一种纳米石墨烯防火涂料及其施工方法与流程

本发明涉及防火涂料技术领域，特别涉及一种纳米石墨烯防火涂料及其施工方法。

背景技术：

钢结构作为建筑结构的一种形式，其以强度高、质量轻，并具有良好的延伸性、抗震性和施工周期短等特点，在建筑业中得到广泛应用。但是由于钢结构本身不燃，钢结构的防火隔热保护问题一度被忽视，而根据相关资料报道和试验数据统计，钢结构建筑的耐火性能较砖石结构和钢筋混凝土结构差。钢材的机械强度随温度的升高而降低，在500℃左右，其强度大幅下降，力学性诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及载荷能力等都迅速下降，很快失去支撑能力，导致建筑物垮塌。因此，必须对钢结构进行防火隔热保护。

现有对钢结构进行防火隔热保护的方法通常是在钢结构表面涂刷或者喷涂防火涂料，可起到防火隔热的作用，防止钢材在火灾中因迅速升温而降低强度，避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。钢结构防火涂料按厚度分为厚型、薄型和超薄型钢结构防火涂料，而现有厚型钢结构防火涂料在使用过程中由于涂层强度不足而容易开裂等不良现象，而导致影响防火涂层的防火隔热性能。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种纳米石墨烯防火涂料及其施工方法，旨在提高防火涂料的涂层强度，改善防火涂料的防火隔热性能。

为实现上述目的，本发明提出一种纳米石墨烯防火涂料，包括组分A和组分B，所述组分A和组分B的质量比为(4～5):1，其中，

所述组分A包括以下质量份数的组分：水泥40～60份、膨胀蛭石5～10份、膨胀玻化微珠8～12份、膨胀珍珠岩5～10份、纳米石墨烯1～3份、气相二氧化硅8～12份以及硅烷偶联剂溶液2～5份；

所述组分B包括以下质量份数的组分：聚合物乳液20～25份、氯化石蜡10～15份以及水60～85份。

优选地，所述组分A包括以下质量份数的组分：水泥45～55份、膨胀蛭石5～8份、膨胀玻化微珠10～12份、膨胀珍珠岩6～9份、纳米石墨烯2～3份以及气相二氧化硅9～11份以及硅烷偶联剂溶液3～5份；

所述组分B包括以下质量份数的组分：聚合物乳液20～25份、氯化石蜡10～13份以及水65～75份。

优选地，所述组分A包括以下质量份数的组分：水泥50份、膨胀蛭石7份、膨胀玻化微珠11份、膨胀珍珠岩8份、纳米石墨烯2.5份以及气相二氧化硅10份以及硅烷偶联剂溶液4份；

所述组分B包括以下质量份数的组分：聚合物乳液23份、氯化石蜡12份以及水70份。

优选地，所述聚合物乳液包括聚丙烯酸酯乳液、聚乙烯醇乳液和聚醋酸乙烯乳液中的至少一种。

优选地，所述硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂与水和醇的混合物，其中，所述混合物中的所述硅烷偶联剂的体积浓度为15～20％。

优选地，所述硅烷偶联剂溶液为乙烯基三乙氧基硅烷与水和乙醇的混合物、乙烯基三甲氧基硅烷与水和甲醇的混合物、或者乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与水和异丙醇的混合物。

为实现上述目的，本发明还提出一种如上所述的纳米石墨烯防火涂料的施工方法，包括以下步骤：

将水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯和气相二氧化硅混合，制成固体料，然后将硅烷偶联剂溶液雾化后加入到固体料中，混合形成组分A；

将聚合物乳液、氯化石蜡和水混合，制成组分B；

先使组分A经由固体输料管输送到喷枪的喷嘴处，再使组分B经由液体输料管输送到喷嘴处，组分B与组分A在喷嘴处混合后经由喷嘴喷出，而喷涂到受喷面上形成防火涂层。

优选地，所述防火涂层的厚度为23～27mm。

本发明提供的技术方案中，通过采用水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯、气相二氧化硅和硅烷偶联剂溶液配制成组分A，采用聚合物乳液、氯化石蜡和水制备成组分B，在防火涂料的施工时，组分A和组分B按照(4～5):1的质量比采用干喷法进行喷涂，所形成的防火涂层强度高，与基材粘结牢靠、抗裂性能优良，不易出现开裂、脱落等不良现象，进而改善了防火涂料的防火隔热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的纳米石墨烯防火涂料的施工方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明提出一种纳米石墨烯防火涂料，包括以下质量份数的组分：包括组分A和组分B，所述组分A和组分B的质量比为(4～5):1，其中，所述组分A包括以下质量份数的组分：水泥40～60份、膨胀蛭石5～10份、膨胀玻化微珠8～12份、膨胀珍珠岩5～10份、纳米石墨烯1～3份、气相二氧化硅8～12份以及硅烷偶联剂溶液2～5份；所述组分B包括以下质量份数的组分：聚合物乳液20～25份、氯化石蜡10～15份以及水60～85份。

