CN112980262B - 一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法，属于水性防火涂料领域，解决了传统防火涂料附着力差，防潮性、耐水性和阻燃性难以兼顾的问题。本发明涂料包括成膜乳液、分散剂、增稠剂、甲基硅酸钾改性的季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸铵、氢氧化铝、玻璃纤维、润湿剂、消泡剂、颜料、蒸馏水。制备方法：在蒸馏水中加入分散剂、润湿剂、消泡剂搅拌；加入玻璃纤维搅拌；加入氢氧化铝和颜料搅拌；加入聚磷酸铵、甲基硅酸钾改性的季戊四醇和三聚氰胺搅拌；加入成膜乳液搅拌；增稠剂调节粘度。本发明涂料具有良好的附着力、优异的耐水、防潮性能，涂层耐水后无起层、发泡、脱落，隔热效率衰减量≤35%，耐火时间大于120min。

Description

一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于水性防火涂料领域，具体涉及一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法。

背景技术

钢结构防火涂料是一种涂覆在钢结构表面形成耐火隔热层以改变其表面燃烧特性，延迟火焰温度向钢结构传递，提高钢结构耐火性能，延缓甚至阻止火灾蔓延的功能涂料。

防火涂料根据防火形势及组成，可分成膨胀型和非膨胀型两大类。膨胀型防火涂料是目前国内使用最为广泛的一种防火涂料，它主要由成膜物质、脱水剂、成炭剂、发泡剂和颜填料组成。膨胀型防火涂料受热时，涂层常能炭化膨胀数十倍甚至几十倍，形成类似蜂窝状或海绵状多孔炭层。这种炭层具有较好的隔热作用，同时阻隔了氧气与被保护基材的接触，起到防火阻燃的作用。在成炭发泡过程中发生的如脱水炭化、涂料各组分的受热分解等，也消耗了一定的热，有利于降低体系温度。与此同时，膨胀型防火涂料受热时还能释放如氨气、水蒸气、氮气和二氧化碳等不燃性气体，降低被保护基材附近可燃气体和氧气浓度，起到阻燃作用。

传统的室内水性膨胀型防火涂料存在涂层附着力差，防潮性、耐水性和阻燃性难以兼顾的问题。常用的防火涂料体系中季戊四醇或双季戊四醇的用量较大，其自身为含羟基亲水结构，容易吸水导致开裂、脱落粉化，进一步影响防火性能。同时，2019年6月1日起实施的GB14907-2018《钢结构防火涂料》国家标准对室内防火涂料耐水性能做了进一步修订要求，重点对耐水后产品的性能做了要求，即涂层耐水后无起层、发泡、脱落现象，且隔热效率衰减量≤35%，且耐水性测试结果标注为涂料产品的A类致命缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，以解决传统的室内水性膨胀型防火涂料存在的附着力差，防潮性、耐水性和阻燃性难以兼顾，以及防潮性、耐水性不佳的问题。

本发明的另一目的是提供一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法。

本发明的技术方案是：一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，包括以下重量百分比的原料：15%-20%成膜乳液、0.8%～1.2%分散剂、0.9%～1.3%增稠剂、8%～12%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、10%～11%三聚氰胺、14%～16%聚磷酸铵、12%～14%氢氧化铝、3%～4%玻璃纤维、0.2%-0.6%润湿剂、0.6%-0.8%消泡剂、6%-9%颜料，余量为蒸馏水。

作为本发明的进一步改进，成膜乳液为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液，黏度范围为2000-7000 mPa•s，pH值范围为4.5-5.4，玻璃化温度范围为2-6℃。

作为本发明的进一步改进，玻璃纤维的熔点大于1200℃，长径比为20～25，纤维长度为120-135μm，拉伸强度为700-800MPa。

作为本发明的进一步改进，聚磷酸铵为三聚氰胺改性的聚磷酸铵，其聚合度n＞1500，水溶性≤0.25g/100mL。

作为本发明的进一步改进，分散剂为巴斯夫AA4141；所述增稠剂为罗门哈斯RM-2020聚氨酯类非离子型缔合增稠剂。

作为本发明的进一步改进，颜料包括钛白粉。

一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、在蒸馏水中加入分散剂、润湿剂、消泡剂，以500-800r/min的转速搅拌5-8min；在水性体系水的表面张力大，故需要加入润湿剂；

