專利名稱：基于功能材料復配技術的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其制備方法。
(2)背景技術近年來鋼架結(jié)構(gòu)在大跨度建筑中廣泛使用，鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火安全因此引起人們極大的關注，超薄(涂層厚度≤3.0mm)膨脹型防火涂料是大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑防火保護的主要方法。防火保護的作用就是遇高溫時，防火涂層能迅速在鋼構(gòu)件表面形成輕質(zhì)絕熱泡沫炭層，減緩溫度向鋼構(gòu)件基體傳導，延長構(gòu)件的溫升時間，使之滿足國家建筑設計防火規(guī)范標準要求。
鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要由基料樹脂、成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑等材料構(gòu)成。我國膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料研究工作起步較晚，近年來，我國開發(fā)的防火涂料才不斷涌現(xiàn)。例如，瞿金清等(瞿金清，肖新顏等，材料保護，2002，35(6)27～29)采用氨基樹脂與丙烯酸樹脂混合物為基料的防火涂料，當涂料的干膜厚度為1mm時，其耐火極限為60min；陳國棟等(陳國棟，寇輝等，新型建筑材料，2001，(11)19～21)對涂料配方進行改進，當涂料干膜厚度為1mm時，其耐火極限達60min以上；呂九琢等(呂九琢，徐亞賢等，現(xiàn)代涂料與涂裝，2001，(4)10～12；現(xiàn)代涂料與涂裝，2001，(5)5～7；北京石油化工學院學報，2002，10(2)4～9)研制的涂料，涂層厚度2.09mm，耐火時間66min；王華進等(王華進，王賢明等，涂料工業(yè)，2001，31(2)16～18)報道研制成超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，當涂料厚度≤3mm時，其耐火極限為95min；公安部四川消防科研所研制的SCB超薄膨脹型防火涂料，涂層厚度2.67mm，耐火極限達147min；廣州白云山雷威化工廠開發(fā)出的GWB室外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；揚州金陵特種涂料廠推出的BSC-A鋼結(jié)構(gòu)防火涂料等(劉國欽，鄒敏，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其發(fā)展趨勢，攀枝花學院學報，2002，19(6)5～7)。
上述報道的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料均是以甲苯、溶劑汽油等有機溶劑為分散介質(zhì)；丙烯酸樹脂、氯化橡膠、氨基樹脂、醇酸樹脂等為基料樹脂；以淀粉、糊精、甘露醇、山梨醇、季戊四醇等含炭量高的多羥基化合物為成炭劑；以脲、三聚氰胺、亞胺脲、雙氰胺、碳酸銨、氯化石蠟、六次甲基四胺等為發(fā)泡劑；以磷酸二氫胺、磷酸氫二銨、磷酸聚氰胺、多聚磷酸銨等為脫水成炭催化劑；添加鈦白粉、立德粉、滑石粉、硅酸鈣、硅石、高嶺土等無機顏填料構(gòu)成；其特點在于基料樹脂、脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑等原料基本上為單組分，尚未見到幾種主要成份均為雙組分或三組分的專利、文獻報道。
火災發(fā)生時，火場溫度是一個逐漸升高的過程，希望防火涂層中的各功能組分能起到協(xié)同作用，使膨脹、脫水、成炭等功能隨著溫度的升高連續(xù)的發(fā)生作用，在帶走熱量的同時，不斷的提高膨脹炭層的隔熱效果。但目前的報道基本上為單功能組分配方設計(個別配方中出現(xiàn)某一功能原料的雙組分設計)，防火涂料在某一溫度下即發(fā)生脫水、膨脹、成炭，導致涂層膨脹倍率低、炭層致密性差，瞬間完成了帶走熱量的作用，不能在很大程度上延緩鋼構(gòu)件的溫升。
(3)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的旨在提供一種采用多種功能材料的復配技術、使得涂料的綜合防火性能得到了極大的提高的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其制造工藝，其涂層在高溫下能夠持續(xù)發(fā)揮膨脹、脫水、成炭作用；反應過程中將熱量連續(xù)帶走的同時，獲得高膨脹倍率、一定炭層強度、隔熱性能優(yōu)良的膨脹炭層，延緩鋼構(gòu)件的溫升。