本发明提供的技术方案中，通过采用水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯、气相二氧化硅和硅烷偶联剂溶液配制成组分A，采用聚合物乳液、氯化石蜡和水制备成组分B，利用膨胀玻化微珠的低导热性和氯化石蜡的阻燃性，改善防火涂料的隔热性能，同时利用纳米石墨烯的高强度和良好的韧性、以及气相二氧化硅特殊的触变性能对防火涂料进行改性，增强了防火涂料的强度并改善其喷涂性能；在防火涂料的施工时，组分A和组分B按照(4～5):1的质量比采用干喷法进行喷涂，所形成的防火涂层强度高，与基材粘结牢靠、抗裂性能优良，不易出现开裂、脱落等不良现象，进而改善了防火涂料的防火隔热性能。

作为一种优选的实施例，所述组分A包括以下质量份数的组分：水泥45～55份、膨胀蛭石5～8份、膨胀玻化微珠10～12份、膨胀珍珠岩6～9份、纳米石墨烯2～3份以及气相二氧化硅9～11份以及硅烷偶联剂溶液3～5份；所述组分B包括以下质量份数的组分：聚合物乳液20～25份、氯化石蜡10～13份以及水65～75份。

更优选地，所述组分A包括以下质量份数的组分：水泥50份、膨胀蛭石7份、膨胀玻化微珠11份、膨胀珍珠岩8份、纳米石墨烯2.5份以及气相二氧化硅10份以及硅烷偶联剂溶液4份；所述组分B包括以下质量份数的组分：聚合物乳液23份、氯化石蜡12份以及水70份。

其中，所述聚合物乳液包括聚丙烯酸酯乳液、聚乙烯醇乳液和聚醋酸乙烯乳液中的至少一种，可以是聚丙烯酸酯乳液、聚乙烯醇乳液和聚醋酸乙烯乳液中的任意一种，也可以是其中两种或三种以上乳液的混合物。利用聚丙烯酸酯乳液、聚乙烯醇乳液和聚醋酸乙烯乳液在固化时良好的成膜和粘结性能，使得所述防火涂料在基材表面固化所形成的防火涂层更为均匀密实，且与被涂覆基材的粘结能力更强，不易出现脱落或者开裂等不良现象，从而改善了防火涂层的防火隔热性能，优选为聚乙烯醇乳液。

硅烷偶联剂可用作密封剂、粘接剂和涂料的增粘剂，能提高其粘接强度、耐水、耐气候等性能，在本发明的一实施例中，向所述防火涂料中加入含有硅烷偶联剂的溶液，以增强所述防火涂料所形成的涂层与基材的粘结强度，并有利于改善所述防火涂料的耐水性和耐气候性，其中，所述硅烷偶联剂溶液为硅烷偶联剂与水和醇的混合物，所述混合物中的所述硅烷偶联剂的体积浓度为15～20％。如此，通过将硅烷偶联剂配制成一定浓度的溶液，有利于硅烷偶联剂在材料表面快速且均匀的分散。

进一步地，所述硅烷偶联剂溶液为乙烯基三乙氧基硅烷与水和乙醇的混合物、乙烯基三甲氧基硅烷与水和甲醇的混合物、或者乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷与水和异丙醇的混合物。

在本发明的一实施例中，所述水泥采用硅酸盐水泥，硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料(由主要含CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的原料，按适当比例磨成细粉烧至部分熔融所得以硅酸钙为主要矿物成分的水硬性胶凝物质，其中硅酸钙矿物不小于66％，氧化钙和氧化硅质量比不小于2.0)和适量的石膏、及规定的混合材料制成的水硬性胶凝材料，其强度等级分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级。在本发明实施例中，所述水泥优选为强度等级为52.5的硅酸盐水泥，所制备的防火涂料所形成涂层的抗压强度更高。

本发明还提出一种如上所述的纳米石墨烯防火涂料的施工方法，图1为本发明提供的纳米石墨烯防火涂料的施工方法的一实施例。请参阅图1，在本实施例中，所述纳米石墨烯防火涂料的施工方法包括以下步骤：

步骤S10、将水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯和气相二氧化硅混合，制成固体料，然后将硅烷偶联剂溶液雾化后加入到固体料中，混合形成组分A；

