CN1709996A - 一种低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。超薄膨胀型钢结构防火涂料遇火时组分间协同作用，膨胀发泡以隔绝氧气并具有良好隔热性能，可以延滞热量传向被保护基材的速度，防止火焰迅速蔓延。超薄膨胀型钢结构防火涂料主要由基料树脂、成炭剂、发泡剂、催化剂等组成，本发明采用一定比例的树脂为主要成膜物质，通过添加陶瓷填料提高发泡层的高度和强度，发泡高度可达50倍以上，采用陶瓷填料和抑烟剂协同作用减少发烟量，制备的新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料具有涂刷简便、防火性能优异、发烟量少、发泡高度高和发泡强度大等优点，一般涂刷3～4遍，涂层厚度1.5－3mm就可以达到防火要求，可广泛应用于各种钢结构的防火。

Description

一种低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工及消防领域，是一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。

背景技术

现在的钢结构防火涂料的种类很多，按其材料形态可分为水基型、溶剂型和粉末型，按防火机理则可以分为隔热型、膨胀型和非膨胀型，按涂层厚度分为厚型、薄型和超薄型。超薄型钢结构防火涂料主要由基料树脂、成炭剂、发泡剂、催化剂等组成，属于膨胀型防火涂料，由于在受火时组分间协同作用，膨胀发泡形成泡沫层，不仅可以隔绝氧气，而且具有良好的隔热性能，可以延滞热量传向被保护基材的速度，防止火焰迅速蔓延。此外，涂层膨胀形成泡沫隔热层的过程是吸热反应，使体系的温度降低，故其阻燃防火效果显著。

膨胀型防火涂料膨胀发泡形成炭质泡沫层需要酸源(催化剂)、气源(发泡剂)和碳源三个基本要素，同时要求三要素间能有机协合。涂膜受热软化，其中的气源材料发生分解并产生气体，气体的逸出使软化了的涂膜鼓泡、膨胀，与此同时，酸源分解放出游离子酸类，催化炭化材料，使其脱水形成炭架，使膨胀起来的涂层具有一定的密实性，随着此过程的进行，最终形成绝热性良好的膨胀发泡层；为了防止涂料中的有机物产生火焰，往往还加入一些阻燃剂，如氯化石蜡、四溴双酚A类，籍这类阻燃剂分解放出的卤素，中止燃烧反应；从涂膜膨胀发泡机理中可以看出，发泡层发泡率的高低，与发泡剂密切相关，而发泡层的密实，与碳源材料密切相关。

对膨胀型防火涂料来说，含无机填料的比例较少，因其含量过高，会影响涂层的发泡高度，从而达不到隔热的目的，另外，防火涂层一般施工厚度大，较低的颜料组分已能满足遮盖力的要求，因此也不需太多无机颜填料，但少量颜填料必不可少，主要原因在于，这些无机添加剂不仅能使涂料膨胀发泡层很致密，而且它们在受火时不可能成为气体化合物而烧失，即使在持续的火焰作用下，无机添加剂也不会象有机物那样变为气体逸出。由于它们的稳定性而使膨胀发泡层保持有效的骨架成分，使泡沫层更致密，强度更好，长时间保持高效的隔热性，经久耐烧，从而提高其防火性能，如CN 1184137A，CN1488692都提到了在超薄型钢结构防火涂料中添加无机填料。在CN 1408800中王国建等采用可发性膨胀石墨来增加发泡材料的高度，但发泡层过高，强度跟不上，很容易发生剥落，影响耐火极限；US.666,573中提到用热固性树脂和热塑性树脂复配增加涂层的强度，但树脂量的增加会引起发烟量的增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种防火性能优异、发烟量少、发泡高度高和发泡强度大的新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。

本发明提出的一种低烟超薄膨胀型钢结构涂料，其组成配比是：

组分                   含量(wt％)

树脂                   15～30

陶瓷填料               4～20

溶剂                   6～20

发泡剂                 20～35

成炭剂                 10～25

催化剂                 5～25

抑烟剂                 0.5～5

增塑剂                 0.5-10

无机颜填料             0～15

助剂                   0～0.3

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料，是涂层厚度为1.5-3mm、发烟量少的低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料，发泡高度可达到50倍以上。

本发明的低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法是由树脂、陶瓷填料、溶剂、发泡剂、成炭剂、催化剂、抑烟剂、无机颜填料、助剂组成，具体组成配比如下：

组分                  含量(wt％)

