專利名稱：一種用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料的制作方法
一種用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料所屬發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及到金屬表面涂料技術(shù)領(lǐng)域，具體說是涉及到一種用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的 防火防腐涂料。
背景技術(shù)：
當前，現(xiàn)代化大型建筑及石化設(shè)施的框架多采用鋼結(jié)構(gòu)，然而，鋼材的導熱系數(shù) 大，一般為52w/(m*k)，一旦遇到火災(zāi)，火場溫度大多在IOmin內(nèi)即達到700°C，此刻因鋼材 的屈服值強度急劇下降至常溫態(tài)的40%左右而失去承載力，因此必須對鋼結(jié)構(gòu)進行防火保 護。采用膨脹型防火涂料對鋼結(jié)構(gòu)進行涂覆保護，無疑是最經(jīng)濟、簡便、有效的方法之一。將 膨脹型防火涂料噴涂于鋼材表面，涂層受火時發(fā)泡膨脹，形成一個比原涂層厚幾十倍的難 燃海綿狀碳質(zhì)層，其導熱系數(shù)低，一般小于0. 2w/(m · k)，對鋼材起防火隔熱作用，防止或延 緩鋼材在火災(zāi)中由于迅速升溫而降低強度，避免導致建筑物垮塌。目前，我國的超薄型鋼結(jié) 構(gòu)防火涂料大多為溶劑型，雖然其綜合性能好，但是存在著浪費資源、污染環(huán)境、損害人身 健康、有安全隱患等缺點，應(yīng)用范圍受到一定的限制。而環(huán)境友好型防火涂料，如水性涂料、 無溶劑涂料、粉末涂料、光固化涂料等會得到迅速發(fā)展，尤其是水性和無溶劑型防火涂料具 有廣闊的發(fā)展前景。目前現(xiàn)有技術(shù)的水性膨脹型防火涂料與溶劑型防火涂料相比，在防火 隔熱效果、附著力、裝飾性及耐水性方面有很大差距，在很多領(lǐng)域不能代替溶劑型防火涂 料。這是因為大多采用傳統(tǒng)的苯丙乳液、純丙乳液、硅丙乳液等為成膜物，用其制備的防火 涂料存在著發(fā)泡較慢、發(fā)泡持續(xù)時間短、泡層不致密、碳質(zhì)層厚度低、強度小等缺點，因此不 能作為超薄型防火涂料使用。隨著科技的進步，環(huán)氧樹脂防火涂料已經(jīng)逐漸應(yīng)用于戶外及 戶內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火防腐，特別是對有烴類火災(zāi)危險的鋼結(jié)構(gòu)進行防火保護，其涂層具有防火、 防腐等多功能性。但是目前對以環(huán)氧樹脂為成膜物的防火涂料研究還在于起步價段。盡快 研制出一種新型的用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料是本技術(shù)領(lǐng)域當前的重要任務(wù)。本發(fā)明的目的是提供一種水性環(huán)保、低VOC排放、耐火、耐水、耐酸堿、耐鹽霧及機 械性能優(yōu)良的用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防 腐涂料以液體環(huán)氧樹脂0ER-95、丙二醇甲醚組成甲組份；以水性胺固化劑751、去離子水、 丙二醇甲醚、分散劑、消泡劑、濕潤劑、聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟42號、納米 TiO2漿、可膨脹石墨、復合鐵鈦粉組成乙組份，甲乙組份按1 5質(zhì)量比混合而成；在配方中各組份成分構(gòu)成如下，其中甲組份為液體環(huán)氧樹脂0ER-95 70-95%丙二醇甲醚5-30%乙組份為水性胺固化劑75110-15%去離子水6-10%丙二醇甲醚2-5%
