CN114806249A - 一种建筑防火涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于防火涂料技术领域，具体涉及一种建筑防火涂料及其制备方法。本发明研制的产品中，包括功能填料和基体树脂；所述功能填料包括聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉；所述基体树脂包括水性丙烯酸树脂和季戊四醇；所述聚磷酸铵的细度为500‑600目；所述聚磷酸铵的休止角为25‑30°；所述三聚氰胺的细度为600‑800目；所述三聚氰胺的休止角为28‑32°；所述钛白粉的细度为800‑1000目；所述钛白粉的休止角为30‑35°；所述功能填料的休止角为26‑33°；所述功能填料和所述基体树脂的质量比为1：5‑1：10；所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为(1‑3)：(2‑4)：(1.2‑1.8)；所述季戊四醇的添加量为所述水性丙烯酸树脂质量的3‑8％。

Description

一种建筑防火涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于防火涂料技术领域。更具体地，涉及一种建筑防火涂料及其制备方法。
背景技术
建筑防火涂料是指喷涂在建筑表面，提高建筑表面的抗燃性、降低火焰的传播速度，在一段时间内阻止燃烧，控制火势蔓延，增强基材的抗火能力，达到推迟结构破换时间，保护建筑物，提高建筑材料耐火极限的一种涂料。建筑防火涂料大体可以分为以下几类：饰面型防火涂料、电缆防火涂料、钢结构防火涂料、预应力混凝土楼板防火涂料、高固体分防火涂料、环保型建筑防火涂料等。我国防火涂料虽然比国外工业发达国家起步晚很多，但是发展很快，个别种类的防火涂料：例如钢结构防火涂料，其技术已经接近或达到国际先进水平。
钢结构的建筑强度高、质量轻，并有良好的延伸性、抗震性和施工周期短，在现代建筑行业被越来越广泛地使用。但是钢材虽然本身是不燃的，在高温的情况下强度下降却非常快，很快会失去支撑能力，以致建筑物变形或塌陷。所以，钢结构必须进行防火保护，钢结构防火涂料应运而生。
业内早期研制和生产的钢结构防火涂料主要为无机类的厚质型涂料。这类涂料属非膨胀型防火涂料，以硅酸盐水泥、膨胀蛭石、珍珠岩、矿物纤维及少量阻燃剂混合而成，本身不会燃烧，热导率很低。涂覆于钢结构表面可起到隔绝空气、阻隔火源入侵基材的作用。这类涂料在燃烧初期可明显降低火焰的传播速度，但一旦火势旺盛即失去作用，故一般适用于防火要求较低的场合。厚质型钢结构防火涂料的耐火时间与涂层厚度有关，涂层厚度在8～50mm之间。
超薄型钢结构防火涂料涂层厚度不超过3mm，耐火极限在2h之内，在满足防火要求的同时，又具有较好装饰效果。其成膜物质主要有两类，即树脂型和乳液型，前者如氨基树脂、环氧树脂、聚氨酯等；后者如苯丙乳液、纯丙乳液、氯偏乳液等。超薄型防火涂料制备的技术关键是防火助剂的细度，目前业内已经具备了生产细度较高的防火助剂技术，超细级聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺的研究已取得阶段性成果，细度达400目以上的无机发泡材料已经投入生产使用，这些研究成果为超薄型钢结构防火涂料的发展提供了有利的保障。然而，发明人发现，超细材料的使用，对产品耐候性产生了不良的影响，在长期服役过程中，涂料的耐火性能容易随使用寿命延长而下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有超薄型建筑防火涂料用于钢结构表面时，其耐候性能无法得到有效兼顾的缺陷和不足，提供一种建筑防火涂料及其制备方法。
本发明的目的是提供一种建筑防火涂料。
本发明另一目的是提供一种建筑防火涂料的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种建筑防火涂料，包括功能填料和基体树脂；
所述功能填料包括聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉；
所述基体树脂包括水性丙烯酸树脂和季戊四醇；
所述聚磷酸铵的细度为500-600目；所述聚磷酸铵的休止角为25-30°；
所述三聚氰胺的细度为600-800目；所述三聚氰胺的休止角为28-32°；
所述钛白粉的细度为800-1000目；所述钛白粉的休止角为30-35°；
所述功能填料的休止角为26-33°。
上述技术方案采用不同细度和休止角的功能填料复配，其中目数越小，对应的颗粒大小越大，对于颗粒大小相对较大的聚磷酸铵，选用休止角相对较小的，休止角越小，聚磷酸铵颗粒自身之间的摩擦力越小；基于此，同理推测，可以理解的是，三聚磷酸铵总体颗粒自身之间的摩擦力相对偏大，而钛白粉则相对更大；颗粒相对较大的，自身颗粒之间的摩擦力越小，越容易流动，如此，表面能相对较低，不容易发生团聚的大颗粒更容易在体系内部自由流动，通过三种不同细度的功能填料复配，并且三者颗粒自身的摩擦力大小也不同，颗粒较大且不容易团聚的颗粒容易流动并实现对容易团聚的小颗粒实现物理阻隔，从而保障了总体功能填料之间粒径级配的同时，可以实现均匀的分布；
另外，三种功能填料复配后，总体表现的休止角为上述范围时，添加到带有季戊四醇的水性丙烯酸酯涂料中后，在基体树脂官能团的作用下，上述三种复配的功能填料在涂料混合过程中，以及涂料涂膜干燥过程中，都可以在体系内部均匀分散，从而使得产品干燥后可以形成均匀级配的致密涂层，由于涂层的致密成型，可以有效降低在实际使用过程中环境因素对漆膜的不良影响，提高产品的耐候性能。
进一步的，所述建筑防火涂料中，所述功能填料和所述基体树脂的质量比为1：5-1：10；
所述功能填料中，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为(1-3)：(2-4)：(1.2-1.8)；