步骤B、再加入玻璃纤维，以800-1000r/min的转速搅拌8-10min；玻璃纤维需提前加入，否则不容易分散，搅拌时间也需要严格控制才能分散均匀，如果后面加入，容易被颜填料包裹，不能再被分散开来，起不到作用，还会在涂层中形成缺陷；水性体系提前加入了润湿剂，对玻璃纤维的分散有帮助，8-10分钟即可分散开；

步骤C、再加入氢氧化铝和颜料，以1000-1200r/min的转速搅拌20-25min；水性体系中，步骤C和D也不能调换，改性季戊四醇和三聚氰胺在水中分散有快速溶胀作用，造成体系假稠，高剪切变稀的效果，因此制备工艺上选择先加颜填料稀释水分，降低假稠效果；

步骤D、再加入聚磷酸铵、甲基硅酸钾改性的季戊四醇和三聚氰胺，继续搅拌15-20min；

步骤E、搅拌均匀后加入配方量的成膜乳液，以600-800r/min的转速搅拌10-15mim; 为防止乳液破乳，乳液需要低剪切搅拌分散，因此前期将粉体原料组分在水中高剪切分散均匀后再添加乳液低剪切搅拌均匀；

步骤F、最后再加入增稠剂调节粘度，得到水性膨胀型防火涂料。

一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，甲基硅酸钾改性的季戊四醇的改性方法如下：

步骤A、将一定质量的季戊四醇通过超声分散均匀分散于乙醇溶剂中，溶剂质量为季戊四醇的20-25倍，在常温下加入季戊四醇质量的3%-3.2%的甲基硅酸钾溶液，匀速搅拌反应1-1.5h；

步骤B、1-1.5h反应结束后，调整搅拌速度为500-700r/min，由于乙醇在搅拌过程中挥发，故此处补加乙醇溶液50-100mL，再缓慢加入十六烷基三甲氧基硅烷，添加量为季戊四醇质量的0.5%-0.6%，保持搅拌15-20min；

步骤C、反应结束后用乙醇离心洗涤，得沉淀物在50℃- 60℃烘箱干燥8-12h，即得到甲基硅酸钾改性的季戊四醇。

水性膨胀型防火涂料作用机理：

水性膨胀型防火涂料主要由成膜物、膨胀型阻燃体系（脱水剂、成炭剂、发泡剂）、颜填料、助剂、水等组成。涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜，在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成一个比原来厚度大几十倍的不燃的蜂窝泡沫状炭质层，它可以阻止外界火源对基材的加热，从而起到阻燃作用，另一方面，在火焰或高温作用下，涂层发生软化熔融、蒸发、膨胀等物理变化及高聚物、填料等组分发生分解、解聚、化合等化学变化，这些物理化学变化吸收了大量的热，抵消了一部分外界作用于物体的热能，从而对被保护物体的受热升温过程起到延滞作用。同时，涂层在高温下发生脱水成炭反应和熔融覆盖作用，隔绝了空气，且分解出来的不然气体稀释了可燃气体及氧的浓度，抑制了火焰燃烧的进行。

本发明中各组分的作用及特点：

成膜乳液采用醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，该乳液不含溶剂及增塑剂，具有极低的VOC，并且不含烷基酚聚氧乙烯基醚，属于环保型水性乳液且成本低廉。

本发明优选的醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液，黏度范围为2000-7000 mPa•s，pH值范围为4.5-5.4，玻璃化温度范围为2-6℃。其特点是乙烯质量分数高，约18%-20%。乳液分子链上极性醋酸乙烯数目相对减少，分子主链上醋酸乙烯间的距离加宽，C—C键的旋转活动能力增强，使聚合物变得更柔软，使分子间缠结减轻，有利于伸长率增加，从而有助于提高乳液耐水性。同时，非极性的乙烯含量的增加，聚合物疏水性增强，进一步提高了乳液的耐水性。