3
聚磷酸銨20一26％
三聚氰胺12一15％
季戊四醇8一lo％
氯化石蠟42#2—5％
納米Ti。，漿8一12％
可膨脹石墨3—6％
復合鐵鈦粉4—8％
潤濕劑o．2一o．4％
上述用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料的制備工藝步驟如下
C．按配方稱量，去離子水在攪拌過程中分別加入分散劑1潤濕劑1消泡劑1丙二醇甲醚1水性胺固化劑，攪拌混合均勻，依次加入聚磷酸銨1三聚氰胺1季戊四醇1氯化石蠟42號1納米Ti。，漿1可膨脹石墨及復合鐵鈦粉，高速分散30min，再經(jīng)三輥機研磨至細度<60 u m，成B組分。[00281 本發(fā)明是由液體環(huán)氧樹脂。ER一95及水性胺固化劑構(gòu)成基料樹脂，添加阻燃添加劑后組成，基料樹脂是構(gòu)成涂料形成連續(xù)性薄膜的主要物質(zhì)。超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料所要求的樹脂，除應(yīng)具有普通涂料的理化性能外，還應(yīng)具有難燃性1膨脹性1防腐蝕性1裝飾性等，同時還要求與阻燃體系有良好t~gJr目容性1協(xié)同增效性。由環(huán)氧樹脂和水性胺固化劑構(gòu)成的基料樹脂，由于所含的醚鍵1環(huán)氧基等結(jié)構(gòu)而使它與鋼材有較好的附著力，與阻燃體系有優(yōu)良的相容性和粘結(jié)力；環(huán)氧樹脂與水性胺固化劑交聯(lián)反應(yīng)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得涂層致密，在遇火膨脹發(fā)泡時能提高發(fā)泡碳化層的致密度和強度，增強防火隔熱效果；固化后的環(huán)氧樹脂，具有優(yōu)良的耐化學腐蝕性1耐熱性1耐酸堿性及良好的電絕緣性，還有良好的機械強度。影響膨脹型防火涂料防火性能的主要因素有碳質(zhì)層的厚度1強度1結(jié)構(gòu)1導熱系數(shù)及化學組成等。理想的碳質(zhì)層結(jié)構(gòu)應(yīng)該是孔徑均勻細密1泡孔結(jié)構(gòu)完整1具有一定厚度1附著力好1強度高1導熱系數(shù)低等，因此，碳質(zhì)層質(zhì)量是決定防火涂料防火性能的主要因素。影響防火涂層碳質(zhì)層質(zhì)量的因素，除基料樹脂外還有膨脹發(fā)泡阻燃體系1顏填料及助劑，其中膨脹發(fā)泡阻燃體系的影響因素最大。本發(fā)明涂料采用的膨脹發(fā)泡阻燃體系，由催化劑聚磷酸銨1發(fā)泡劑三聚氰胺1碳化劑季戊四醇及氯化石蠟組成。聚磷酸銨是酸源，其在290℃左右開始分解并放出N幾和磷酸，磷酸使季戊四醇上的羥基脫水碳化，形成均勻致密的三維空間結(jié)構(gòu)碳化層，減少熱分解時可燃性焦油1醛1酮的產(chǎn)生，促進產(chǎn)生不燃性氣體，同時阻止放熱量大的碳氧化反應(yīng)。選擇高聚合度的聚磷酸銨更有利于提高涂料的碳質(zhì)層質(zhì)量，增強涂層的耐濕熱性，避免出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象。季戊四醇為碳源，是形成三維空間結(jié)構(gòu)泡沫碳質(zhì)層的骨架基礎(chǔ)，其碳含量為44％，羥基含量為50％，含碳量決定它的碳化速率，羥基含量決定它的脫水速率和發(fā)泡速率。季戊四醇在高溫條件下與聚磷酸銨放出的磷酸1偏磷酸1焦磷酸在氣相發(fā)生酯化反應(yīng)，使季戊四醇上的羥基脫水碳化，形成泡沫碳質(zhì)層。三聚氰胺為氣源，當其遇 火達到一定溫度時即分解釋放出不燃性氣體，如氨氣、水、二氧化碳、鹵化氫等，使涂層達到 軟化點的條件下發(fā)泡膨脹，形成海綿狀碳化層，達到隔熱阻燃效果。