一种防火涂料及其应用的制作方法

本发明属于功能性涂料技术领域，尤其涉及一种防火涂料及其应用。

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℃温度区域内就会失去承载能力，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。因此根据国家标准《建筑设计防火规范》gb/t50016-2014的要求，必须对钢结构建筑进行防火保护。膨胀型防火涂料广泛被用来作为钢结构建筑的防火，膨胀型防火涂料遇火后膨胀发泡，起到阻燃隔热的作用，发泡时不释放有毒气体，保护人类不受毒害。

膨胀型防火涂料的基体树脂可分为热塑型和热固型两种，热固型防火涂料采用双组分体系，成膜物质多为环氧树脂或聚氨酯树脂。双组份一般具有较好的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸碱性和封闭性。阻燃体系也不易迁移到涂层表面，防火性能较为稳定，不易受时间和环境的影响。双组份防火涂料膨胀炭层强度高，能提供有效的防火保护。

超薄膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度小于3mm，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。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种防火涂料及其应用，本发明提供的防火涂料具有较好的防火性能和机械性能。

本发明提供了一种防火涂料，包括：a组分和b组分；

所述a组分以重量份计，包括：

15～20份的有机硅改性环氧树脂；

20～30份的多聚磷酸铵；

10～15份的三聚氰胺；

15～25份的成炭剂；

5～10份的稀释剂；

2～6份的功能助剂；

3～5份的可膨胀石墨；

8～14份的功能填料；

所述b组分以重量份计，包括：

95～98份的固化剂；

2～5份的固化剂促进剂。

优选的，所述有机硅改性环氧树脂的制备方法，包括：

将双酚a型环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡进行反应，得到有机硅改性环氧树脂。

优选的，所述双酚a型环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡的质量比为(80～90)：(8～12)：(2～4)：(1～3)。

优选的，所述反应的温度为85～95℃；所述反应的时间为4～8小时。

优选的，所述成炭剂选自季戊四醇、双季戊四醇和氯化石蜡中的一种或几种；

所述稀释剂为改性腰果壳油。

优选的，所述功能助剂以重量份计，包括：

0～1.5份的分散剂；

0～1.5份的消泡剂；

0～1.5份的流平剂；

0～1.5份的防沉剂。

优选的，所述分散剂为低分子量不饱和多元羧酸聚合物溶液；

所述消泡剂为破泡聚硅氧烷溶液；

所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅烷共聚体；

所述防沉剂为改性脲溶液。

优选的，所述功能填料选自水合碱式硫酸镁晶须、金红石型钛白粉和三氧化二锑中的一种或几种。

优选的，所述固化剂选自二乙烯三胺、三乙烯四胺和聚酰胺中的至少一种；

所述固化剂促进剂为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

本发明提供了一种上述技术方案所述的防火涂料的应用，包括：

将所述防火涂料涂覆在钢结构的表面。

本发明采用有机硅改性环氧树脂作为基体树脂，极大的提高了环氧树脂的力学性能、热稳定性和耐腐蚀性，并对钢材料有很好的粘接性；另外用非活性稀释剂代替传统的二甲苯类溶剂，可以极大的降低涂料本身和燃烧后有害物质的释放；而采用高含碳量高目数的可膨胀石墨，可提高阻燃材料的利用率，改善耐火性能并提高耐火极限时间。本发明提供的超薄膨胀型防火涂料，其涂膜除具有优异的防火性能外，还具备附着力高、黏结性强、封闭性好、机械强度大等优点，同时其优异的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸碱性、耐盐雾性、电绝缘性及耐候性，特别适合用于露天钢结构的涂覆，如钢结构建筑、石化设备、海上石油平台、轨道交通、军事装备等。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员经改进或润饰的所有其它实例，都属于本发明保护的范围。应理解，本发明实施例仅用于说明本发明的技术效果，而非用于限制本发明的保护范围。实施例中，所用方法如无特别说明，均为常规方法。