本发明优选的醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的黏度范围为2000-7000 mPa•s，粒度分布较宽且乳液粒径小。乳液粒径较小、粒度分布较宽可以提高膜的连续性、致密性。较小的粒径对连续成膜有利，而较宽的粒度分布对连续成膜也有好处。在堆积时，粒径较小的粒子能填充到大粒子之间的间隙中，减小粒子融合时的空隙，从而使膜更连续、密实，为成膜涂层提供有益的物理性能。

本发明优选的醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液的玻璃化温度低，不搭配成膜助剂可低温成膜，避免了成膜助剂同阻燃体系不相容、贮存稳定性不佳的问题。同时降低了体系VOC含量，制备得到的防火涂料VOC含量极低（小于1g/L）。

本发明优选的醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物乳液对钢结构等基材具有较强的附着力，用于防火涂料具有良好的泡沫形成和膨胀性能，良好的泡沫长期稳定性，与阻燃体系具有优异的相容性。不同于传统的水性膨胀型防火涂料需要拼用两种或两种以上乳液，或选用特殊改性的乳液，通过互补改进来提升产品的阻化性和膨胀性能。本发明使用单一的乳液制漆即可表现较好的发泡效果，同时能提供涂层较好的耐性和基础物理性能，既经济又可获得长期贮存稳定性。

阻燃体系：季戊四醇（成炭剂）、三聚氰胺（发泡剂）、聚磷酸铵（脱水剂）。该阻燃体系三个组分合理配比，可以形成膨松、均匀、致密有封闭结构的膨胀炭层，达到较好的阻燃效果。但是该阻燃体系各组分存在相对缺陷，其中作为脱水剂的聚磷酸铵，常规的缩合度较小，耐水性较差，在涂料体系不稳定容易相分离沉淀，在防火涂料体系中不能长久稳定的起到脱水催化成炭的作用，进一步影响膨胀层结构及发泡效果。作为成炭剂的季戊四醇，自身为含羟基亲水结构，容易吸水，并向表面迁移析出。季戊四醇吸水造成涂层遇火或高温不能完全充分分解炭化，季戊四醇迁移至表面造成不能均匀分布在涂层上下各层间，进而影响膨胀发泡层的结构，且涂层易粉化、脱落。

本发明针对阻燃体系中普通材料存在的问题，通过实验优选了高聚合度、低水溶性的三聚氰胺改性聚磷酸铵（主要是指通过三聚氰胺甲醛树脂包覆处理的聚磷酸铵），其聚合度n＞1500，水溶性≤0.25g/100mL。三聚氰胺甲醛树脂具有阻燃，耐水、耐热、耐老化、耐化学腐蚀的优异性，通过包覆后可进一步提高聚磷酸铵的耐渗析性能，降低水溶性，同时通过三聚氰胺甲醛树脂包覆处理的聚磷酸铵的极限氧指数可以提高8%-10%，这进一步提高了阻燃剂的阻燃性能，属于正向有益的协同作用。申请人通过理论分析和试验反复验证市售的各种三聚氰胺改性的聚磷酸铵，其中聚磷酸铵的不同粒径、以及被三聚氰胺甲醛树脂包覆的完全程度不同都会在阻燃体系中有不同的试验结果，本发明选用的三聚氰胺改性的聚磷酸铵，通过反复试验验证，同改性季戊四醇（成炭剂）、三聚氰胺（发泡剂）合理配比协同作用，制备的涂层具有优异的防火性能，在高温或遇火时形成彭松、均匀、致密有封闭结构的膨胀炭层。

