CN1648185A - 聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料 - Google Patents

聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料 Download PDF

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Abstract

聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料，涉及一种防火涂料。提供一种聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料及制造方法。由粘结剂、改性剂、添加剂、骨料、粉料和增强材料组成。粉料、骨料筛分、干燥；将除水泥之外的粘结剂和阻燃剂粉化过筛；珍珠岩、蛭石表面改性；增强材料剪断分散；按组分配比将所有添加剂、高分子聚合物粉末与水泥粉料活化改性，或将乳液除外的所有已处理好的原辅材料搅拌均匀。实现粘结的高温连续性，利用所添加的高子聚合物变形性好、结构封闭、易涂刷等优点实现对耐高温无机粘结剂和水泥的改性；赋予涂层具有水泥的刚性和聚合物的柔性，降低涂层密度，涂层粘结性、耐水性和柔韧性高，不易爆裂脱落、粉化、受潮，附着力好。

Description

聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料
技术领域
本发明涉及一种防火涂料，尤其是一种通过化学改性的水泥基厚涂型钢结构防火涂料。
背景技术
钢结构具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、制造及安装机械化程度高、布局灵活、污染少等综合优势，越来越多地应用在(超)高层建筑中。但是，耐火性差是钢结构建筑的一个致命缺点。在火灾高温作用下，钢材的力学性能，如屈服强度、弹性模量等随温度升高而迅速降低，其临界失效温度为550℃左右，一旦着火，15分钟左右就开始逐渐丧失承重能力。混凝土也存在耐火方面的问题，由于其组成材料的成分复杂且离散性大、热功参数差异大、材质的理化性能的差别等因素，使其在高温下产生应力形变、温度形变等变形，致使抗压、抗拉强度等急剧下降，从而导致建筑结构破坏。因此，对于高层建筑内由混凝土和钢组成的多种结构包括纯钢结构都必须进行防火处理。目前，相关厚涂型防火涂料的专利、研究报道已有很多。如范春山等(专利公开号为CN1076941)提出梯次发泡观点，将高温发泡层、低温发泡层、隔离层按先后次序，分四层涂于钢材表面；阻火过程中梯次发泡，形成复合涂层，不产生有毒气体，耐火极限超过60分钟。郭静峰(专利公开号为CN1088598)研制了一种使用时只需用水搅拌的无机型防火涂料，其特征在于以玻璃粉、生石灰粉、瓷粉和硅酸钠为原料，四者质量比40∶30∶40∶60。郭炳林等(专利公开号为CN1091445)针对无机防火涂料粘性不足，采用陶土或膨润土类粘土作为衬隔辅助接合剂，滑石、硫酸钙及碳酸钙为辅助接合剂，与波特兰水泥、蛭石、纤维材料组成无机型防火涂料组合物。刘小兵(专利公开号为CN 1106851)由矿棉、岩棉为增强材料，与氢氧化钙、硅酸钠、高岭土、磷酸铝、轻质骨料苯丙乳液、十二烷基苯磺酸钠及水组成，具有保温、隔热、吸声、防火、防腐等功效。刘振华(专利公开号为CN 1180085)采用矿石绒、石棉绒等新型材料，与831(粘合剂)、胶水、石膏、膨润土、珍珠粉、玻璃水、生石粉、滑石粉等多种化工原料加工而成，绝热保温温度：-40℃～800℃，不变形，不裂口，防水性能好。Saka等([P]JP06 32666)提出一种可涂覆于建筑物表面的无机防火涂料，由水硬性白水泥、水玻璃、蛭石、膨胀珍珠岩、无机玻璃纤维等组成。