步骤S20、将聚合物乳液、氯化石蜡和水混合，制成组分B；

步骤S30、先使组分A经由固体输料管输送到喷枪的喷嘴处，再使组分B经由液体输料管输送到喷嘴处，组分B与组分A在喷嘴处混合后经由喷嘴喷出，而喷涂到受喷面上形成防火涂层。

在所述防火涂料的在喷涂前，先对待喷涂的基材进行表面清理、基材打磨、除锈、清洗油脂等预处理；然后采用喷枪进行涂料的喷涂，喷嘴的出口风压为0.1～0.15MPa，喷嘴垂直于受喷面且与受喷面的距离为1m，在喷涂过程中，喷枪自上而下呈螺旋式移动，有利于涂层的均匀分布。

进一步地，所述防火涂层的喷涂可分为三次进行，先喷涂第一层(厚度约为5mm)，待第一层完全干燥后，喷涂第二层(厚度约为8mm)，待第二层完全干燥后，喷涂第三层(厚度约为12mm)，待第三层完全干燥后，形成总厚度为23～27mm的防火涂层，然后进行养护即可。所形成的防火涂层强度高，与基材粘结牢靠、抗裂性能优良，不易出现开裂、脱落等不良现象，进而改善了防火涂料的防火隔热性能。

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)原料称取：525#硅酸盐水泥5kg、膨胀蛭石0.7kg、膨胀玻化微珠1.1kg、膨胀珍珠岩0.8kg、纳米石墨烯0.25kg、气相二氧化硅1kg、硅烷偶联剂溶液(乙烯基三乙氧基硅烷、水、乙醇的体积比为15:8:77)0.4kg、聚乙烯醇乳液2.3kg、氯化石蜡1.2kg和水7kg，备用；

(2)将水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯和气相二氧化硅混合，制成固体料，然后将硅烷偶联剂溶液雾化后加入到固体料中，混合形成组分A；

(3)将聚合物乳液、氯化石蜡和水混合，制成组分B；

(4)先使组分A经由固体输料管输送到喷枪的喷嘴处，再使组分B经由液体输料管输送到喷嘴处，组分B与组分A在喷嘴处混合后经由喷嘴喷出，而喷涂到受喷面上形成防火涂层；其中，防火涂层的喷涂分为三次进行，先喷涂厚度为5mm的第一层，待第一层完全干燥后喷涂厚度为8mm的第二层，待第二层完全干燥后喷涂厚度为12mm的第三层，在喷涂过程中，喷嘴的出口风压为0.1～0.15MPa，喷嘴与受喷面的距离为1m，喷枪垂直于受喷面且自上而下呈螺旋式移动。

实施例2

(1)原料称取：525#硅酸盐水泥4.5kg、膨胀蛭石0.8kg、膨胀玻化微珠1.2kg、膨胀珍珠岩0.9kg、纳米石墨烯0.2kg、气相二氧化硅0.9kg、硅烷偶联剂溶液(乙烯基三甲氧基硅烷、水、甲醇体积比为15:8:77)0.5kg、聚丙烯酸酯乳液2kg、氯化石蜡1.3kg和水6.5kg，备用；

(2)将水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯和气相二氧化硅混合，制成固体料，然后将硅烷偶联剂溶液雾化后加入到固体料中，混合形成组分A；

(3)将聚合物乳液、氯化石蜡和水混合，制成组分B；

(4)先使组分A经由固体输料管输送到喷枪的喷嘴处，再使组分B经由液体输料管输送到喷嘴处，组分B与组分A在喷嘴处混合后经由喷嘴喷出，而喷涂到受喷面上形成防火涂层；其中，防火涂层的喷涂分为三次进行，先喷涂厚度为5mm的第一层，待第一层完全干燥后喷涂厚度为8mm的第二层，待第二层完全干燥后喷涂厚度为12mm的第三层，在喷涂过程中，喷嘴的出口风压为0.1～0.15MPa，喷嘴与受喷面的距离为1m，喷枪垂直于受喷面且自上而下呈螺旋式移动。

实施例3

(1)原料称取：525#硅酸盐水泥5.5kg、膨胀蛭石0.5kg、膨胀玻化微珠1.0kg、膨胀珍珠岩0.6kg、纳米石墨烯0.3kg、气相二氧化硅1.1kg、硅烷偶联剂溶液(乙烯基三乙氧基硅烷、水、乙醇的体积比为20:8:72)0.3kg、聚醋酸乙烯乳液2.5kg、氯化石蜡1.0kg和水7.57kg，备用；