本发明针对季戊四醇，自身为含羟基亲水结构，容易吸水，并向表面迁移析出，导致防火涂层粉化、脱落耐候性差的问题，通过试验设计对季戊四醇进行改性，其中甲基硅酸钾主要由钾和甲基烷化合的碱性水溶液构成，在高速搅拌过程中与空气中CO₂化合物反应，在季戊四醇表层形成一层不能溶解的网状防水透气膜，具有防水效果和防渗、防潮作用，有效避免水分吸入季戊四醇，但表层覆盖网状防水透气膜的季戊四醇柔顺性较差，在涂料制备过程中机械搅拌容易破坏网状结构，防水效果大打折扣，因此进一步地，选用一种硅烷偶联剂，十六烷基三甲氧基硅烷，这是一种长链的带活性基团的烷基烷氧基硅，其中烷氧基硅基团易与季戊四醇中的含活泼氢的羟基功能基团发生反应实现交联，形成以Si-O键为主链、硅原子直接连接有机物的聚合物，形成疏水亲油的单分子层，进一步提高阻燃剂的防水性能。同时，长链的十六烷基三甲氧基硅烷改善了阻燃剂的流动性，提高了柔顺性、长链烷基的空间位阻效应更有助于阻燃剂的分散，均匀填充于涂膜各层间。本发明通过以上改性方法，减少了季戊四醇对水分的吸收，制备得到了具有超强的疏水、抗潮的阻燃剂，改性后材料兼具韧性、能更好的分散填充于涂膜各层间，具有一定的机械性能，更便于在涂料体系中使用。

本发明选用三聚氰胺作为发泡剂，组成了聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺阻燃体系，三聚氰胺在250~450℃分解产生气体，吸收大量的热，与膨胀炭层（聚磷酸铵-季戊四醇）脱水炭化的温度280~320℃相匹配，能获得较好的膨胀速度和膨胀高度，保证涂层质量。膨胀型防火涂料通过形成多孔泡沫炭层而在凝聚相起阻燃作用。多孔炭层的形成分为以下几步:①在较低温度下（230℃开始），发泡剂三聚氰胺首先热分解，释放出不燃性气体NH₃，形成泡沫层骨架；②在稍高温度下（280℃以上），由脱水剂聚磷酸铵分解产生酯化多元醇和无机酸，无机酸能与多元醇、季戊四醇成膜物质中含羟基的有机化合物进行酯化反应，体系中的胺作为酯化反应的催化剂，加速酯化反应，体系在酯化反应前或酯化过程中熔化，多元醇和酯脱水炭化，形成无机物及炭化残余物，体系进一步膨胀发泡；③温度继续升高（440~1000℃以后），形成的炭化层被氧化成CO₂逸出体系，无机材料分解形成白色无机骨架，主要由聚磷酸铵和颜填料TiO₂形成焦磷酸钛多孔结构。④反应接近完成时，体系胶化和固化，最后形成彭松、均匀、致密有封闭结构的厚度比原来涂层厚十几倍的蜂窝状炭层。

颜填料在防火涂料中不仅提供涂料必要的装饰性和物理机械性能，更重要的是与防火体系形成有机整体。

本发明中氢氧化铝在240～500℃范围内通过分解吸热，这种吸热反应有利于降温，促进脱氢反应保护炭层。分解出来的水不仅是一个冷却剂，还是稀释剂，水蒸气可以将火焰包围起来。氢氧化铝脱水形成的氧化铝层，有着很大的表面积，可以吸收烟气和可燃物，降低了材料在燃烧时释放出来的CO₂量。

另外，在水性体系，乳液的发泡速率、分解释气量不如溶剂型树脂，（醋酸乙烯-乙烯共聚乳液在300-440℃开始第一阶段热分解失重，因此前期低温阶段，体系的熔融成炭骨架不足，释气量不足），本发明配方中，通过提高氢氧化铝添加量，为体系提供更多的成炭层（氢氧化铝脱水形成的氧化铝层）和水蒸气释放，水蒸气的蒸发逸出增加释气量，提高了前期低温情况下的发泡速率。因此，本发明中氢氧化铝兼具分解吸热和协同膨胀发泡的作用。

