水性高膨胀钢结构防火涂料及其制备方法及用途.pdf

本发明公开了一种水性高膨胀钢结构防火涂料及其制备方法，防火涂料由20～50重量份阻燃体系、20～50重量份成膜体系和1～10重量份功能填料组成。阻燃体系包括聚磷酸铵18～26份，季戊四醇8～12份；三聚氰胺6～10份；膨胀石墨3～6份；成膜体系由醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚乳液与固化剂偏磷酸铵组成；功能填料含有无机相变材料十二水合磷酸钠或气相二氧化硅。本发明得到的水性高膨胀钢结构防火涂料VOC含量低，减少在生产和涂装过程对环境的污染。防火涂料涂层外观平整，有很好的装饰性，且不易积灰。此外，防火涂料施工方便，耐火极限至3小时以上，在满足高效防火性能的同时还能够满足建筑物外观高装饰性的需求。

权利要求书
1.  一种水性高膨胀钢结构防火涂料，由阻燃体系、成膜体系和功能填料组成。

2.  根据权利要求1所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，由20～50重量份阻燃体系、20～50重量份成膜体系和1～10重量份功能填料组成。

3.  根据权利要求1或2所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，所述阻燃体系由以下重量份的原料制备而成：聚磷酸铵18～26份，季戊四醇8～12份，三聚氰胺6～10份，膨胀石墨3～6份。

4.  根据权利要求3所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，所述聚磷酸铵聚合度50～100。

5.  根据权利要求3所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，所述可膨胀石墨粒径50～150目。

6.  根据权利要求1所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，成膜体系由醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚乳液与固化剂偏磷酸铵组成。

7.  根据权利要求1所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，所述功能填料含有无机相变材料十二水合磷酸钠或气相二氧化硅。

8.  根据权利要求7所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，其特征在于所述功能填料还含有消泡剂和流平剂。