(2)将水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯和气相二氧化硅混合，制成固体料，然后将硅烷偶联剂溶液雾化后加入到固体料中，混合形成组分A；

(3)将聚合物乳液、氯化石蜡和水混合，制成组分B；

(4)先使组分A经由固体输料管输送到喷枪的喷嘴处，再使组分B经由液体输料管输送到喷嘴处，组分B与组分A在喷嘴处混合后经由喷嘴喷出，而喷涂到受喷面上形成防火涂层；其中，防火涂层的喷涂分为三次进行，先喷涂厚度为5mm的第一层，待第一层完全干燥后喷涂厚度为8mm的第二层，待第二层完全干燥后喷涂厚度为12mm的第三层，在喷涂过程中，喷嘴的出口风压为0.1～0.15MPa，喷嘴与受喷面的距离为1m，喷枪垂直于受喷面且自上而下呈螺旋式移动。

实施例4

(1)原料称取：525#硅酸盐水泥6kg、膨胀蛭石0.6kg、膨胀玻化微珠0.8kg、膨胀珍珠岩1.0kg、纳米石墨烯0.1kg、气相二氧化硅0.8kg、硅烷偶联剂溶液(乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、水、异丙醇的体积比为18:8:74)0.2kg、聚乙烯醇乳液和聚丙烯酸酯乳液的混合物(体积比为1:1)2.2kg、氯化石蜡1.2kg和水8.5kg，备用；

(2)将水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯和气相二氧化硅混合，制成固体料，然后将硅烷偶联剂溶液雾化后加入到固体料中，混合形成组分A；

(3)将聚合物乳液、氯化石蜡和水混合，制成组分B；

(4)先使组分A经由固体输料管输送到喷枪的喷嘴处，再使组分B经由液体输料管输送到喷嘴处，组分B与组分A在喷嘴处混合后经由喷嘴喷出，而喷涂到受喷面上形成防火涂层；其中，防火涂层的喷涂分为三次进行，先喷涂厚度为5mm的第一层，待第一层完全干燥后喷涂厚度为8mm的第二层，待第二层完全干燥后喷涂厚度为12mm的第三层，在喷涂过程中，喷嘴的出口风压为0.1～0.15MPa，喷嘴与受喷面的距离为1m，喷枪垂直于受喷面且自上而下呈螺旋式移动。

实施例5

(1)原料称取：525#硅酸盐水泥4kg、膨胀蛭石1.0kg、膨胀玻化微珠0.9kg、膨胀珍珠岩0.5kg、纳米石墨烯0.15kg、气相二氧化硅1.2kg、硅烷偶联剂溶液(乙烯基三乙氧基硅烷、水、乙醇的体积比为15:10:75)0.4kg、聚乙烯醇乳液和聚醋酸乙烯乳液的混合物(体积比为2:1)2.3kg、氯化石蜡1.5kg和水6kg，备用；

(2)将水泥、膨胀蛭石、膨胀玻化微珠、膨胀珍珠岩、纳米石墨烯和气相二氧化硅混合，制成固体料，然后将硅烷偶联剂溶液雾化后加入到固体料中，混合形成组分A；

(3)将聚合物乳液、氯化石蜡和水混合，制成组分B；

(4)先使组分A经由固体输料管输送到喷枪的喷嘴处，再使组分B经由液体输料管输送到喷嘴处，组分B与组分A在喷嘴处混合后经由喷嘴喷出，而喷涂到受喷面上形成防火涂层；其中，防火涂层的喷涂分为三次进行，先喷涂厚度为5mm的第一层，待第一层完全干燥后喷涂厚度为8mm的第二层，待第二层完全干燥后喷涂厚度为12mm的第三层，在喷涂过程中，喷嘴的出口风压为0.1～0.15MPa，喷嘴与受喷面的距离为1m，喷枪垂直于受喷面且自上而下呈螺旋式移动。

对实施例1至实施例5所喷涂形成的防火涂层在温度5～35℃、相对湿度50～80％的条件下养护55天，然后检测其耐火性能及各项理化指标，检测方法按照GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》中的方法进行，检测结果如下表1所示。

表1各实施例防火涂料的性能指标

由表1中的测定结果可知，本发明实施例所形成的防火涂层符合GB14907-2002《钢结构防火涂料通用技术条件》的各项理化性能标准，其中，实测涂层厚度在23～27mm之间，耐火极限在4.0h以上，具有优异的防火隔热性能好，且抗压强度和粘结强度较高，与基材的粘接性好，抗裂性能优良，不易出现开裂、脱落、起泡等不良现象，解决了现有钢结构防火涂料易开裂而影响其防火隔热性能的问题。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。