本發(fā)明所說的基于功能材料復配技術的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料其組分與配比(相對重量份數(shù))如下復合基料樹脂21.6～26.6，溶劑汽油18.6～22.8，復合脫水成炭催化劑21.2～25.8，復合成炭劑12.3～14.8，復合發(fā)泡劑9.0～11.2，復合增塑劑1.7～2.2，復合顏填料12.8～18.3；顏填料表面處理劑0.13～0.46，流平劑0.8～1.0。所說的復合基料樹脂為改性丙烯酸樹脂∶改性氨基樹脂∶氯化橡膠＝1∶2∶0.1，復合脫水成炭催化劑為聚磷酸銨∶磷酸聚氰胺∶磷酸氫二銨＝2∶1∶1，復合成炭劑為甘露醇∶季戊四醇∶聚季戊四醇＝1∶2∶2，復合發(fā)泡劑為三聚氰胺∶脲∶六次甲基四胺＝2∶1∶0.5，復合增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯∶磷酸三丁酯＝1∶2，復合顏填料為鈦白粉∶陶土∶滑石粉∶高嶺土＝2∶1.5∶1∶1；所說的顏填料表面處理劑為氨基羧酸酯基硅烷，流平劑為甲基苯基硅氧烷。
其制造工藝如下按配比將復合顏填料加入高速分散機中，逐漸加熱至105～115℃，維持該溫度25～30分鐘，停止加熱，當溫度降低至45℃時，加入顏填料表面處理劑，高速分散30～40分鐘，分批加入復合基料樹脂，溶劑汽油，復合增塑劑，復合脫水成炭催化劑，復合成炭劑，復合發(fā)泡劑及流平劑，高速混合120～150分鐘，充分溶解、分散后，將物料導入沙磨機中，研磨、出料、過篩、包裝。
所得防火涂料各項質(zhì)量技術指標見表1
表1.基于功能材料復配技術的膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要技術指標及檢測結(jié)果
本發(fā)明將功能材料復配技術應用于膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備，使得涂料的綜合防火性能得到了極大的提高。其具有以下優(yōu)點1)隨著火場溫度逐漸升高，多種功能材料連續(xù)發(fā)生協(xié)同作用。首先復合基料樹脂依次軟化、熔融；催化劑持續(xù)分解出有效成份，催化成炭劑連續(xù)脫水、成炭；多種分解溫度不同的發(fā)泡劑持續(xù)產(chǎn)生氣源，獲得了具有較大膨脹倍率、優(yōu)良泡孔結(jié)構(gòu)并具一定強度的膨脹炭層。2)多種功能材料持續(xù)作用的過程中，帶走熱量；達到了延緩鋼構(gòu)件溫升的目的。3)彌補了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料瞬間脫水、成炭、發(fā)泡帶來的膨脹倍率低、泡孔結(jié)構(gòu)不均、炭層強度差、散熱瞬間完成等方面的不足，特別是火場氣流大，薄弱的炭層極易遭到破壞。
(4)具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。
實施例1按配比將27.6g鈦白粉、21.0g陶土、13.8g滑石粉、13.8g高嶺土加入高速分散機中，逐漸加熱至105℃，維持該溫度25分鐘，停止加熱，當溫度降低至45℃時，加入0.78g氨基羧酸酯基硅烷，高速分散30分鐘，分別加入42.0g改性丙烯酸樹脂、83.4g改性氨基樹脂、4.2g氯化橡膠，111.6g溶劑汽油，3.6g鄰苯二甲酸二丁酯、6.6g磷酸三丁酯，63.6g聚磷酸銨、31.8g磷酸聚氰胺、31.8g磷酸氫二銨，14.4g甘露醇、28.8g季戊四醇、28.8g聚季戊四醇，31.2g三聚氰胺、15.6g脲、7.2g六次甲基四胺，4.8g甲基苯基硅氧烷，高速混合125分鐘，充分溶解、分散后，將物料導入沙磨機中，研磨、出料、過篩、包裝。所得防火涂料的技術性能涂層厚度1.92m，耐火極限110min；其余技術指標均符合表1中的國家標準。
實施例2按配比將30.4g鈦白粉、23.1g陶土、15.2g滑石粉、15.2g高嶺土加入高速分散機中，逐漸加熱至108℃，維持該溫度25分鐘，停止加熱，當溫度降低至45℃時，加入1.26g氨基羧酸酯基硅烷，高速分散30分鐘，分批加入42.0g改性丙烯酸樹脂、83.4g改性氨基樹脂、4.2g氯化橡膠，111.6g溶劑汽油，3.6g鄰苯二甲酸二丁酯、6.6g磷酸三丁酯，64.9g聚磷酸銨、32.4g磷酸聚氰胺、32.4g磷酸氫二銨，15.6g甘露醇、31.2g季戊四醇、31.2g聚季戊四醇，31.2g三聚氰胺、15.6g脲、7.8g六次甲基四胺，4.8g甲基苯基硅氧烷，高速混合125分鐘，充分溶解、分散后，將物料導入沙磨機中，研磨、出料、過篩、包裝。所得防火涂料的技術性能涂層厚度1.99mm，耐火極限122min；其余技術指標均符合表1中的國家標準。