树脂                  15～30

陶瓷填料              4～20

溶剂                  6～20

发泡剂                20～35

成炭剂                10～25

催化剂                5～25

抑烟剂                0.5～5

增塑剂                0.5-10

无机颜填料            0～15

助剂                  0～0.3

制备工艺如下：首先加入全部树脂量的50-70wt％树脂和溶剂，按配比将陶瓷填料、发泡剂、成炭剂、催化剂、抑烟剂、增塑剂和无机颜填料在1000-3000rpm转速分散30-100分钟，并研磨60-150分钟到10-150μm细度，过滤，然后加入助剂、剩余的树脂和溶剂，分散均匀后即可。

具体地说，本发明的超薄膨胀型钢结构防火涂料是由树脂、陶瓷填料、溶剂、发泡剂、成炭剂、催化剂、抑烟剂、无机颜填料、助剂组成，其中，(1)至少含有一种树脂，用量为总量的15～30wt％；(2)至少含有一种陶瓷填料，用量为总量的4～20wt％；(3)至少含有一种溶剂，用量为总量的6～20％；(4)至少含有一种发泡剂，用量为总量的20～35wt％；(5)至少含有一种成炭剂，用量为总量的10～25wt％；(6)至少含有一种催化剂，用量为总量的5～25wt％；(7)至少含有一种抑烟剂，用量为总量的0.5-5wt％；(8)至少含有一种增塑剂，用量为总量的0.5-10wt％；(9)至少含有一种无机颜填料，用量为总量的0～15wt％；(10)含有常规涂料助剂，如分散剂、消泡剂、流平剂、增稠剂等，用量为总量的0～0.3wt％。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、氯化橡胶、高氯化聚乙烯、有机硅树脂、聚酯、醛酮树脂等树脂，选用其中的两种或两种以上复配使用。

上述树脂的熔融分解温度在250～500℃、分子量为10000-100000更佳，可使炭化层的最终形态较优。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用硼硅酸盐、钠硅酸盐、钾硅酸盐、铝硅酸盐、瓷釉、玻璃粉、玻璃纤维、碳纤维或陶瓷粉为陶瓷填料，可选用其中的1-5种，如硅酸硼、硼硅酸铝、硼硅酸钾、硼硅酸钠、硅酸钠，硅酸钾、硅酸铝、铝硅酸钾、铝硅酸钠、瓷釉粉、陶瓷粉、玻璃粉、玻璃纤维、碳纤维等。

上述陶瓷填料的熔融温度以300～1200℃为好。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用脂肪族类溶剂、芳香族类溶剂、酯类溶剂、醇类溶剂等为溶剂，如200#溶剂油、400#溶剂油、1500#溶剂油、醋酸丁酯、二甲苯、异丙醇等，选用其中的一至四种。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用多聚磷酸盐类，如多聚磷酸铵、聚磷酸三聚氰胺、磷酸氢二胺、磷酸脲、磷酸胍、磷酸三甲苯酯等为催化剂，选用其中的一种或两种。

本发明选用聚合度大于800的多聚磷酸盐为好。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用季戊醇、淀粉、糖为成炭剂，如季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉、糖等，选用其中的一种至三种。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用三聚氰胺、双氰胺、聚酰胺、密胺、聚脲、胍、甘氨酸、尿素等为发泡剂，选用其中的一种至三种。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用硼酸盐、钼酸盐、铁系有机盐为抑烟剂，如八钼酸蜜胺、钼酸铵、多钼酸铵、多钼酸锌、偏硼酸钡、硼酸锌、氟硼酸钾、二茂铁、苯甲酰二茂铁、乙酰乙酸铁等，选用其中的一种至三种。

本发明采用上述抑烟剂和陶瓷填料协同作用可制备高阻燃、低烟雾的防火涂料。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用氯化石蜡、聚酯、邻苯甲酸酯等为增塑剂，如氯化石蜡、聚酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯，选用其中的一种至二种。

上述增塑剂选用分子量1000-50000的高分子增塑剂为好。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用涂料制备中常规无机颜填料，如钛白粉、三氧化二锑、滑石粉、高岭土、云母粉、硫酸钡、碳酸钙、玻璃微珠、硅灰粉、氧化铁、氧化铝、氢氧化铝等，可选用其中的一种至六种。

本发明提出的一种新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料制备方法，是采用涂料制备中常规消泡剂、流平剂、增稠剂等为助剂。

本发明制备的超薄型钢结构防火涂料用于各种钢结构的防火涂料，广泛应用于大型建筑物、体育场馆、工厂、管道等。

本发明获得如下效果：

1.本发明可采用两种或两种以上的树脂复配作为成膜物质，其中一种树脂分子量在10000～100000，熔融分解温度在250～500℃，可以改善防火涂料的防火性能，使炭化层的致密性好、最终形态较优。

