热到93℃，淀粉浆完全成糊状后加入9.0g液化型α-淀粉酶，不断搅拌使其液化，在70-80℃保温反应1.5h，得糊化淀粉；
(5)将40kg糊化淀粉、20kg膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖、13kg膨胀石墨负载氯化石蜡、10kg轻烧氧化镁、5.0kg氯化镁、8.0kg三聚氰胺-磷酸改性木质素、2.5kg聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂、0.8kg有机硅消泡剂、1.0kg羟基硅油、800g氨基硅油加入高速剪切搅拌机中，在1500r/min转速下进行第一次剪切搅拌4.0h，再加入10kg水性聚氨酯、10kg纳米二氧化锡、5.0kg400目二氧化钛、5.0kg200目海泡石、5.0kg200目玻璃空心漂珠、5.0kg200目高岭土、5.0kg200目矿渣棉、5.0kg2000目超细硅酸铝、120gMONENG-1105改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂，继续在2000r/min转速下进行第二次剪切搅拌1.0h，过200目筛，得水性相变吸热膨胀型阻燃的隧道阻燃防火涂料。
对比例1：
一种膨胀型隧道阻燃防火涂料，按下列原料按照重量配比搅拌制成：90kg耐火水泥、45kgAEC膨胀水泥、30kg聚醋酸乙烯酷乳液、25kg脲醛树脂、7kg氢氧化铝、12kg海泡石、7kg珍珠岩、12kg粉煤灰、12kg聚丙烯短纤维、12kg羧甲基纤维素、8kg脂肪醇聚氧化乙烯醚、7kg粉煤灰玻璃微珠、14kg高岭土、6kg聚磷酸铵。
以上实施例1-3和对比例所制备的隧道阻燃防火涂料，在差示扫描量热仪上测定25-800℃平均热容；利用酒精喷灯火焰测定膨胀倍数；在锥形量热仪上测定热释速率峰值pHHR和烟产量；参照《GB 28375-2012混凝土结构防火涂料》测定耐火时间、粘结强度、抗压强度。试样具体测试结果见表1。
表1：水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料的阻燃防火性能指标
由表1可见，实施例1、2、3采用本发明的制备技术方法制备得到的水性相变吸热膨胀型阻燃的隧道阻燃防火涂料，相对于对比例1得到的一种膨胀型隧道阻燃防火涂料而言，在涂层厚度只有对比例的1/2的条件下，平均热容、膨胀倍率、耐火极限时间、粘结强度、抗压强度等指标大幅度上升，热释速率峰值和烟释放量大幅度下降。这说本发明集成利用“相变吸热抑制火苗”、“膨胀炭层隔热保护”等技术制备的水性相变吸热膨胀型阻燃的隧道阻燃防火涂料，各项阻燃防火性能指标优异，可以实现高效阻燃防火，有效阻止隧道混泥土结构的温度上升，避免隧道混泥土结构的力学强度下降，保障人民生命财产安全。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料，其特征在于，其原料按质量份数包括以下的各组份：膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖20-30份，三聚氰胺-磷酸改性木质素5-15份，膨胀石墨负载氯化石蜡5-15份，糊化淀粉35-55份，轻烧氧化镁5-15份，氯化镁3-8份，聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂2-4份，有机硅消泡剂0.1-1.0份，羟基硅油0.5-2.0份，氨基硅油0.1-1.0份，水性聚氨酯5-15份，纳米二氧化锡5-25份，二氧化钛5-10份，填料20-40份，硅酸铝5-10份和聚醚改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂0.10-0.15份；所述填料按质量份数包括海泡石5-10份、玻璃空心漂珠5-10份、高岭土5-10份和矿渣棉5-10份；
所述膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖由膨胀珍珠岩、甘露醇、半乳糖和羟基硅油反应后得到，所述三聚氰胺-磷酸改性木质素由三聚氰胺、氢氧化钠溶液、甲醛、木质素、磷酸溶液、尿素和双氧水反应后得到，所述膨胀石墨负载氯化石蜡由膨胀石墨、氯化石蜡42和羟基硅油反应后得到，所述糊化淀粉由淀粉、水和液化型α-淀粉酶反应后得到。
2.根据权利要求1所述的隧道阻燃防火涂料，其特征在于，所述膨胀珍珠岩、甘露醇、半乳糖和羟基硅油的质量比为（10-20）:（30-40）:（10-20）:（0.1-1.0）；