實施例3～5防火涂料的基本配方和制備方法同實施例2，僅改變功能性顏填料表面改性劑、基料樹脂、成炭劑、脫水成炭催化劑、發(fā)泡劑的用量，結(jié)果列于表2(重量份)。
表2 *備注其余的技術性能指標均符合表1的有關規(guī)定。
實施例6(擴大試驗，按實施例2的條件)按配比將30.4Kg鈦白粉、23.1Kg陶土、15.2Kg滑石粉、15.2Kg高嶺土加入高速分散機中，逐漸加熱至108℃，維持該溫度25分鐘，當溫度降低至45℃時，停止加熱，加入1.26Kg氨基羧酸酯基硅烷，高速分散30分鐘，分批加入42.0Kg改性丙烯酸樹脂、83.4Kg改性氨基樹脂、4.2Kg氯化橡膠，111.6Kg溶劑汽油，3.6Kg鄰苯二甲酸二丁酯、6.6Kg磷酸三丁酯，64.9Kg聚磷酸銨、32.4Kg磷酸聚氰胺、32.4Kg磷酸氫二銨，15.6Kg甘露醇、31.2Kg季戊四醇、31.2Kg聚季戊四醇，31.2Kg三聚氰胺、15.6Kg脲、7.8Kg六次甲基四胺，4.8Kg甲基苯基硅氧烷，高速混合125分鐘，充分溶解、分散后，將物料導入沙磨機中，研磨、出料、過篩、包裝。所得防火涂料的技術性能見表1。
權利要求
1.基于功能材料復配技術的超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，含基料樹脂、成炭劑催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑、顏填料、顏填料表面處理劑等，其特征在于防火涂料的組成與配比為(相對重量份數(shù))復合基料樹脂21.6～26.6，溶劑汽油18.6～22.8，復合脫水成炭催化劑21.2～25.8，復合成炭劑12.3～14.8，復合發(fā)泡劑9.0～11.2，復合增塑劑1.7～2.2，復合顏填料12.8～18.3；顏填料表面處理劑0.13～0.46，流平劑0.8～1.0；所說的復合基料樹脂為改性丙烯酸樹脂∶改性氨基樹脂∶氯化橡膠＝1∶2∶0.1，復合脫水成炭催化劑為聚磷酸銨∶磷酸聚氰胺∶磷酸氫二銨＝2∶1∶1，復合成炭劑為甘露醇∶季戊四醇∶聚季戊四醇＝1∶2∶2，復合發(fā)泡劑為三聚氰胺∶脲∶六次甲基四胺＝2∶1∶0.5，復合增塑劑為鄰苯二甲酸二丁酯∶磷酸三丁酯＝1∶2，復合顏填料為鈦白粉∶陶土∶滑石粉∶高嶺土＝2∶1.5∶1∶1；所說的顏填料表面處理劑為氨基羧酸酯基硅烷，流平劑為甲基苯基硅氧烷。
2.基于功能材料復配技術的超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備方法，其特征在于其步驟為按配比將復合顏填料加入高速分散機中，逐漸加熱至105～115℃，維持該溫度25～30分鐘，停止加熱，當溫度降低至45℃時，加入顏填料表面處理劑，高速分散30～40分鐘，分批加入復合基料樹脂，溶劑汽油，復合增塑劑，復合脫水成炭催化劑，復合成炭劑，復合發(fā)泡劑及流平劑，高速混合120～150分鐘，充分溶解、分散后，將物料導入沙磨機中，研磨、出料、過篩、包裝。
全文摘要
涉及一種鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，組成與配比為(相對重量份數(shù))復合基料樹脂21.6～26.6，溶劑汽油18.6～22.8，復合脫水成炭催化劑21.2～25.8，復合成炭劑12.3～14.8，復合發(fā)泡劑9.0～11.2，復合增塑劑1.7～2.2，復合顏填料12.8～18.3；顏填料表面處理劑0.13～0.46，流平劑0.8～1.0；在防火涂料的制備過程中，基料樹脂、脫水成炭催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑、增塑劑、顏填料等采用了多種原料復配，提高了各功能組分在不同溫度下的持續(xù)的協(xié)同作用，彌補了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料瞬間脫水、成炭、發(fā)泡帶來的膨脹倍率低、泡孔結(jié)構(gòu)不均、炭層強度差、散熱瞬間完成等方面的不足，達到了延緩鋼構(gòu)件溫升，提高防火性能的目的。所得防火涂料各項質(zhì)量技術指標均達到或超過國家標準。
文檔編號C09D5/18GK1546587SQ20031011552
公開日2004年11月17日 申請日期2003年11月28日 優(yōu)先權日2003年11月28日
發(fā)明者戴李宗, 黃曉平, 宋曉暉, 李陽 申請人:廈門大學, 廈門市大平工貿(mào)有限公司