[发明专利]一种超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，属于防火涂料技术领域。

背景技术

钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。由于钢结构建筑的空间造型非常复杂，如果用其他的方法很难达到彻底防火保护的要求。只有其表面涂装防化涂料才能彻底地起到防火的目的，并且防患于未然。此外，防护涂料具有很多优点，如自重轻、造价低、施工方便等。因此，其与其他防护方法相比，有着无可取代的重要作用，并且是一种经济实用、理想可靠的防火措施。现在，高达 90%的钢结构都是使用这种防火涂料方法来进行防火保护。若按照使用厚度对防火涂料进行分类，其主要分为三类，其分别是厚型钢结构防火涂料、薄型钢结构防火涂料以及超薄型钢结构防火涂料。而其中，超薄型钢结构防火涂料凭借其具有粒度细、涂层薄和装饰性好等特点，不仅能够满足钢结构防火要求，也能满足人们的高装饰性要求。

超薄膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度小于3 mm。其特点是受热时迅速膨胀发泡，形成一种致密的防火隔热层。由于这种超薄型钢结构防火涂料具有涂层薄，外观装饰性好等优点，目前备受市场重视，是钢结构防火涂料的发展趋势。

超薄膨胀型钢结构防火涂料是由基料、阻燃材料、发泡剂、发泡材料、填料和助剂等成分组成，其中阻燃材料、发泡剂、发泡材料是防火涂料的膨胀阻燃体系。现在，市场上采用较多的膨胀阻燃体系是三聚氰胺、聚磷酸铵以及季戊四醇。但是，聚磷酸铵具有很强的吸潮性和水溶性，将会严重地影响了防火涂料的性能，如耐候性、耐水性等；而三聚氰胺在高温下分解会产生有害的氰化物气体，污染环境，损害人的身体健康。且传统的超薄防火涂料遇火后发泡材料膨胀率低，不能大幅度的发挥阻燃材料的阻燃性能，使得钢材耐火时间不长，这也是当下超薄型钢结构防火涂料亟待解决的问题。

本发明所使用阻燃材料和发泡材料均为纳米形态，而纳米材料有较高比表面积，通过将纳米材料均匀混合于涂料中，能够大幅提高材料的利用率，从而提高阻燃效果。另外使用纳米石墨作为发泡材料，不仅具有阻燃性、耐老化性及耐候性等方面具有突出优点，而且和普通膨胀石墨相比，大幅提高了发泡率。

本发明采用丙烯酸系水基粘合剂，同其溶剂型或其他水基粘合剂相比，其为非有机溶剂，无毒害或易燃危险，具有良好的耐水性与耐碱性，并对钢材料有很好的粘接性。另外采用尿素代替三聚氰胺作为发泡剂也避免了三聚氰胺在高温下分解会产生有害的氰化物气体的现象，符合绿色环保的要求。

发明内容

一种超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，本发明通过使用纳米膨胀石墨作为膨胀材料并混合使用多种纳米阻燃材料，来提高阻燃性能和耐火时间。更重要的是使用水性涂料，不含有三聚氰胺等有机物，安全环保。由如下重量的组分构成：丙烯酸水基粘合剂30-60%、纳米硼酸锌1-10%、纳米三氧化二锑1-10%、纳米二氧化钛0.2-8%、纳米膨胀石墨2-15%、尿素5-20%、分散剂0.05-2%、抗沉降剂0.01-2%，余量为去离子水。本发明的防火涂料，其各组分作用如下，丙烯酸水基粘合剂作为涂料的粘结剂和成膜物质使用。纳米硼酸锌用来作为阻燃剂，并通过与纳米三氧化锑配合来提高阻燃效果。纳米二氧化钛作为填充材料和改性剂，既能提高涂料的机械强度和耐候性能，又提高涂层抗紫外线老化作用。纳米膨胀石墨用来作为发泡材料，尿素作为发泡剂使用，在发生火灾时通过尿素的发泡作用促进膨胀石墨膨胀，从而提高涂层耐火性能。去离子水作为溶剂使用，用来分散纳米硼酸锌、纳米三氧化锑、纳米二氧化钛及纳米膨胀石墨，并通过加入分散剂和抗沉降剂使纳米材料在涂料中分散均匀。

本发明涂料的制备过程为：

（1）按照质量配比，将纳米硼酸锌、纳米三氧化二锑、纳米二氧化钛、纳米膨胀石墨加入去离子水溶液中，并使用超声波处理0.2-1h，使纳米材料均匀分散于去离子水中；

（2）向纳米材料均匀分散后的溶液中加入分散剂和抗沉降剂，继续使用超声处理0.2-1h；