氯化石蠟4 即是發(fā)泡 劑又是成碳劑和增塑劑，當溫度上升到220°C左右時，基料樹脂開始軟化，氯化石蠟42#在 210°C左右開始分解，釋放出CH4和HCl氣體，使軟化的涂層開始發(fā)泡，同時HCl氣體還有阻 燃作用，氯化石蠟4 脫出HCl后成碳鏈作為碳架基礎(chǔ)。這樣就使防火涂層在火災(zāi)初期開 始發(fā)泡，從而保護了涂層，通過梯度發(fā)泡、二次碳化，增強了碳質(zhì)層厚度及質(zhì)量，提高了防火 效果。但是聚磷酸銨-季戊四醇-三聚氰胺膨脹阻燃體系也存在著耐高溫氧化性能、耐水 性和耐候性差的問題，在與水接觸或潮濕環(huán)境中使用時，阻燃劑易發(fā)生水溶、鹽析等現(xiàn)象， 導至防火涂料失效，填加適量增效材料，可以在碳質(zhì)層的形成和熱降解過程中，改善碳質(zhì)層 的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性，提高碳質(zhì)層的質(zhì)量及耐火時間。可膨脹石墨、沸石結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽分子 篩、石油裂解催化劑廢棄物、納米TiO2、雙羥基復合金屬氧化物、過渡金屬氧化物等，單獨或 復合使用均可作為聚磷酸銨-季戊四醇-三聚氰胺膨脹阻燃體系的增效劑。本發(fā)明選擇的 是可膨脹石墨和納米TW2為膨脹阻燃體系的增效添加劑，當納米TW2在高溫灼燒時，參與了聚磷酸銨-季戊四醇-三聚氰胺膨脹體系形成 的碳質(zhì)層，并且生成了白色TiP2O7物質(zhì)，該物質(zhì)有助于在高溫下阻止氧氣向基材擴散，防止 碳質(zhì)層產(chǎn)生裂縫，提高碳質(zhì)層的強度。納米T^2的加入還可提高防火涂層的耐紫外老化性 和耐水性能?？膳蛎浭c納米TiA復合使用，對防火防腐涂料的綜合性能有疊加增效作 用，從而解決了單一使用聚磷酸銨-季戊四醇-三聚氰胺膨脹阻燃體系存在的耐高溫氧化 性能、耐水性和耐候性差的問題。鋼結(jié)構(gòu)一旦銹蝕，會嚴重削弱防火涂層的附著力，引起涂層開裂脫落。當防火涂 層結(jié)構(gòu)致密、耐水性強、附著力好、或涂層足夠厚時，才能有效屏蔽水蒸汽、氧氣、氯離子等 的侵蝕，起到物理防銹的作用。在本配方中，環(huán)氧樹脂具有粘結(jié)力強、附著力高、耐水、防腐 性能；石墨具有磷片結(jié)構(gòu)，在涂層中呈平行重疊排列，形成“迷宮”效應(yīng)而具有屏蔽性；納米 TiO2的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)及形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使涂層致密，增強了涂層的抗水防腐 蝕能力。復合鐵鈦粉是由多種不同形態(tài)的磷酸鹽與硅基、鈦基、鐵基氧化物及氧化釔等納米 粉體復合而成的，其自身有一定的防銹能力。磷酸鹽中的磷酸根可與鋼鐵表面的鐵原子反 應(yīng)，生成水不溶的磷酸鐵絡(luò)合鹽，并牢固地附著在鋼鐵表面，起到鈍化緩蝕作用，并隔絕了 水、氧、氯離子等，起到化學防銹作用。復合鐵鈦粉即是一種超細防銹顏料，又是防火涂料中 的阻燃劑。在涂層受火時，磷酸鹽分解出磷酸根，成為阻燃劑和脫水催化劑，并有消煙作用。本發(fā)明以相對分子質(zhì)量低的液體環(huán)氧樹脂與水可分散的環(huán)氧固化劑配合體系為 成膜物，以聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟為膨脹阻燃體系，以納米二氧化鈦、可 膨脹石墨為增效劑，以復合鐵鈦粉為防銹顏料，制備的水性環(huán)氧超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐 涂料，其特點是VOC排放量低，符合環(huán)保標準，耐火極限高，當涂層厚度為12)mm時， 耐火極限超過90min，且具有優(yōu)良的防火防腐性及物理機械性能。