本发明提供了一种防火涂料，包括：a组分和b组分；

所述a组分以重量份计，包括：

15～20份的有机硅改性环氧树脂；

20～30份的多聚磷酸铵；

10～15份的三聚氰胺；

15～25份的成炭剂；

5～10份的稀释剂；

2～6份的功能助剂；

3～5份的可膨胀石墨；

8～14份的功能填料；

所述b组分以重量份计，包括：

95～98份的固化剂；

2～5份的固化剂促进剂。

在本发明中，所述有机硅改性环氧树脂的重量份数优选为16～19份，更优选为17～18份。在本发明中，所述有机硅改性环氧树脂的制备方法优选包括：

将双酚a型环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡进行反应，得到有机硅改性环氧树脂。

在本发明中，所述双酚a型环氧树脂优选为双酚a型环氧树脂e-51。

在本发明中，所述双酚a环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡的质量比优选为(80～90)：(8～12)：(2～4)：(1～3)，更优选为(83～87)：(9～11)：(2.5～3.5)：(1.5～2.5)，最优选为85：10：3：2。

在本发明中，所述反应优选在强力搅拌的条件下进行；所述反应优选在水浴加热的条件下进行；所述反应的温度优选为75～85℃，更优选为78～82℃，最优选为80℃；所述反应的时间优选为4～8小时，更优选为5～7小时，最优选为6小时。

在本发明中，所述有机硅改性环氧树脂优选为具有醇香味的乳白粘稠液；所述有机硅改性环氧树脂的环氧当量优选为169～178，更优选为170～177，更优选为172～175，最优选为173～174。

在本发明中，所述多聚磷酸铵的重量份数优选为22～28份，更优选为24～26份，最优选为25份。在本发明中，所述多聚磷酸铵的聚合度n优选＞1000。

在本发明中，所述三聚氰胺的重量份数优选为11～14份，更优选为12～13份。

在本发明中，所述成炭剂的重量份数优选为18～22份，更优选为19～21份，最优选为20份。在本发明中，所述成炭剂优选选自季戊四醇、双季戊四醇和氯化石蜡中的一种或几种。

在本发明中，所述稀释剂的重量份数优选为6～9份，更优选为7～8份。在本发明中，所述稀释剂优选为改性腰果壳油，更优选为腰果壳油改性的不挥发非活性稀释剂，最优选为美国卡德莱nx-2020产品(腰果壳油改性不挥发非活性稀释剂)。

在本发明中，所述功能助剂的重量份数优选为3～5份，更优选为4份。在本发明中，所述功能助剂以重量份计，优选包括：

0～1.5份的分散剂；

0～1.5份的消泡剂；

0～1.5份的流平剂；

0～1.5份的防沉剂。

在本发明中，所述分散剂的重量份数优选为0.2～1.4份，更优选为0.4～1.2份，最优选为1.0份；所述分散剂优选为低分子量不饱和度多元羧酸聚合物溶液；更优选为德国毕克byk-p104产品。

在本发明中，所述消泡剂的重量份数优选为0.2～1.4份，更优选为0.4～1.2份，最优选为1.0份；所述消泡剂优选为破泡聚硅氧烷溶液，更优选为德国毕克byk-066n。

在本发明中，所述流平剂的重量份数优选为0.2～1.4份，更优选为0.4～1.2份，最优选为1.0份；所述流平剂优选为聚醚改性聚二甲基硅烷共聚体，更优选为德国毕克byk-333。

在本发明中，所述防沉剂的重量份数优选为0.2～1.4份，更优选为0.4～1.2份，最优选为1.0份；所述防沉剂优选为改性脲溶液，更优选为德国毕克byk-410。

在本发明中，所述可膨胀石墨的重量份数优选为3.5～4.5份，更优选为4份。在本发明中，所述可膨胀石墨的粒度优选为100～200目，更优选为120～180目，更优选为140～160目，最优选为150目；所述可膨胀石墨的膨胀倍数优选为280～320倍，更优选为290～310倍，最优选为300倍；所述可膨胀石墨的含碳量优选为99％。