所述基体树脂中，所述季戊四醇的添加量为所述水性丙烯酸树脂质量的3-8％。
通过上述比例的控制，分散均匀的各组分在正常使用过程中得益于相互之间的物理阻隔保持形状稳定，而在火灾受热时，可以快速发生协同物理化学反应，减缓热量对基体钢材的影响，具体的，钛白粉在高温条件下与聚磷酸铵形成焦磷酸钛保护层，提升表层的隔热性能，而上述比例的添加量下，钛白粉可以联合反应形成的焦磷酸钛使膨胀的碳层紧密，进一步提高表层隔热性能。
进一步的，所述功能填料的休止角为28-30。
进一步的，所述建筑防火涂料中，还包括钛白粉质量5-10％的润滑剂；
所述润滑剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的任意一种。
一种建筑防火涂料的制备方法，具体制备步骤包括：
提供细度为500-600目，休止角为25-30°的聚磷酸铵；
提供细度为600-800目，休止角为28-32°的三聚氰胺；
提供细度为800-1000目，休止角为30-35°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，并加入助磨剂，球磨混合至休止角为26-33°的球磨料，得功能填料；
将功能填料、季戊四醇和水性丙烯酸酯混合均匀，得建筑防火涂料。
进一步的，具体制备步骤还包括：
在加入所述助磨剂的同时，加入所述钛白粉质量5-10％的润滑剂，所述润滑剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的任意一种。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
提供细度为500目，休止角为25°的聚磷酸铵；
提供细度为600目，休止角为28°的三聚氰胺；
提供细度为800目，休止角为30°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为1：2：1.2，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的10％，随后加入钛白粉质量5％的润滑剂，再加按球料质量比为20：1加入球磨珠，以自转转速为300r/min，公转转速为400r/min，球磨混合至休止角为26°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸钙；
在固含量为50％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量3％的季戊四醇，用搅拌器以500r/min转速，搅拌混合45min，得基体树脂；
按质量比为1：5将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.3％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8000r/min条件下，均质处理2h后，出料，即得产品。
实施例2
提供细度为550目，休止角为26°的聚磷酸铵；
提供细度为700目，休止角为29°的三聚氰胺；
提供细度为900目，休止角为32°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为2：3：1.5，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的12％，随后加入钛白粉质量8％的润滑剂，再加按球料质量比为25：1加入球磨珠，以自转转速为400r/min，公转转速为500r/min，球磨混合至休止角为28°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸锌；
在固含量为55％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量5％的季戊四醇，用搅拌器以600r/min转速，搅拌混合50min，得基体树脂；
按质量比为1：8将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.4％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8300r/min条件下，均质处理3h后，出料，即得产品。
实施例3
提供细度为600目，休止角为30°的聚磷酸铵；
提供细度为800目，休止角为32°的三聚氰胺；
提供细度为1000目，休止角为35°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为3：4：1.8，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的15％，随后加入钛白粉质量10％的润滑剂，再加按球料质量比为30：1加入球磨珠，以自转转速为500r/min，公转转速为600r/min，球磨混合至休止角为33°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸镁；
在固含量为60％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量8％的季戊四醇，用搅拌器以700r/min转速，搅拌混合60min，得基体树脂；
按质量比为1：10将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.5％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8500r/min条件下，均质处理4h后，出料，即得产品。
实施例4
提供细度为500目，休止角为25°的聚磷酸铵；