Matsuo([P]JP 10 310477)提出了以海泡石、硅钙石、增强纤维、高铝水泥、无定型硅石为主要成份的防火涂料，该涂料具有很好的绝热性和防爆裂性，可应用于建筑物外墙、隧道、钢结构等。目前大部分专利、文献报道的厚涂型防火涂料的制造大都以水泥、白水泥、高铝水泥、水玻璃、磷酸盐、煅烧高龄土、石膏、氧化镁、硫酸镁、膨润土等无机物为粘结料，以膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、漂珠、碳酸钙，石英粉、粉煤灰、海泡石粉、滑石粉、高岭土等为颜填料，以玻璃纤维、钢纤维、聚丙稀纤维、硅酸铝纤维等为增强材料，以含铝、镁、硼、锌的氢氧化物等为阻燃剂，产品具有原料廉价易得、成本低、污染少等特点。但附着力及物理机械性能差，耐潮性差，易龟裂、粉化、剥落，且涂层装饰性不好等。目前厚涂型钢结构防火涂料中广泛存在两个较为突出的问题：(1)粘结性、耐水性差，高温状态下易爆裂脱落；(2)涂层密度大，增加了钢结构负载的同时，也给施工带来不便。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种通过化学改性后赋予涂层具有水泥的刚性和聚合物的柔性，提高了涂层粘结性、耐水性和柔韧性，减少了涂层高温或骤冷条件下易爆裂、脱落，常温下易粉化、受潮、附着力差等缺点的聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料及其制造方法。
本发明所说的涂料由粘结剂、改性剂、添加剂、骨料、粉料和增强材料组成，所说的粘结剂为水泥、硅酸钾、铝质陶瓷粉料、凹凸棒粘土和煅烧菱镁土中的至少一种；所说的改性剂为高分子聚合物乳液(或粉末)、聚磷酸铝和氧化锌；所说的添加剂包括阻燃剂、减水剂和增塑剂，所说的阻燃剂为氢氧化铝、贫水硼砂、聚磷酸铵中的至少一种，所说的减水剂为聚丙烯酸类减水剂，所说的增塑剂为羟丙基甲基纤维素醚；所说的骨料为表面改性膨胀蛭石；粉料为表面改性膨胀珍珠岩、熔融漂珠、硅灰石中的至少一种；所说的增强材料为硅酸铝纤维、黄麻纤维中的至少一种。
各组分按质量分数的配比如下：
水泥22.0～38.0，硅酸钾4.0～18.0，铝质陶瓷粉料1.2～3.6，凹凸棒粘土：0～1.8，煅烧菱镁土4.7～10.5，高分子聚合物乳液2.5～10.8或高分子聚合物粉末3.0～10.0，聚磷酸铝0.8～3.6，氧化锌1.5～5.2，贫水硼砂2.0～5.5，氢氧化铝0～15，聚磷酸铵0～2.5，聚丙烯酸减水剂0～1.0，羟丙基甲基纤维素醚增塑剂0～1.0，表面改性膨胀蛭石17.0～32.0，超细硅灰石矿粉0～4.0，表面改性膨胀珍珠岩0～15.2，熔融漂珠2.5～15.0，黄麻纤维0～3.0，硅酸铝纤维2.2～7.4。高分子聚合物乳液为乙酸乙烯/乙烯共聚乳液(VAE)、苯丙乳液(SAE)、聚丙烯酸酯乳液(PAE)和聚醋酸乙烯酯(PVAc)中的至少一种；高分子聚合物粉末为：乙酸乙烯/乙烯共聚物(VAE)、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物(SAE)和氯乙烯乙烯月桂酸乙烯酯共聚物(VC/E/VL)中的至少一种。
本发明所说的聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料的制造方法如下：
(1)对所采用的粉料、骨料分别进行筛分、干燥，粉料粒径控制在0.1～0.3mm，骨料粒径在1～5mm；
(2)将除水泥之外的粘结剂和添加剂中的阻燃剂用高性能球磨机粉化过筛使之粒径≤300目；
(3)将易吸水性的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石先用107胶水喷雾干燥后，再用0.5％-2.0％的硅烷偶联剂的酒精喷雾进行表面改性；
(4)将硅酸铝、黄麻纤维剪断分散；