本发明中钛白粉遮盖力强且化学性质稳定，具有良好的耐粉化性能，可以促进成炭率，使炭层更加致密和连续，在膨胀型防火涂料中，氢氧化铝作为电子给予体促进钛白粉与聚磷酸铵的混合物在高温下熔融形成多孔的焦磷酸钛（TiP₂O₇），可以有效地防止热量导入基材，通过固相对基材起保护作用。

本发明中的玻璃纤维的熔点大于1200℃，长径比为20～25，纤维长度为120-135μm，拉伸强度为700-800MPa。玻璃纤维的作用是为了提高泡沫炭质层的强度，提高其抗火焰冲刷的能力，避免出现发泡层被火焰冲破或发泡层脱落等现象，本发明选用的玻璃纤维熔点大不仅能使涂料膨胀发泡层致密，而且它们在受火时不会气化而烧失。优选的长径比、纤维长度、拉伸强度在防火涂料中既容易分散不团聚，又能很好地起到纤维韧性，在防火涂料遇火膨胀后长久地起到增韧补强的作用。

助剂在水性防火涂料中作为辅助成分，用量少、但至关重要。本发明中选用的分散剂为巴斯夫AA4141，为高分子聚丙烯钠盐类分散剂，增稠剂为罗门哈斯RM-2020聚氨酯类非离子型缔合增稠剂。AA4141分散剂属于高分子类疏水共聚分散剂，分散剂的拉伸链段在醋酸乙烯酯-乙烯共聚乳液中能很好地拉伸和舒展，与乳液的相容性较好，并能适用于组方中高颜料体积份的分散，尤其对阻燃体系易团聚、絮凝起到稳定的分散作用。分散剂和增稠剂的搭配，在水性体系中也非常关键，聚丙烯钠盐类疏水共聚分散剂同聚氨酯缔合增稠剂的兼容性较好，本发明组方中添加量可获得粘度稳定、没有沉淀和相分离的产品。同时添加的RM-2020聚氨酯增稠剂在高颜料体积份的水性膨胀型防火涂料中助于提高涂膜的流动和流平性，进而减少了涂膜外观弊病。

本发明中，各组分的配比是实现该防火涂料有益效果的关键。

本发明中的成膜乳液用量为15%-20%，在组方中熔融形成的炭化体积与阻燃体系的脱水成炭、膨胀发泡相匹配，成膜物部分成分熔融软化分解产生的气体量是体系有足够的气体逸出持续膨胀发泡。

在本发明中，申请人通过反复试验测评，氢氧化铝的添加量在12%～14%时，在涂层初期遇火具有较好的发泡量，和配方量的乳液及阻燃体系搭配，有助于涂层膨胀发泡进程的持续进行。

聚磷酸铵-改性季戊四醇-三聚氰胺阻燃体系中三原料的添加量直接决定了涂层能否形成彭松、均匀、致密有封闭结构的蜂窝状炭层，聚磷酸铵的用量多少控制着涂层的热分解进程，促进三维炭层形成的快慢，改性季戊四醇和三聚氰胺的用量需要相互适宜，是体系成炭量与释气量的主要体现，如果成炭量与释气量相比相对较少，会造成炭层结构即封闭小室体积过大而壁厚较薄，蜂窝状碳结构倾向于开裂，炭层的传导率会提高；成炭量与释气量相比相对较多，封闭小室体积过小，炭层太细碎，立体孔状结构少且炭层厚度变薄，热传导加强而使阻燃作用减弱；成炭量与释气量适宜，炭化层在发泡剂分解的气体作用下形成膨松、均匀、致密、有封闭结构的炭层，炭层的热导率最小，阻燃效果最佳。

本发明的有益效果是：

1. 本发明通过乳液、阻燃体系、助剂合理优选、设计、配伍，使水性膨胀型防火涂料具有良好的附着力、优异的耐水、防潮性能，通过GB14907-2018《钢结构防火涂料》国家标准要求，涂层耐水后无起层、发泡、脱落现象，且隔热效率衰减量≤35%，遇火膨胀层更致密、膨胀发泡倍数高，耐火时间均大于120min。解决了传统的室内膨胀型水性防火涂料存在涂层附着力差，防潮性、耐水性和阻燃性难以兼顾的问题。