提供细度为600目，休止角为28°的三聚氰胺；
提供细度为800目，休止角为30°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为1：2：1.2，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的10％，随后加入钛白粉质量5％的润滑剂，再加按球料质量比为20：1加入球磨珠，以自转转速为300r/min，公转转速为400r/min，球磨混合至休止角为29°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸钙；
在固含量为50％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量3％的季戊四醇，用搅拌器以500r/min转速，搅拌混合45min，得基体树脂；
按质量比为1：5将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.3％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8000r/min条件下，均质处理2h后，出料，即得产品。
实施例5
提供细度为550目，休止角为26°的聚磷酸铵；
提供细度为700目，休止角为29°的三聚氰胺；
提供细度为900目，休止角为32°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为2：3：1.5，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的12％，随后加入钛白粉质量8％的润滑剂，再加按球料质量比为25：1加入球磨珠，以自转转速为400r/min，公转转速为500r/min，球磨混合至休止角为30°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸锌；
在固含量为55％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量5％的季戊四醇，用搅拌器以600r/min转速，搅拌混合50min，得基体树脂；
按质量比为1：8将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.4％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8300r/min条件下，均质处理3h后，出料，即得产品。
实施例6
本实施例和实施例1相比，区别在于：未加入润滑剂，其余条件保持不变。
对比例1
提供细度为400目，休止角为35°的聚磷酸铵；
提供细度为600目，休止角为28°的三聚氰胺；
提供细度为800目，休止角为30°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为1：2：1.2，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的10％，随后加入钛白粉质量5％的润滑剂，再加按球料质量比为20：1加入球磨珠，以自转转速为300r/min，公转转速为400r/min，球磨混合至休止角为26°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸钙；
在固含量为50％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量3％的季戊四醇，用搅拌器以500r/min转速，搅拌混合45min，得基体树脂；
按质量比为1：5将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.3％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8000r/min条件下，均质处理2h后，出料，即得产品。
对比例2
提供细度为500目，休止角为25°的聚磷酸铵；
提供细度为300目，休止角为40°的三聚氰胺；
提供细度为800目，休止角为30°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为1：2：1.2，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的10％，随后加入钛白粉质量5％的润滑剂，再加按球料质量比为20：1加入球磨珠，以自转转速为300r/min，公转转速为400r/min，球磨混合至休止角为26°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸钙；
在固含量为50％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量3％的季戊四醇，用搅拌器以500r/min转速，搅拌混合45min，得基体树脂；
按质量比为1：5将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.3％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8000r/min条件下，均质处理2h后，出料，即得产品。
对比例3
提供细度为500目，休止角为25°的聚磷酸铵；
提供细度为600目，休止角为28°的三聚氰胺；
提供细度为800目，休止角为42°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为1：2：1.2，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的10％，随后加入钛白粉质量5％的润滑剂，再加按球料质量比为20：1加入球磨珠，以自转转速为300r/min，公转转速为400r/min，球磨混合至休止角为32°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸钙；