本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可 廣泛應(yīng)用于室內(nèi)及室外鋼結(jié)構(gòu)防護，也適用于石化工業(yè)中有烴類火災(zāi)危險的設(shè)施防護。本發(fā)明經(jīng)檢測，主要性能如下本發(fā)明按照GB14907-2002《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》進行檢驗，結(jié)果見下表水性環(huán)氧超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火防腐涂料性能
權(quán)利要求
1.一種用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料其特征在于以液體環(huán)氧樹脂0ER-95、丙 二醇甲醚組成甲組份；以水性胺固化劑751、去離子水、丙二醇甲醚、分散劑、消泡劑、濕潤 劑、聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟42號、納米TiO2漿、可膨脹石墨、復合鐵鈦粉 組成乙組份，甲乙組份按1 5質(zhì)量比混合而成；在配方中各組份成分構(gòu)成如下，其中甲組份為 液體環(huán)氧樹脂0ER-95 70-95% 丙二醇甲醚5-30%乙組份為水性胺固化劑75110-15%去離子水6-10%丙二醇甲醚2-5%聚磷酸銨20- %三聚氰胺12-15%季戊四醇8-10%氯化石蠟42#2-5%納米 TiO2I8-12%可膨脹石墨3-6%復合鐵鈦粉4-8%分散劑0.3-0.6%潤濕劑0.2-0.4%消泡劑0.2-0.4%上述各組份中成分含量為質(zhì)量百分比計。
2.制備如權(quán)利要求1所述用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料的方法，其工藝步驟如下a.將液體環(huán)氧樹脂0ER-95用丙二醇甲醚稀釋均勻，制備成A組分；b.納米TiO2漿料的制備在離子水中加入硅烷偶聯(lián)劑和納米TiO2，超聲波振蕩分散 2. 5h，調(diào)PH值為6. 5，制備成納米TiO2漿料；c.按配方稱量，去離子水在攪拌過程中分別加入分散劑、潤濕劑、消泡劑、丙二醇甲醚、 水性胺固化劑，攪拌混合均勻，依次加入聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟42號、納 米TiO2漿、可膨脹石墨及復合鐵鈦粉，高速分散30min，再經(jīng)三輥機研磨至細度< 60 μ m，成 B組分。甲乙組份按15質(zhì)量比混合均勻構(gòu)成用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于超薄型鋼結(jié)構(gòu)的防火防腐涂料以液體環(huán)氧樹脂OER-95、丙二醇甲醚組成甲組份；以水性胺固化劑751、去離子水、丙二醇甲醚、分散劑、消泡劑、濕潤劑、聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蠟42號、納米TiO2漿、可膨脹石墨、復合鐵鈦粉組成乙組份，甲乙組份按1∶5質(zhì)量比混合而成；本發(fā)明VOC排放量低，符合環(huán)保標準，耐火極限高，且具有優(yōu)良的防火防腐性及物理機械性能。本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，可廣泛應(yīng)用于室內(nèi)及室外鋼結(jié)構(gòu)防護，也適用于石化工業(yè)中有烴類火災(zāi)危險的設(shè)施防護。
文檔編號C09D7/12GK102108236SQ201010622969
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者劉成樓, 隗功祥 申請人:北京虹霞正升涂料有限責任公司