2. 在本发明中，通过甲基硅酸钾和长链的十六烷基三甲氧基硅烷共同作用，改进和巩固了季戊四醇的防水性，降低了吸潮性，利用长链烷基集团提高了其柔顺性和分散性，制备得到了具有超强的疏水、抗潮的阻燃剂，改性后材料兼具韧性、能更好的分散填充于涂膜各层间，具有一定的机械性能，更便于在涂料体系中使用。

3. 本发明采用的醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚物乳液对钢结构等基材具有较强的附着力，用于防火涂料具有良好的泡沫形成和膨胀性能，良好的泡沫长期稳定性，与阻燃体系具有优异的相容性。不同于传统的水性膨胀型防火涂料需要拼用两种或两种以上乳液，或选用特殊改性的乳液，通过互补改进来提升产品的阻化性和膨胀性能。本发明使用单一的乳液制漆即可表现较好的发泡效果，同时能提供涂层较好的耐性和基础物理性能。既经济又可获得长期贮存稳定性。

4. 本发明中根据各组分特点、优选的适合的制漆工艺制备得到的水性改性膨胀型钢结构防火涂料涂膜具有优异的附着力、外观平整光滑，防火性能优异兼具装饰效果，属于一种无卤环保水性防火涂料。

具体实施方式

下面的实施例可以进一步说明本发明，但不以任何形式限制本发明。

以下实施例所采用的原料如表1所示。

实施例1、

一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料,包括以下重量百分比的原料：15%成膜乳液、1.2%分散剂、0.9%增稠剂、12%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、11%三聚氰胺、14%三聚氰胺改性的聚磷酸铵、12%氢氧化铝、4%玻璃纤维、0.6%润湿剂、0.7%消泡剂、6%颜料（钛白粉），余量为蒸馏水。

上述一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：在蒸馏水中再加入分散剂、润湿剂、消泡剂，500r/min转速下搅拌5min；

步骤B：再加入玻璃纤维800r/min转速下搅拌8min;

步骤C：再加入氢氧化铝和钛白粉1000r/min转速下搅拌20min;

步骤D：再加入聚磷酸铵、改性季戊四醇和三聚氰胺继续搅拌15min；

步骤E： 搅拌均匀后加入配方量的成膜乳液，600r/min转速下搅拌10mim;

步骤F：最后再加入增稠剂调节粘度，得到水性膨胀型防火涂料。

改性季戊四醇的改性方法：

步骤A：将一定质量的季戊四醇通过超声分散均匀分散于乙醇溶剂中，溶剂质量为季戊四醇的20倍，在常温下加入季戊四醇质量的3%的甲基硅酸钾溶液，匀速搅拌反应1h；

步骤B：1h反应结束后，调整搅拌速度500-700r/min，补加乙醇溶液50mL，再缓慢加入十六烷基三甲氧基硅烷，添加量为季戊四醇质量的0.5%，保持搅拌15min；

步骤C：反应结束后用大量的乙醇离心洗涤，得沉淀物在50℃烘箱干燥12h，即得到甲基硅酸钾改性的季戊四醇。

按照标准GB 14907-2018《钢结构防火涂料》对实施例1组成的涂料进行测试，其结果如表2所示。

实施例2、

一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料,包括以下重量百分比的原料：17%成膜乳液、0.9%分散剂、1.0%增稠剂、10%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、11%三聚氰胺、15%三聚氰胺改性的聚磷酸铵、13%氢氧化铝、3%玻璃纤维、0.5%润湿剂、0.6%消泡剂、7%颜料（钛白粉），余量为蒸馏水。

上述一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：在蒸馏水中再加入分散剂、润湿剂、消泡剂800r/min转速下搅拌8min；

步骤B：再加入玻璃纤维1000r/min转速下搅拌10min;

步骤C：再加入氢氧化铝和钛白粉1200r/min转速下搅拌25min;

