一种水性膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法与流程

本发明属于高分子材料和防火涂料领域，具体涉及一种水性膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法。

背景技术：

1、钢结构具有强度高、自重轻、塑性韧性与抗震性能好等诸多优点，适用于机械化加工，工业化程度高，施工周期短，广泛应用于高层建筑、铁路、桥梁、厂房、化工设备、体育馆、图书馆等工程。钢材虽然属于不燃性材料，但具有良好的导热性，当处于高温(≥500℃)环境中，钢材的物理性能会发生明显的变化，强度急剧下降，失去承载能力，造成建筑物的坍塌，导致不可估量的经济损失，甚至人员伤亡，因此钢结构防火已成为人们关注的焦点。为了提高钢结构对火焰的耐受力和安全性，钢结构防火涂料的使用已成为一种常见的方法。

2、钢结构防火涂料根据防火机理、使用范围、涂层厚度、成膜物质等可以分成不同的种类，其中薄型膨胀型钢结构防火涂料已经成为研究开发的热点。而随着环保意识的增强，不使用有机溶剂，尤其是有毒有害有机溶剂(如甲苯等)的水性防火涂料越来越受到市场的青睐。同时，防火涂料还必须具备与钢材的粘接强度高、耐火时间长、耐腐蚀性好等综合的性能。

3、聚丙烯酸树脂是常用的防火涂料成膜物质，一般多为单组分体系。但是聚丙烯酸树脂在有机溶剂和水中的溶解度都不大，必须加入大量的稀释剂，从而导致防火涂料在施工时容易流坠、干燥速度慢、涂层附着力低与开裂等问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供一种水性膨胀型钢结构防火涂料。该防火涂料以丙烯酸盐为成膜物质，以水为溶剂，与钢材粘接性好，耐火时间长，耐腐蚀性能佳。

2、本发明采用了如下的技术方案：

3、一种水性膨胀型钢结构防火涂料，包括a组分和b组分，质量比为15:1-20:1；以质量份计，a组分包括丙烯酸盐20-40份，水性聚偏二氯乙烯(pvdc)乳液0-10份，膨胀型阻燃剂35-75份，有机碱0.5-2份，增强纤维0.2-2份，填料5-20份，助剂2-10份和水10-30份；其中，所述膨胀型阻燃剂由质量比(2.0-4.0):(0.5-2.0):(0.5-1.5)的脱水成炭催化剂、发泡剂和成炭剂组成；

4、以质量份计，b组分包括固化促进剂1-5份和水5-20份。

5、优选地，以质量份计，所述a组分包括改性丙烯酸树脂30-35份，水性聚偏二氯乙烯(pvdc)乳液4-6份，膨胀型阻燃剂45-55份，有机碱0.3-0.4份，增强纤维1-1.5份，填料10-15份，助剂3-5份和水15-20份。

6、优选地，以质量份计，b组分包括固化促进剂1.5-2份和水5-6份。

7、优选地，所述丙烯酸盐选自丙烯酸镁、丙烯酸钙和丙烯酸钠中的至少一种。

8、优选地，所述水性聚偏二氯乙烯乳液的聚偏二氯乙烯含量为20％-50％。

9、优选地，所述脱水成炭催化剂、发泡剂和成炭剂质量比(2-2.5):1:(0.8-1)。

10、优选地，所述脱水成炭催化剂为聚合度大于1000的多聚磷酸铵。

11、优选地，所述发泡剂选自三聚氰胺和磷酸三聚氰胺中的至少一种。

12、优选地，所述成炭剂选自单季戊四醇、双季戊四醇和季戊四醇磷酸酯中的至少一种。

13、优选地，所述增强纤维选自炭纤维、玄武岩纤维、硅酸铝纤维和氧化锆纤维中的至少一种。

14、还优选地，所述增强纤维的长度为0.5-3.0mm。

15、优选地，所述填料选自硅酸铝粉、钛白粉、纳米氧化铝、二氧化硅气凝胶、硅灰石、氧化锌、硼酸锌、膨润土、高岭土、氢氧化铝、二氧化锆、三氧化二锑、氮化硼和可膨胀石墨中的至少一种。