2.本发明可通过添加熔融温度300～1200℃的陶瓷填料作为燃烧发泡的增强材料，提高发泡层的高度和强度，在树脂基本分解完毕后，陶瓷填料可以继续熔融软化，形成的耐高温泡层起到加固炭层的作用，熔融软化时会吸收大量热，热阻隔性能好，从而阻隔了热量传递给钢架结构，防火性能优异。

3.在超薄膨胀型钢结构防火涂料的配方设计中，防火助剂(发泡剂、炭化剂、催化剂)比例会影响防火性能，防火助剂的比例要保证发泡剂、成炭剂、催化剂的反应充分，又不过量。如发泡率太低，发泡层隔热性差，防火隔热效果差；若发泡率太大，则发泡层强度差，容易被火焰冲破，使其开裂甚至脱落，这时火焰直接进攻基材，基材失去隔热屏障，很快升温炭化直至发生燃烧，本发明采用陶瓷填料和防火助剂复配，涂层发泡高度可达50倍以上，添加陶瓷填料使发泡层既有一定的强度，又使火源与基材有一定的隔热距离，从而使涂层具有良好的防火隔热效果。

4.本发明采用抑烟剂和陶瓷填料协同作用制备高阻燃、低烟雾的防火涂料。选用硼酸盐、钼酸盐、铁系有机盐为抑烟剂，在高温可以分解、吸热，使有机物燃烧速度减慢，降解速度减缓，同时由于添加陶瓷填料后，高温下发泡、吸热和冲稀有机物，形成的耐高温泡层强度高，两者协同作用，发烟量大大减少。

5.制备的新型低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料具有涂刷简便、防火性能优异、发烟量少、发泡高度高和发泡强度大等优点，一般涂刷3～4遍，涂层厚度1.5-3mm就可以达到防火要求。

附图说明

图1是对比样的发泡图，其发泡高度为5.1mm。

图2是本发明实施例1的产品发泡图，其发泡高度为9.5mm。

具体实施方式

实例1：

原料配方如下：

组分                重量比(％)

丙烯酸树脂          21

氯化石蜡(70#)       6

氨基树脂            4.5

200#溶剂汽油        10.5

醋酸丁酯            3.2

聚磷酸胺            22.5

季戊四醇            12

三聚氰胺            7

钛白粉              5

陶瓷粉              7.8

硼酸锌              0.5

按上述配方生产的防火涂料，其生产工艺如下：在分散釜中，首先添加树脂总重量的50-70％树脂和溶剂，按上述配比加入陶瓷填料、发泡剂、成炭剂、催化剂、抑烟剂、增塑剂和无机颜填料，在1000rpm转速分散100分钟，并研磨60分钟，使分散细度达到10-20μm后过滤，加入助剂、剩余树脂和溶剂，在1000rpm转速分散30分钟，分散均匀后包装即可。

实例2：

原料配方如下：

组分                 重量比(％)

环氧树脂             3

丙烯酸树脂           25

氨基树脂             6

邻苯二甲酸二辛酯     7

400#溶剂汽油         7.5

醋酸丁酯             2.2

聚磷酸胺             20.5

双季戊四醇           12

三聚氰胺             4

聚脲                 2

钛白粉               2

硅灰粉               2.5

玻璃粉               3

硅酸铝               1

偏硼酸钡             1

乙酰乙酸铁           1

助剂                 0.3

制备工艺基本同实施例1。加料后在3000rpm转速分散30分钟，并研磨120分钟，使分散细度达到140-150μm后过滤，加入助剂、剩余树脂和溶剂，在3000rpm转速分散10分钟，分散均匀后包装即可。

实例3：

原料配方如下：

组分                 重量比(％)

高氯化聚乙烯         15

有机硅树脂           3.5

氯化石蜡(70#)        7

邻苯二甲酸二丁酯     2

200#溶剂汽油         5.6

异丙醇               3.2

聚磷酸三聚氰胺       18

聚酰胺               3.5

季戊四醇             14

三聚氰胺             8

玻璃纤维             6

瓷釉                 7

陶瓷粉               2

多钼酸锌             2

氟硼酸钾             3

助剂                 0.2

制备工艺同实施例1。

实例4：

原料配方如下：

组分                重量比(％)

聚酯树脂            10

醛酮树脂            6

氯化石蜡(70#)       9

200#溶剂汽油        7

醋酸丁酯            2.3

磷酸胍              3

磷酸三甲苯酯        15.5

三季戊四醇          15

淀粉                4

三聚氰胺            4

甘氨酸              3

玻璃微珠            12

瓷釉                4

陶瓷粉              3

苯甲酰二茂铁        2

助剂                  0.2

制备工艺同实施例1。

实例5：

原料配方如下：

组分                  重量比(％)