9.  权利要求1-8任一项所述水性高膨胀钢结构防火涂料的制备方法，将混合均匀的膨胀体系与功能填料加入成膜体系，搅拌均匀即得所述防火涂料。

10.  权利要求1-8任一项所述水性高膨胀钢结构防火涂料在钢结构防火中的用途。

说明书水性高膨胀钢结构防火涂料及其制备方法及用途
技术领域
本发明属于钢结构防火技术领域，特别是涉及一种水性高膨胀钢结构防火涂料及其制备方法及用途。
背景技术
钢结构建筑在整个建筑领域的地位越来越重要，尤其是在超高层和大跨度建筑中钢结构更显示出强大的生命力。钢材虽然不燃，但具有耐热不耐高温的特性，易导热。钢结构受热可造成以下两方面的危害：一方面，因为钢材的热膨胀系数高，高温时易造成结构的变形或构件伸长，当钢材两侧受热不均时易引起构件弯曲；另一方面，钢材的力学性能，如：屈服应力、弹性模量等随温度地升高而逐渐降低。当达到临界温度时，钢结构将失去支撑能力，造成建筑物坍塌等事故。
在各种防火措施中，喷涂防火涂料具有施工简单、方便、自重轻、防火效果好等特点，因而成为最理想、最可靠、最实用的防火保护方法。但是钢结构防火涂料存在以下问题：1、传统溶剂型防火涂料含大量VOC（挥发性有机化合物），生产和使用过程环境污染严重；2、现有水性防火涂料截流性能不高，耐火能力差，涂膜性能差；3、火灾情况下快速升温热冲击对防火材料的破坏；4、高温条件材料膨胀后膨胀结构层强度较低，附着力较差；5、涂膜在火灾情况下释放有毒气体，危及人身安全；6、相关标准太低，市售产品质量参差不齐。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种水性高膨胀钢结构防火涂料。
本发明的第二目的是提供一种水性高膨胀钢结构防火涂料的制备方法。
本发明的第三目的是提供一种水性高膨胀钢结构防火涂料在钢结构防火中的用途。
为了实现上述第一目的，本发明提供一种水性高膨胀钢结构防火涂料，由阻燃体系、成膜体系和功能填料组成。
本发明如上所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，优选地，由20～50重量份阻燃体系、20～50重量份成膜体系和1～10重量份功能填料组成。
本发明如上所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，优选地，所述阻燃体系由以下重量份的原料制备而成：聚磷酸铵18～26份，季戊四醇8～12份，三聚氰胺6～10份，膨胀石墨3～6份。
本发明如上所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，优选地，所述聚磷酸铵聚合度50～100。
本发明如上所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，优选地，所述可膨胀石墨粒径50～150目。
本发明如上所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，优选地，成膜体系由醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚乳液与固化剂偏磷酸铵组成；
本发明如上所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，优选地，所述功能填料含有无机相变材料十二水合磷酸钠或气相二氧化硅。
本发明如上所述的水性高膨胀钢结构防火涂料，优选地，所述功能填料还含有消泡剂和流平剂。
为了实现上述第二目的，本发明提供一种水性高膨胀钢结构防火涂料的制备方法，将混合均匀的膨胀体系与功能填料加入成膜体系，搅拌均匀即得所述防火涂料。
为了实现上述第三目的，本发明提供一种水性高膨胀钢结构防火涂料在钢结构防火中的用途。
本发明中，聚磷酸铵作用原理是，受热过程中，分解成磷酸和聚磷酸，聚磷酸作为强脱水剂，以反应产生的水来改变有机物的化学反应，使有机物脱水生成不饱和主链，进而形成炭化层。磷酸则在高温下生成聚磷酸，形成粘稠状熔融体，覆盖在炭化物表面，防止氧进入涂膜内部发生放热反应。
三聚氰胺为发泡剂，当它遇火受热分解时，会分解产生不燃性气体NH3、H2O等，使涂层膨胀形成海绵状多孔炭化层。
聚戊四醇作为成炭剂是发泡层的物质基础，燃烧后形成三维空间结构且不易燃烧，起到骨架作用。
本发明的有益效果是：
1、本发明得到的水性高膨胀钢结构防火涂料以水性乳液体系为主要成分，VOC含量低，减少在生产和涂装过程对环境的污染。
2、本发明得到的水性高膨胀钢结构防火涂料涂层外观平整，有很好的装饰性，且不易积灰，尤其适用于裸露的钢结构的防火保护。
3、本发明得到的水性高膨胀钢结构防火涂料施工方便，耐火极限至3小时以上，在满足高效防火性能的同时还能够满足建筑物外观高装饰性的需求。
附图说明
图1为本发明一种实施例的水性高膨胀钢结构防火涂料的制备方法流程示意图；
图2为本发明一种实施例的钢结构表面处理流程示意图；
图3为本发明一种实施例的水性高膨胀钢结构防火涂料在钢结构防火中应用的流程示意图。
具体实施方式
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本发明一种实施方式的水性高膨胀钢结构防火涂料，由阻燃体系、成膜体系和功能填料组成。优选地，由20～50重量份阻燃体系、20～50重量份成膜体系和1～10重量份功能填料组成。
优选地，所述阻燃体系由以下重量份的原料制备而成：
聚磷酸铵18～26份，优选地，所述聚磷酸铵聚合度50～100；季戊四醇8～12份；三聚氰胺6～10份；膨胀石墨3～6份；优选地，所述可膨胀石墨粒径50～150目。
优选地，成膜体系由醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚乳液与固化剂偏磷酸铵组成；
优选地，所述功能填料含有无机相变材料十二水合磷酸钠或气相二氧化硅。更优选地，所述功能填料还含有消泡剂和流平剂。
实施例1
一种水性高膨胀钢结构防火涂料，按重量份数由以下原料制备而成：聚磷酸铵22份，季戊四醇8份，三聚氰胺8份，膨胀石墨6份，醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚乳液40份，偏磷酸铵5份，十二水合磷酸钠4份，S1硅烷类消泡剂3份、S4硅烷类流平剂4份。所述聚磷酸铵聚合度100，膨胀石墨粒径50目。
将混合均匀的膨胀体系与功能填料加入成膜体系，搅拌均匀即得所述防火涂料。接着再将防火涂料刷于涂有防腐底漆的碳钢板上，尺寸为300mm×300mm×4mm，涂覆厚度为1mm，标准养护7天后进行性能测试（GB14907-2002《钢结构防火涂料性能测试》）。性能测试结果为膨胀倍率31，耐火时间3小时。
实施例2
一种水性高膨胀钢结构防火涂料，按重量份数由以下原料制备而成：聚磷酸铵26份，季戊四醇12份，三聚氰胺8份，膨胀石墨3份，醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚乳液41份，偏磷酸铵3份，十二水合磷酸钠5份，S1硅烷类消泡剂1份、S4硅烷类流平剂1份。所述聚磷酸铵聚合度50，膨胀石墨粒径80目。
将混合均匀的膨胀体系与功能填料加入成膜体系，搅拌均匀即得所述防火涂料。接着再将防火涂料刷于涂有防腐底漆的碳钢板上，尺寸为300mm×300mm×4mm，涂覆厚度为1mm，标准养护7天后进行性能测试。性能测试结果为膨胀倍率35，耐火时间3.5小时。
实施例3
一种水性高膨胀钢结构防火涂料，按重量份数由以下原料制备而成：聚磷酸铵22份，季戊四醇10份，三聚氰胺10份，膨胀石墨3份，醋酸乙烯酯-乙烯水性共聚乳液40份，偏磷酸铵2份，气相二氧化硅2份，S1硅烷类消泡剂1.1份、S4硅烷类流平剂0.9份。所述聚磷酸铵聚合度50，膨胀石墨粒径100目。
将混合均匀的膨胀体系与功能填料加入成膜体系，搅拌均匀即得所述防火涂料。接着再将防火涂料刷于涂有防腐底漆的碳钢板上，尺寸为300mm×300mm×4mm，涂覆厚度为1mm，标准养护7天后进行性能测试。性能测试结果为膨胀倍率30，耐火时间3小时。
如图2和图3所示，说明本发明的水性高膨胀钢结构防火涂料在钢结构防火中的用途。
对钢结构表面分别进行一下操作：粗砂纸打磨，细砂纸打磨，冷水冲洗，酸洗除锈，冷水除锈，热水冲洗，碱洗除油，热水冲洗，冷水冲洗，滤纸吸干。上述操作按照GB8923-88《涂装前钢材表面锈蚀和除锈等级》中具体条件进行，除锈等级不低于St2.5。
在经过预处理的钢结构表面进行喷涂，先喷涂第一次防火涂料，待第一层防火涂料干燥后再喷涂第二层，然后修正边角接口等部位并进行检验。
上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其它特征的组合，本领域技术人员还可根据发明之目的进行各技术特征之间的其它组合，以实现本发明之目的为准。