16、更优选地，所述填料选自二氧化硅气凝胶、钛白粉和纳米氧化铝中的至少一种。

17、最优选地，所述填料选自二氧化硅气凝胶、钛白粉和纳米氧化铝的全部。

18、本发明所述助剂是指配制涂料的辅助材料，能改进涂料性能，促进涂膜形成，可以选自增稠剂、消泡剂、分散剂、触变剂和流平剂中的至少一种。

19、作为一个优选的实施方案，本发明所述助剂包括消泡剂、分散剂、触变剂和流平剂，每种助剂的质量份数为0.5-1.5份。

20、所述增稠剂、消泡剂、分散剂、触变剂和流平剂可以选用本领域常用的市售产品。作为一个说明性的实施方案，所述消泡剂可以是byk公司生产的byk-014，所述分散剂可以是byk公司生产的byk-4509，所述触变剂可以是byk公司生产的byk-420，所述流平剂可以是byk公司生产的byk-3060。

21、优选地，所述有机碱选自三乙醇胺和二乙醇胺中的至少一种。

22、优选地，所述固化促进剂选自过硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的至少一种。

23、本发明还有一个目的在于提供上述水性膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，包括分别制备和保存a组分和b组分，用时按照质量比混合两组分；具体步骤包括：

24、s1.按照配比准备各原料；

25、s2.a组分的制备

26、将膨胀型阻燃剂、增强纤维、填料和助剂加入至粉碎机中进行研磨混合1-5分钟，然后转移至装有丙烯酸盐、pvdc水性乳液、有机碱和水的配置有搅拌器的容器中，搅拌混合5-10分钟，即得，密闭保存，备用；

27、s3.b组分的制备

28、将所述固化促进剂加入水中搅拌，至溶液澄清，即得，密闭保存，备用；

29、s4.用时混合

30、临用时，将步骤s2制备得到的所述a组分和步骤s3制备得到的所述b组分按照质量比混合均匀，即得。

31、优选地，在步骤s4中，如有必要可以加入适量水调节涂料的稀稠度。

32、此外，本发明还有一个目的在于提供所述水性膨胀型钢结构防火涂料的施工工艺，包括：清洁待涂覆的钢结构表面，将本发明所述水性膨胀型钢结构防火涂料一次或多次喷涂或涂刷在所述钢结构表面，至干膜厚度达到3-4mm。

33、本说明书中，各组分的质量份数表示的是各组分之间的质量配比关系，而不是真实的质量数。根据实际情况，1质量份可以是任意质量数，如1g、5g、10g、50g、250g、500g、1kg、1吨，等等。

34、本发明的双组分防火涂料，两种组分平时分别贮存。根据物质的“相似相溶”原理，a组分中的丙烯酸盐既能与无机类的填料、纤维更好地相容分散，又能与有机类的助剂溶解分散。因此本发明的涂料分散均匀性好，有助于使涂料的防护效能最大化。而在使用时，a组分中的小分子量的丙烯酸盐作为前体，随着b组份中作为引发剂的固化促进剂加入后发生自由基聚合，生成有机盐形式的聚丙烯酸盐树脂。

35、

36、其中，m＝mg2+或ca2+。

37、本发明提供的水性膨胀型钢材料防火涂料作为反应型涂料，易于形成具有多重氢键、离子键和一定比例的柔性链网络结构，因而防火涂层可以保持与钢材基体稳定持久的粘接力以及应对应力开裂等性能。另外，当本发明的防火涂料遭受明火燃烧、高温烘烤时，聚丙烯酸盐与原料组份反应得到密实的炭层与新的无机物层，使其具有更好地隔热效果。

38、另外，丙烯酸盐在水中溶解度高、分散性好，可减少水的用量，不仅节约水资源，还能加快防火涂料的干燥以提升施工效率。

39、本发明的水性膨胀型钢结构防火涂料，原料中不含苯和/或甲苯以及其它voc，因而在制备、施工过程中不会释放出有害物质，对环境和操作人员友好。