氨基树脂              20

高氯化聚乙烯          6

邻苯二甲酸二辛酯      7

1500#溶剂汽油         2

400#溶剂汽油          2

二甲苯                2.1

聚磷酸三聚氰胺        34

三季戊四醇            10

三聚氰胺              10

硅灰粉                2

玻璃纤维              2

陶瓷粉                2

八钼酸蜜胺            0.3

钼酸铵                1

助剂                  0.3

制备工艺同实施例1。

本发明制备的超薄型钢结构防火涂料的主要性能及德国unitherm涂料的性能比较如下：

性能项目               实施例1    实施例2    实施例3    比较例

干燥时间(h)            2          3          2          3

初期干燥抗裂性(MPa)    无裂纹     无裂纹     无裂纹     无裂纹

粘结强度               ＞0.2      ＞0.2      ＞0.2      ＞0.2

耐水性(h)              ＞24       ＞24       ＞24       ＞24

耐湿热性(h)            540        510        530        540

耐冻融稳定性(次)       ＞15       ＞15       ＞15       ＞15

耐酸性(h)       ＞360      ＞360      ＞360      ＞360

耐碱性(h)       ＞360      ＞360      ＞360      ＞360耐  涂层厚度(mm)    1.85       2.23       2.02       2.15火  发泡层厚度(mm)  9.5        8.5        10.5       5.1性

耐燃时间(min)^* 25.6       28         27.6       28能

^*为样板背火温度达到220℃时各样板的燃烧时间

Claims (17)

1.一种低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料，其特征是组成配比是：

                  组分                  含量wt％

                  树脂                  15～30

                  陶瓷填料              4～20

                  溶剂                  6～20

                  发泡剂                20～35

                  成炭剂                10～25

                  催化剂                5～25

                  抑烟剂                0.5～5

                  增塑剂                0.5-10

                  无机颜填料            0～15

                  助剂                  0～0.3

2.如权利要求1所述的涂料，其特征是该涂料的涂层厚度为1.5-3.0mm。

3.一种低烟超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征是该涂料由树脂、陶瓷填料、溶剂、发泡剂、成炭剂、催化剂、抑烟剂、无机颜填料、助剂组成，具体组成配比如下：

                  组分                   含量wt％

                  树脂                   15～30

                  陶瓷填料               4～20

                  溶剂                   6～20

                  发泡剂                 20～35

                  成炭剂                 10～25

                  催化剂                 5～25

                  抑烟剂                 0.5～5

                  增塑剂                 0.5-10

                  无机颜填料             0～15

                  助剂                   0～0.3

制备工艺如下：首先加入全部树脂量的50-70wt％树脂和溶剂，按配比将陶瓷填料、发泡剂、成炭剂、催化剂、抑烟剂、增塑剂和无机颜填料在1000-3000rpm转速分散30-100分钟，并研磨60-150分钟到10-150μm细度，过滤，然后加入助剂、剩余的树脂和溶剂，分散均匀后即可。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是所选用的树脂是丙烯酸树脂、氨基树脂、环氧树脂、氯化橡胶、高氯化聚乙烯、有机硅树脂、聚酯或醛酮树脂，选用其中的两种或两种以上复配使用。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征是两种或两种以上树脂复配使用时，其中一种树脂的熔融温度是250-500℃，其分子量为10000-100000。

6.如权利要求3所述的制备方法，其特征是选用的陶瓷填料为硼硅酸盐、钠硅酸盐、钾硅酸盐、铝硅酸盐、瓷釉、玻璃粉、玻璃纤维、碳纤维或陶瓷粉，选用其中的一至五种。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征是陶瓷填料的熔融温度是300-1200℃。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征是所选用的溶剂为脂肪族类溶剂、芳香族类溶剂、酯类溶剂、醇类溶剂，选用其中的一种至四种。

9.如权利要求3所述的制备方法，其特征是催化剂为多聚磷酸盐类，选用其中的一种至两种。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征是多聚磷酸盐的聚合度大于800。

11.如权利要求3所述的制备方法，其特征是成炭剂为季戊醇、淀粉或糖，选用其中的一至三种。

12.如权利要求3所述的制备方法，其特征是发泡剂为三聚氰胺、双氰胺、聚酰胺、密胺、聚脲、胍、甘氨酸或尿素，选用其中的一种至三种。

13.如权利要求3所述的制备方法，其特征是抑烟剂为硼酸盐、钼酸盐或铁系有机盐。

14.如权利要求3所述的制备方法，其特征是增塑剂为氯化石蜡、聚酯或邻苯甲酸酯，选用其中的一种至二种。

15、如权利要求14所述的制备方法，其特征是增塑剂的分子量是1000-50000。

16、如权利要求3所述的制备方法，其特征是无机颜填料是现有颜填料的1-6种。

17、如权利要求1或3所述的防火关钢结构的防火涂料领域的应用。