步骤D：再加入聚磷酸铵、改性季戊四醇和三聚氰胺继续搅拌20min；

步骤E： 搅拌均匀后加入配方量的成膜乳液，800r/min转速下搅拌15mim;

步骤F：最后再加入增稠剂调节粘度，得到水性膨胀型防火涂料。

改性季戊四醇的改性方法和步骤为：

步骤A：将一定质量的季戊四醇通过超声分散均匀分散于乙醇溶剂中，溶剂质量为季戊四醇的25倍，在常温下加入季戊四醇质量的3.1%的甲基硅酸钾溶液，匀速搅拌反应1.5h；

步骤B：1.5h反应结束后，调整搅拌速度700r/min，补加乙醇溶液100mL，再缓慢加入十六烷基三甲氧基硅烷，添加量为季戊四醇质量的0.6%，保持搅拌20min；

步骤C：反应结束后用大量的乙醇离心洗涤，得沉淀物在50℃烘箱干燥12h，即得到甲基硅酸钾改性的季戊四醇。

按照标准GB 14907-2018《钢结构防火涂料》对实施例2组成的涂料进行测试，其结果如表3所示。

实施例3、

一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料,包括以下重量百分比的原料：18%成膜乳液、1.2%分散剂、0.9%增稠剂、9%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、10%三聚氰胺、16%三聚氰胺改性的聚磷酸铵、14%氢氧化铝、3%玻璃纤维、0.3%润湿剂、0.8%消泡剂、6%颜料，余量为蒸馏水。

上述一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：在水中再加入分散剂、润湿剂、消泡剂700r/min转速下搅拌6min；

步骤B：再加入玻璃纤维900r/min转速下搅拌9min;

步骤C：再加入氢氧化铝和钛白粉1100r/min转速下搅拌22min;

步骤D：再加入聚磷酸铵、改性季戊四醇和三聚氰胺继续搅拌18min；

步骤E： 搅拌均匀后加入配方量的成膜乳液，700r/min转速下搅拌13mim;

步骤F：最后再加入增稠剂调节粘度，得到水性膨胀型防火涂料。

改性季戊四醇的改性方法和步骤为：

步骤A：将一定质量的季戊四醇通过超声分散均匀分散于乙醇溶剂中，溶剂质量为季戊四醇的22倍，在常温下加入季戊四醇质量的3.1%的甲基硅酸钾溶液，匀速搅拌反应1.2h；

步骤B：1.2h反应结束后，调整搅拌速度为600r/min，补加乙醇溶液80mL，再缓慢加入十六烷基三甲氧基硅烷，添加量为季戊四醇质量的0.5%，保持搅拌15-20min；

步骤C：反应结束后用大量的乙醇离心洗涤，得沉淀物在50℃烘箱干燥10h，即得到甲基硅酸钾改性的季戊四醇。

按照标准GB 14907-2018《钢结构防火涂料》对实施例3组成的涂料进行测试，其结果如表4所示。

实施例4

一种用于室内钢结构的水性改性防火涂料,包括由以下重量百分比的原料组成：20%成膜乳液、0.8%分散剂、1.3%增稠剂、8%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、10%三聚氰胺、14%三聚氰胺改性的聚磷酸铵、14%氢氧化铝、3%玻璃纤维、0.2%润湿剂、0.6%消泡剂、9%颜料，余量为蒸馏水。

上述一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A：在水中再加入分散剂、润湿剂、消泡剂600r/min转速下搅拌8min；

步骤B：再加入玻璃纤维1000r/min转速下搅拌8min;

步骤C：再加入氢氧化铝和钛白粉1000r/min转速下搅拌24min;

步骤D：再加入聚磷酸铵、改性季戊四醇和三聚氰胺继续搅拌17min；

步骤E：搅拌均匀后加入配方量的成膜乳液，800r/min转速下搅拌13mim;