所述三聚氰胺、氢氧化钠溶液、甲醛、木质素、磷酸溶液、尿素和双氧水的质量比为（10-15）:（1.5-2.5）:（6-10）:（40-60）:（10-12）:（0.5-15）:（1-5），所述氢氧化钠溶液的浓度为0.1-1.0mol/L，所述甲醛的质量浓度为37%，所述磷酸溶液的质量浓度为50-85%，所述双氧水的质量浓度为3%；
所述膨胀石墨、氯化石蜡42和羟基硅油的质量比为（10-20）:（80-90）:（0.1-1.0）；
所述淀粉、水和液化型α-淀粉酶的质量比为（10-15）:20:0.006。
3.一种如权利要求1或2所述的水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将膨胀珍珠岩加热，抽真空，然后加入在氮气保护下熔融的甘露醇和半乳糖，并在氮气保护下保温进行反应，得到的产物冷却至室温后加入羟基硅油，进行研磨，得到膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖；
（2）将三聚氰胺和氢氧化钠溶液混合搅拌均匀，边搅拌边加入甲醛，加热使其进行第一次回流反应，得到三聚氰胺甲醛预聚物；在木质素中边搅拌边加入磷酸溶液、尿素和双氧水，搅拌使其进行磷酸酯化反应，反应完成后边搅拌边加入所述三聚氰胺甲醛预聚物，继续搅拌升温进行第二次回流反应，得到三聚氰胺-磷酸改性木质素；
（3）将膨胀石墨加热，抽真空，然后加入氯化石蜡42，常压保温进行反应，反应结束后将产物冷却至室温，加入羟基硅油，进行研磨，得到膨胀石墨负载氯化石蜡；
（4）将淀粉加入水中搅拌均匀，配成淀粉浆，调节pH为弱酸性，加入CaCl2溶液，搅拌加热，待淀粉浆完全成糊状后加入液化型α-淀粉酶，不断搅拌使其液化，保温进行反应，得到糊化淀粉；
（5）将所述步骤（1）后得到的膨胀珍珠岩负载甘露醇-半乳糖、所述步骤（2）后得到的三聚氰胺-磷酸改性木质素、所述步骤（3）后得到的膨胀石墨负载氯化石蜡、所述步骤（4）后得到的糊化淀粉，与轻烧氧化镁、氯化镁、聚氧乙烯醚油酸酯防尘剂、有机硅消泡剂、羟基硅油、氨基硅油混合后，进行第一次剪切搅拌，再加入水性聚氨酯、纳米二氧化锡、二氧化钛、海泡石、玻璃空心漂珠、高岭土、矿渣棉、硅酸铝和改性聚二甲基聚硅氧烷流平剂，继续进行第二次剪切搅拌，过200目筛，即得到所述的水性相变吸热膨胀型隧道阻燃防火涂料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，膨胀珍珠岩的加热温度为70-90℃，抽真空达到20-50kPa，抽真空时间为10-30min，氮气的压强为2atm，保温温度为70-90℃，保温时间为40-80min，研磨时间为1.0-3.0h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，第一次回流反应的加热温度为40-60℃，反应时间为110-130min；磷酸酯化反应的温度为70-90℃，反应时间为1-5 h；第二次回流反应的温度为70-90℃，反应时间为80-100min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，膨胀石墨的加热温度为70-90℃，抽真空达到20-50kPa，抽真空时间为10-30min，常压保温的温度为70-90℃，反应时间为40-80min，研磨时间为1.0-3.0h。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，采用质量浓度为5%的Na2CO3调节pH为6.2-6.3，CaCl2溶液的质量浓度为5%，搅拌加热的温度为90-95℃，保温温度为70-80℃，反应时间为0.5-2h。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，二氧化钛的细度为400目，海泡石、玻璃空心漂珠、高岭土和矿渣棉的细度均为200目，硅酸铝的细度为2000目。
9.根据权利要求3-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，第一、二次剪切搅拌的转速均为500-2000r/min，第一次剪切搅拌的时间为1.0-8.0h，第二次剪切搅拌的时间为0.2-1.0h。
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