(5)按组分配比将所有添加剂、高分子聚合物粉末与水泥粉料进行活化改性，所说的活化改性采用搅拌，或将乳液除外的所有已处理好的原辅材料搅拌均匀；
(6)将所有已处理好的干性原辅材料经高速分散机混合均匀后抽样检验，包装入库。或者将乳液和其他所有已处理好的干性原辅材料分开独立包装成A、B组分。
本发明在以水泥为主的无机粘结剂基础上，加入无机耐高温粘结剂和复合改性剂实现粘结的高温连续性；利用所添加的高子聚合物变形性好、结构封闭、易涂刷等优点，拼用无机聚合物实现对耐高温无机粘结剂和水泥的改性；通过调节聚合物与粉填料的配比，在较低的聚灰比下，促进水泥等无机粘结料水化完全和聚合物三维交联网状结构的形成，赋予涂层具有水泥的刚性和聚合物的柔性。同时采用大量粒度不一的轻质耐火填料，以使涂层密实并降低涂层密度。从而显著提高了涂层粘结性、耐水性和柔韧性，减少了涂层高温或骤冷条件下易爆裂、脱落，常温下易粉化、受潮、附着力差等缺点。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
1)首先将熔融漂珠、硅灰石矿粉、膨胀珍珠岩和膨胀蛭石分别进行筛分、干燥，粉料粒径控制在0.1～0.3mm，骨料粒径在1～5mm；
2)将硅酸钾、凹凸棒粘土、铝质陶瓷粉料、煅烧菱镁矿和氢氧化铝、贫水硼砂、聚磷酸铝分别用高性能球磨机粉化过筛使之粒径≤300目；
3)将易吸水性的膨胀珍珠岩，膨胀蛭石先用107胶水喷雾干燥后，再用0.5％-2.0％的硅烷偶联剂的酒精经喷雾干燥，进行表面改性；
4)将硅酸铝和黄麻纤维经剪棉机剪断分散；
5)将硅酸盐水泥32.0Kg，硅酸钾6.5Kg，铝质陶瓷粉料2.5Kg，凹凸棒粘土2.5Kg，煅烧菱镁矿5.2Kg及聚丙烯酸减水剂0.35Kg，羟丙基甲基纤维素醚增塑剂0.65Kg，聚磷酸铝1.4Kg，氧化锌2.8Kg，氢氧化铝2.0Kg，贫水硼砂2.0Kg，加入搅拌机混合搅拌进行活化改性；
6)连同步骤5)改性后的物料和超细硅灰石矿粉2.0Kg、熔融漂珠5.2Kg、硅酸铝纤维3.5Kg及表面改性膨胀珍珠岩6.5Kg、表面改性膨胀蛭石18.4Kg投入高速分散器混合均匀为A组分；乙酸乙烯酯一乙烯共聚乳液(VAE)7.0Kg为B组分；抽检合格后，分别包装入库。
具体施工时，将B组分按水灰比0.8～1.2加水，经搅拌机搅拌稀释，调节pH值9～12后，再将A组分加入上一浆料，搅拌至均匀。采用喷涂或者手抹施工，按防火要求，多次分层涂抹。
产品耐火性能：涂层厚度25mm，耐火极限≥180min；表干时间：4h；粘结强度：0.65Mpa；密度：470Kg/m3；其它性能指标均符合钢结构防火涂料国家标准GB 14907-2002。
实施例2～5：
基本配方不变，仅改变乳液类型，生产工艺同实施例1，结果见表1。
                                    表1
实施例 硅酸钾g 膨胀蛭石g 聚合物乳液kg 耐火性能h/25mm 粘结强度MPa 涂层密度g/cm3
    2     6.5     25.4   VAE：7.5     3.8     0.65     0.470
    3     6.8     24.1   SAE：7.8     3.5     0.58     0.474
    4     6.5     24.2   PAE：8.0     3.4     0.60     0.473
    5     6.5     25.4   PVAc：7.5     3.6     0.62     0.468
实施例6～9：
基本配方不变，选用VAE乳液，通过改变水泥、硅酸钾、膨胀蛭石和煅烧菱镁土用量，其余同实施例1，结果见表2。
                                           表2
实施例   水泥g   硅酸钾g   煅烧菱土镁土g 膨胀蛭石g     VAE乳液g 耐火性能h/25mm