步骤F：最后再加入增稠剂调节粘度，得到水性膨胀型防火涂料。

改性季戊四醇的改性方法和步骤为：

步骤A：将一定质量的季戊四醇通过超声分散均匀分散于乙醇溶剂中，溶剂质量为季戊四醇的23倍，在常温下加入季戊四醇质量的3.2%的甲基硅酸钾溶液，匀速搅拌反应1.4h；

步骤B：1.4h反应结束后，调整搅拌速度700r/min，补加乙醇溶液70mL，再缓慢加入十六烷基三甲氧基硅烷，添加量为季戊四醇质量的0.6%，保持搅拌20min；

步骤C：反应结束后用大量的乙醇离心洗涤，得沉淀物在50℃烘箱干燥12h，即得到甲基硅酸钾改性的季戊四醇。

按照标准GB 14907-2018《钢结构防火涂料》对实施例4组成的涂料进行测试，其结果如表5所示。

由表2-表5可知，各实施例中的水性膨胀型防火涂料的各项性能符合新标准GB14907-2018 钢结构防火涂料的要求，耐火时间均可达120min，耐水性能优异，该涂料在经过冷热循环后涂膜外观良好，无开裂、剥落、起泡现象，且隔热效率衰减量均≤35%；通过国标规定的耐湿热试验测试，涂层在高温、高湿环境无起层、脱落现象。本发明中的防火涂料具有优异的耐火性能和理化性能，可以为室内钢结构提供有效的防火保护。

Claims (6)

1.一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于包括以下重量百分比的原料：15%-20%成膜乳液、0.8%～1.2%分散剂、0.9%～1.3%增稠剂、8%～12%甲基硅酸钾改性的季戊四醇、10%～11%三聚氰胺、14%～16%聚磷酸铵、12%～14%氢氧化铝、3%～4%玻璃纤维、0.2%-0.6%润湿剂、0.6%-0.8%消泡剂、6%-9%颜料，余量为蒸馏水；所述成膜乳液为醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液；所述颜料包括钛白粉；

所述甲基硅酸钾改性的季戊四醇的改性方法如下：

步骤A、将季戊四醇通过超声分散均匀分散于乙醇溶剂中，溶剂质量为季戊四醇的20-25倍，在常温下加入季戊四醇质量的3%-3.2%的甲基硅酸钾溶液，匀速搅拌反应1-1.5h；

步骤B、1-1.5h反应结束后，调整搅拌速度为500-700r/min，补加乙醇溶液50-100mL，再缓慢加入十六烷基三甲氧基硅烷，添加量为季戊四醇质量的0.5%-0.6%，保持搅拌15-20min；

步骤C、反应结束后用乙醇离心洗涤，得沉淀物在50℃- 60℃烘箱干燥8-12h，即得到甲基硅酸钾改性的季戊四醇。

2.根据权利要求1所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述醋酸乙烯酯-乙烯共聚物乳液的黏度范围为2000-7000 mPa•s，pH值范围为4.5-5.4，玻璃化温度范围为2-6℃。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述玻璃纤维的熔点大于1200℃，长径比为20～25，纤维长度为120-135μm，拉伸强度为700-800MPa。

4.根据权利要求3所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述聚磷酸铵为三聚氰胺改性的聚磷酸铵，其聚合度n＞1500，水溶性≤0.25g/100mL。

5.根据权利要求4所述的一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料，其特征在于：所述分散剂为巴斯夫AA4141；所述增稠剂为罗门哈斯RM-2020聚氨酯类非离子型缔合增稠剂。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A、在蒸馏水中加入分散剂、润湿剂、消泡剂，以500-800r/min的转速搅拌5-8min；

步骤B、再加入玻璃纤维，以800-1000r/min的转速搅拌8-10min；

步骤C、再加入氢氧化铝和颜料，以1000-1200r/min的转速搅拌20-25min；

步骤D、再加入聚磷酸铵、甲基硅酸钾改性的季戊四醇和三聚氰胺，继续搅拌15-20min；

步骤E、搅拌均匀后加入配方量的成膜乳液，以600-800r/min的转速搅拌10-15mim；

步骤F、最后再加入增稠剂调节粘度，得到水性膨胀型防火涂料。