[发明专利]环保型钢结构防火涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种钢结构防火涂料及其制备方法，特别是一种表面包覆了氧化硅-瓜尔豆胶有机无机复合涂层的空心玻璃微珠，均匀分散于氧化硅-羟乙基纤维素有机无机复合胶中形成的环保型钢结构防火涂料，以及该涂料的制备方法，属于功能涂料领域。

背景技术

钢结构施工速度快、灵活性高、牢固，在建筑中的比重逐渐提高，但是普通钢结构不耐火，容易在高温下失去承载能力。随着我国消防法规的建立和健全，钢结构的防火受到高度重视，钢结构防火涂料的需求迅速增加。

钢结构防火涂料的原理与阻燃材料的原理基本相同，涂料发挥作用的基础主要包括：

1涂料中的组分在受热过程中吸热而导致温度降低，延长钢结构受热失效的时间；

2涂料中具有一些隔热成分，能够有效隔绝外界高温对钢结构的影响，从而达到保护的目的；

3涂料在受热过程中发生一些化学变化而形成膨胀层，该膨胀层具有丰富的孔结构和隔热性能，从而缓解外界高温的作用；

4在受热过程中，涂料中某些组分分解释放出一些不燃性气体，有效降低了燃烧所必需的氧份含量。

目前的钢结构防火涂料根据其组分的不同，主要可以分为无机水溶性厚涂涂料和聚合物乳液体系涂料两大类。

无机水溶性防火涂料一般以碱金属硅酸盐类、磷酸盐类等作为粘结剂，并采用氟硅酸盐、硼酸盐、有机高分子聚合物等对其改性提高其耐水、耐潮、耐候和施工性能。这类防火涂料具有密度小、热导率低、粘接力强、不腐蚀钢材等优点，特别适用于超高层钢结构建筑物的防火保护要求，但也存在涂层厚、表面粗糙、外观装饰性差等缺点。

聚合物乳液体系涂料由基料树脂、膨胀阻燃体系、有机阻燃剂和其他辅助材料构成。基料树脂多采用氨基树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂等树脂乳液。膨胀阻燃体系则包括聚磷酸铵、磷酸铵镁、磷酸三聚氰胺等脱水催化剂，季戊四醇、淀粉等碳化剂，三聚氰胺、氯化石蜡等发泡剂。阻燃剂包括多种含磷、含卤素化合物，以及氢氧化铝、氢氧化镁等无机化合物。辅助材料以及玻璃微珠、硅酸铝纤维、玻璃纤维等填料和其他一些助剂。这些组分中膨胀阻燃体系和阻燃剂中都含有大量的卤素元素和磷元素，在发挥防火作用时，都会释放出有害气体。

从以上两大类防火涂料的实用性能来看，厚涂型涂料的厚度达到8-50mm，耐火极限可以达到0.5-3小时，而聚合物乳液体系的防火涂料的厚度虽然一般在1厘米以内，但一般耐火极限在2小时以内。当防火涂料的厚度在5毫米以内时，耐火极限一般在1小时以内，而无法达到2小时。聚合物乳液体系受热后释放出有害气体，也是其重大应用缺陷。目前钢结构防火涂料的趋势之一就是采用非卤化的阻燃体系，例如加入硅系高分子以形成硅碳体系等。

对于钢结构防火涂料，“钢结构防火涂料研究进展”一文作了较为系统的介绍，指出了目前钢结构防火涂料的水平、存在的问题和发展趋势。从文章的内容可以知道，目前钢结构防火涂料的涂层厚度如果较薄，则需要应用到阻燃剂、发泡剂等组分，这些组份绝大部分都有毒有害，会对环境造成污染。而且，耐火极限时间随着涂层变薄而快速减少。事实上，除了文章所讨论的因素外，防火涂料本身的稳定性、施工后填料尤其是隔热功能填料在涂料中的规整密集排布效果、其他功能填料如吸热功能填料在涂料中的添加比例等一些具体因素都会对防火涂料的使用性能产生重大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型钢结构防火涂料及其制备方法，从而可以得到尺寸均一的空心玻璃微珠均匀分散于二氧化硅-羟乙基纤维素有机无机复合胶中的钢结构防火涂料。

本发明提供的环保型钢结构防火涂料，包含下列重量份的组分：

二氧化硅-羟乙基纤维素有机无机复合胶100份，

包覆改性的空心玻璃微珠80-150份，

纳米二氧化硅粉体10份。

所述的二氧化硅-羟乙基纤维素有机无机复合胶是氧化硅胶体与5wt.％的羟乙基纤维素水溶液按比例均匀混合形成的，二氧化硅与羟乙基纤维素的质量比为5∶1-20∶1。

所述的包覆改性的空心玻璃微珠的直径范围在10-100微米，优选为10微米，密度为0.1-0.3g/cm3，优选为0.1g/cm3。其表面的包覆层是瓜尔豆胶-氧化硅有机无机复合涂层，由瓜尔豆胶分子与氧化硅胶体粒子的羟基部分通过氢键、部分通过戊二醛的交联作用而在空心玻璃微珠表面包覆形成的，复合涂层中瓜尔豆胶与氧化硅的重量比为5∶1至1∶2，优选为1∶1，复合涂层与空心玻璃微珠的重量比为2∶100至20∶100，优选为10∶100。

所述的纳米二氧化硅粉体，尺寸范围为10-30纳米。