[发明专利]一种矿物水性膨胀型防火涂料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种矿物水性膨胀型防火涂料及其制备方法，所述涂料按重量份数计包括：去离子水5~75份、树脂乳液20~9份、脱水催化剂10~80份、成炭剂5~75份、发泡剂10~80份、矿物填料1~50份、可膨胀石墨1~30份、氯化石蜡1~30份、固化剂1~30份、分散剂0.1~30份、增稠剂0~30份、流平剂0.1~30份、成膜助剂0.1~30份、消泡剂0.2~30份。本发明所用煤矸石地质聚合物是通过碱激发形成的无机高分子胶凝材料，存在硅氧四面体和铝氧四面体为骨架组成的三维网络结构，不仅提高了涂料的防火性能，还提高了炭层强度；而且将煤矸石“变废为宝”进行科学的资源化利用，是一种绿色环保工业固废资源化利用的新手段。

技术领域

本发明涉及一种矿物水性膨胀型防火涂料及其制备方法，属于建筑类防火涂料技术领域。

背景技术

近年来，国内涂料市场需求量逐渐增大，涂料行业发展迅速，但国内市场上仍以溶剂型防火涂料为主，水性膨胀型防火涂料产量低，质量也参差不齐，其防火效果只有溶剂型防火涂料的30~40%，普遍存在防火性能、附着力差以及膨胀炭层结构强度不理想等问题。中国专利CN202010795467.5报道了一种溶剂性超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，该发明以油性稀释剂为分散介质，通常溶剂性膨胀型防火涂料的VOC值为300~500 g/L。中国专利CN202110363809.0报道了一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料的制备方法，解决了传统防火涂料附着力差，阻燃性难以兼顾的问题，并且材料中三聚氰胺甲醛树脂包覆的聚磷酸铵含有甲醛成分，通常防火涂料的VOC值≤120 g/L，对环境和人体有一定危害，不符合环保理念。中国专利CN201510918471.5报道了一种水性膨胀型钢结构防火涂料，该发明制备的防火涂料虽然克服了膨胀炭层密度差、在火焰及气体冲击下易掉落的不足，但该防火涂料的耐火性能不佳，耐火极限在1 h左右。

综上，目前制备的膨胀型防火涂料中，存在一定的环境危害、耐火性能不佳的问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提出了一种矿物水性膨胀型防火涂料的制备方法，该防火涂料的防火性能好，膨胀倍率高，同时炭层的结构强度得到增强，可以有效防止炭层在燃烧过程中出现坍塌现象，能有效延长防火时间，耐火时间≥2 h，且VOC值≤50 g/L。

本发明的机理：煤矸石地质聚合物（GP）分子结构中存在硅氧四面体和铝氧四面体为骨架组成的三维网络结构，该结构采用共价键形式结合，共价键之间强度大、能量高，使其在1200 ℃下充分燃烧该结构不易被破坏，不被氧化分解，还可以隔绝空气和热量传递，表现出优异的耐火性能。

本发明以煤矸石地质聚合物为原料制备成的防火涂料，在耐火实验初始阶段，涂料中残留的水分分解，煤矸石地质聚合物作为涂层内部的屏障，延长了氧气和热量向涂层内部的扩散途径，进而延长了涂层分解的时间；首先涂层体系随高温环境逐渐分解，成膜物质软化成熔融状态，其次是聚磷酸铵热分解产生游离态酸和季戊四醇发生脱水酯化反应，三聚氰胺热分解产生NH₃、CO₂、H₂O等不燃气体在稀释可燃气体的同时，还将熔融态的成膜物质和粘稠状的炭层混合物发泡膨胀，使炭层膨胀到原来的十几倍乃至二十几倍，增加阻燃效果；如图2案例1的SEM图所示，三维网状结构的煤矸石地质聚合物均匀分散在炭层表面，这使得涂层燃烧后的残炭量增加，有助于保持炭层在高温下的完整性，有效延缓了热量向涂层内部的传递，阻碍了热降解产物向外界的扩散，有效防护底层未燃烧的炭层，提高炭层热屏蔽性能和抗氧化性，有效抑制了防火涂层的热分解。

本发明提供了一种矿物水性膨胀型防火涂料，原料按重量份数计包括：去离子水5~75份、树脂乳液20~9份、脱水催化剂10~80份、成炭剂5~75份、发泡剂10~80份、矿物填料1~50份、可膨胀石墨1~30份、氯化石蜡1~30份、固化剂1~30份、分散剂0.1~30份、增稠剂0~30份、流平剂0.1~30份、成膜助剂0.1~30份、消泡剂0.2~30份。