    6     32     6.5     5.2     25.4     7.5     3.8
    7     22     18.0     10.5     17.1     10.8     3.5
    8     28     12.0     7.0     22.2     8.5     3.6
    9     38     4.0     4.7     32.0     2.5     3.4
实施例10：
将已处理过的含有白水泥25.0Kg，硅酸钾4.5Kg，铝质陶瓷粉料3.6Kg，聚磷酸铝3.6Kg，贫水硼砂4.0Kg，煅烧菱镁土3.8Kg，熔融漂珠8.0Kg，氧化锌1.5Kg，聚丙烯酸减水剂0.45Kg，羟丙基甲基纤维素醚增塑剂0.85Kg，表面处理膨胀蛭石20.2Kg，氢氧化铝7.5Kg，黄麻纤维1.7Kg，硅酸铝纤维3.5Kg，EVA聚合物粉末7.4Kg等物料，依次加入搅拌机中混合分散均匀即可。产品为粉状。耐火性能：涂层厚度25mm，耐火极限≥180min；表干时间：4.5h；粘结强度：0.50Mpa；密度：482Kg/m3；其它性能均符合钢结构防火涂料国家标准GB14907-2002。
具体施工时，只需按水灰比0.8～1.2兑水稀释本涂料，采用喷涂或者手抹施工，按防火要求，多次分层涂抹。
实施例11～15：
基本配方不变，选用EVA聚合物粉末，同时改变水泥、膨胀蛭石、EVA聚合物粉末、氢氧化铝用量。结果见表3。
                                    表3
实施例 水泥g 膨胀蛭石g  EVA粉末g 氢氧化铝g 耐火程度h/25mm   粘结强度MPa
    11     25.0     20.2     7.4     7.5     3.5     0.50
    12     22.0     17.0     3.0     4.0     3.3     0.56
    13     28.0     23.2     7.5     10.0     3.5     0.44
    14     32.0     25.0     8.5     15.0     3.4     0.41
    15     38.0     32.0     10.3     0     3.2     0.41
具体施工时，只需按水灰比0.8～1.2兑水稀释本涂料，采用喷涂或者手抹施工，按防火要求，多次分层涂抹。
实施例16：
与实施例1类似，其区别在于铝质陶瓷粉料为1.2Kg，凹凸棒粘土1.8Kg，聚磷酸铝0.8Kg，氧化锌5.2Kg，贫水硼砂5.5Kg。并加入聚磷酸铵2.5Kg。

Claims (4)

1.聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料，其特征在于由粘结剂、改性剂、添加剂、骨料、粉料和增强材料组成，所说的粘结剂为水泥、硅酸钾、铝质陶瓷粉料、凹凸棒粘土和煅烧菱镁土中的至少一种；所说的改性剂为高分子聚合物乳液或粉末、聚磷酸铝和氧化锌；所说的添加剂包括阻燃剂、减水剂和增塑剂，所说的阻燃剂为氢氧化铝、贫水硼砂、聚磷酸铵中的至少一种，所说的减水剂为聚丙烯酸类减水剂，所说的增塑剂为羟丙基甲基纤维素醚；所说的骨料为表面改性膨胀蛭石；粉料为表面改性膨胀珍珠岩、熔融漂珠、硅灰石中的至少一种；所说的增强材料为硅酸铝纤维、黄麻纤维中的至少一种；所说的粘结剂、改性剂、添加剂、骨料、粉料和增强材料的各组分按质量分数的配比为水泥22.0～38.0，硅酸钾4.0～18.0，铝质陶瓷粉料1.2～3.6，凹凸棒粘土：0～1.8，煅烧菱镁土4.7～10.5，高分子聚合物乳液2.5～10.8或高分子聚合物粉末3.0～10.0，聚磷酸铝0.8～3.6，氧化锌1.5～5.2，贫水硼砂2.0～5.5，氢氧化铝0～15，聚磷酸铵0～2.5，聚丙烯酸减水剂0～1.0，羟丙基甲基纤维素醚增塑剂0～1.0，表面改性膨胀蛭石17.0～32.0，超细硅灰石矿粉0～4.0，表面改性膨胀珍珠岩0～15.2，熔融漂珠2.5～15.0，黄麻纤维0～3.0，硅酸铝纤维2.2～7.4。