在固含量为50％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量3％的季戊四醇，用搅拌器以500r/min转速，搅拌混合45min，得基体树脂；
按质量比为1：5将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.3％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8000r/min条件下，均质处理2h后，出料，即得产品。
对比例4
提供细度为500目，休止角为25°的聚磷酸铵；
提供细度为600目，休止角为28°的三聚氰胺；
提供细度为800目，休止角为30°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为1：2：1.2，并加入无水乙醇作为助磨剂，无水乙醇的用量为球磨罐中上述三种填料总质量的10％，随后加入钛白粉质量5％的润滑剂，再加按球料质量比为20：1加入球磨珠，以自转转速为300r/min，公转转速为400r/min，球磨混合至休止角为36°的球磨料，得功能填料；
其中，所述润滑剂选自硬脂酸钙；
在固含量为50％的水性丙烯酸酯乳液中，加入水性丙烯酸酯乳液质量3％的季戊四醇，用搅拌器以500r/min转速，搅拌混合45min，得基体树脂；
按质量比为1：5将功能填料和基体树脂混合倒入高压均质机中，并加入基体树脂质量0.3％的消泡剂聚硅氧烷，于转速为8000r/min条件下，均质处理2h后，出料，即得产品。
对实施例1-6及对比例1-4所得产品进行性能测试，具体测试方法如下所述：
选用规格为300mm×300mm×3mm的Q235B钢板，打磨清洁后，涂刷底漆，待底漆干燥固化后，将上述实施例或对比例产品依次涂覆于不同的钢板表面，涂膜厚度为1.5mm，于室温条件下，相对湿度为50％，养护30d后，将钢板移至猛火炉中，钢板背面正中间放置热电偶，测试钢板背面温度，然后点火进行耐火实验，以钢板背面温度达到550℃时停止实验，计算达到该温度所需的时间，即为t1；
将养护后的钢板于加速老化试验箱中，于温度为42℃，相对湿度为65％，采用UVA-340灯管，采用300-365nm的紫外光持续照射15d后，再次采用上述一致的耐火试验进行测试，并得到对应的时间t2；
具体测试结果如表1所示；
表1：产品性能测试结果
t1/s t2/s
实施例1 125 120
实施例2 132 130
实施例3 130 124
实施例4 135 132
实施例5 138 133
实施例6 120 114
对比例1 105 95
对比例2 101 89
对比例3 92 80
对比例4 93 78
由表1测试结果可知，本发明所得产品在钢材表面使用，可以获得较长的耐火时间，并且经过老化后，仍然保持较好的耐火性能，具有一定的耐候性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种建筑防火涂料，其特征在于，包括功能填料和基体树脂；
所述功能填料包括聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉；
所述基体树脂包括水性丙烯酸树脂和季戊四醇；
所述聚磷酸铵的细度为500-600目；所述聚磷酸铵的休止角为25-30°；
所述三聚氰胺的细度为600-800目；所述三聚氰胺的休止角为28-32°；
所述钛白粉的细度为800-1000目；所述钛白粉的休止角为30-35°；
所述功能填料的休止角为26-33°。
2.根据权利要求1所述的一种建筑防火涂料，其特征在于，
所述建筑防火涂料中，所述功能填料和所述基体树脂的质量比为1：5-1：10；
所述功能填料中，所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为(1-3)：(2-4)：(1.2-1.8)；
所述基体树脂中，所述季戊四醇的添加量为所述水性丙烯酸树脂质量的3-8％。
3.根据权利要求1所述的一种建筑防火涂料，其特征在于，
所述功能填料的休止角为28-30。
4.根据权利要求1所述的一种建筑防火涂料，其特征在于，
所述建筑防火涂料中，还包括钛白粉质量5-10％的润滑剂；
所述润滑剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的任意一种。
5.一种建筑防火涂料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：
提供细度为500-600目，休止角为25-30°的聚磷酸铵；
提供细度为600-800目，休止角为28-32°的三聚氰胺；
提供细度为800-1000目，休止角为30-35°的钛白粉；
将所述聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉加入球磨罐，并加入助磨剂，球磨混合至休止角为26-33°的球磨料，得功能填料；
将功能填料、季戊四醇和水性丙烯酸酯混合均匀，得建筑防火涂料。
6.根据权利要求5所述的一种建筑防火涂料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤还包括：
在加入所述助磨剂的同时，加入所述钛白粉质量5-10％的润滑剂，所述润滑剂选自硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁中的任意一种。
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