2、如权利要求1所述的聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料，其特征在于所说的高分子聚合物乳液为乙酸乙烯/乙烯共聚乳液、苯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液和聚醋酸乙烯酯中的至少一种；高分子聚合物粉末为乙酸乙烯/乙烯共聚物、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物和氯乙烯乙烯月桂酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
3、聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料的制造方法，其特征在于其步骤为：
(1)对所采用的粉料、骨料分别进行筛分、干燥，粉料粒径控制在0.1～0.3mm，骨料粒径在1～5mm；
(2)将除水泥之外的粘结剂和添加剂中的阻燃剂用高性能球磨机粉化过筛使之粒径≤300目；
(3)将易吸水性的膨胀珍珠岩、膨胀蛭石先用107胶水喷雾干燥后，再用0.5％～2.0％的硅烷偶联剂的酒精喷雾进行表面改性；
(4)将硅酸铝、黄麻纤维剪断分散；
(5)按组分配比将所有添加剂、高分子聚合物粉末与水泥粉料进行活化改性，所说的活化改性采用搅拌，或将乳液除外的所有已处理好的原辅材料搅拌均匀；所说的组分由粘结剂、改性剂、添加剂、骨料、粉料和增强材料组成，所说的粘结剂为水泥、硅酸钾、铝质陶瓷粉料、凹凸棒粘土和煅烧菱镁土中的至少一种；所说的改性剂为高分子聚合物乳液或粉末、聚磷酸铝和氧化锌；所说的添加剂包括阻燃剂、减水剂和增塑剂，所说的阻燃剂为氢氧化铝、贫水硼砂、聚磷酸铵中的至少一种，所说的减水剂为聚丙烯酸类减水剂，所说的增塑剂为羟丙基甲基纤维素醚；所说的骨料为表面改性膨胀蛭石；粉料为表面改性膨胀珍珠岩、熔融漂珠、硅灰石中的至少一种；所说的增强材料为硅酸铝纤维、黄麻纤维中的至少一种；所说的粘结剂、改性剂、添加剂、骨料、粉料和增强材料的各组分按质量分数的配比为水泥22.0～38.0，硅酸钾4.0～18.0，铝质陶瓷粉料1.2～3.6，凹凸棒粘土：0～1.8，煅烧菱镁土4.7～10.5，高分子聚合物乳液2.5～10.8或高分子聚合物粉末3.0～10.0，聚磷酸铝0.8～3.6，氧化锌1.5～5.2，贫水硼砂2.0～5.5，氢氧化铝0～15，聚磷酸铵0～2.5，聚丙烯酸减水剂0～1.0，羟丙基甲基纤维素醚增塑剂0～1.0，表面改性膨胀蛭石17.0～32.0，超细硅灰石矿粉0～4.0，表面改性膨胀珍珠岩0～15.2，熔融漂珠2.5～15.0，黄麻纤维0～3.0，硅酸铝纤维2.2～7.4；
(6)将所有已处理好的干性原辅材料经高速分散机混合均匀后抽样检验，包装入库，或者将乳液和其他所有已处理好的干性原辅材料分开独立包装成A、B组分。
4、如权利要求3所述的聚合物改性水泥基厚涂型钢结构防火涂料的制造方法，其特征在于所说的高分子聚合物乳液为乙酸乙烯/乙烯共聚乳液、苯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液和聚醋酸乙烯酯中的至少一种；高分子聚合物粉末为乙酸乙烯/乙烯共聚物、苯乙烯/丙烯酸酯共聚物和氯乙烯乙烯月桂酸乙烯酯共聚物中的至少一种。
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