在本发明中，所述功能填料的重量份数优选为9～13份，更优选为10～12份，最优选为11份。在本发明中，所述功能填料优选选自水合碱式硫酸镁晶须、金红石型钛白粉和三氧化二锑中的一种或几种。在本发明中，所述水合碱式硫酸镁晶须的直径优选为0.8～1.2微米，更优选为0.9～1.1微米，最优选为1.0微米；长度优选为20～200微米，更优选为50～180微米，更优选为80～160微米，更优选为100～140微米，最优选为110～120微米。

在本发明中，所述固化剂的重量份数优选为96～97份，所述固化剂优选粘度低、韧性高、固化速度适中；所述固化剂优选选自二乙烯三胺、三乙烯四胺和聚酰胺的中的一种。

在本发明中，所述固化剂促进剂优选为3～4份，更优选为3.5份；所述固化剂促进剂优选为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

在本发明中，所述a组分和b组分的质量比优选为100：(40～50)，更优选为100:(42～48)，更优选为100:(44～46)，最优选为100:45。

在本发明中，所述防火涂料的制备方法优选包括：

将有机硅改性环氧树脂加入到稀释剂中，搅拌下依次加入多聚磷酸铵、三聚氰胺、成炭剂、可膨胀石墨、功能填料，混合均匀，随后加入功能助剂并充分搅拌研磨，得到a组分；

将固化剂和固化剂促进剂充分混合分散，得到b组分。

在本发明中，所述搅拌优选在高速分散机中进行。在本发明中，所述搅拌的方法优选包括：

先在高速下搅拌再在低速下搅拌。

在本发明中，所述高速下搅拌的速度优选为800～1200r/min，更优选为900～1100r/min，最优选为1000r/min；所述高速下搅拌的时间优选为8～12min，更优选为9～11min，最优选为10min；所述低速下搅拌的速度优选为280～320r/min，更优选为290～310r/min，最优选为300r/min。

在本发明中，所述充分搅拌的速度优选为800～1200r/min，更优选为900～1100r/min，最优选为1000r/min；所述充分搅拌的时间优选为0.8～1.2小时，更优选为0.9～1.1小时，最优选为1小时。

在本发明中，所述研磨优选在三辊机中进行，所述研磨优选为研磨两遍。

在本发明中，所述充分混合分散优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度优选为800～1200r/min，更优选为900～1100r/min，最优选为1000r/min；所述搅拌的时间优选为0.3～0.7小时，更优选为0.4～0.6小时，最优选为0.5小时。

在本发明中，所述防火涂料的使用方法优选为：

使用前将a组分和b组分按照质量比100:(40～50)混合搅拌，可采用无气喷涂、刷涂等方法进行施工。

本发明提供了一种上述技术方案所述防火涂料的应用，包括：

将所述防火涂料涂覆在钢结构表面。

本发明采用有机硅改性环氧树脂作为基体树脂，极大的提高了环氧树脂的力学性能、热稳定性和耐腐蚀性，并对钢材料有很好的粘接性；另外用非活性稀释剂代替传统的二甲苯类溶剂，可以极大的降低涂料本身和燃烧后有害物质的释放；而采用高含碳量高目数的可膨胀石墨，可提高阻燃材料的利用率，改善耐火性能并提高耐火极限时间。本发明提供的超薄膨胀型防火涂料，其涂膜除具有优异的防火性能外，还具备附着力高、黏结性强、封闭性好、机械强度大等优点，同时其优异的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸碱性、耐盐雾性、电绝缘性及耐候性，特别适合用于露天钢结构的涂覆，如钢结构建筑、石化设备、海上石油平台、轨道交通、军事装备等。

本发明以下实施例中所用的有机硅改性环氧树脂的制备方法为：将双酚a型环氧树脂e-51、聚二甲基硅氧烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷和二月桂酸二丁基锡加入反应器中，强力搅拌，同时水浴加热至80℃，反应约6h，生成具有醇香味的乳白粘稠液，环氧当量为169～178；e-51的重量份数为85份、聚二甲基硅氧烷的重量份数为10份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷的重量份数为3份、二月桂酸二丁基锡的重量份数为2份；其他原料均为市售商品。

实施例1

一种超薄膨胀型钢结构防火涂料，包括a组分和b组分，a组份由如下重量份的组分构成：有机硅改性环氧树脂20份，聚磷酸铵25份，三聚氰胺10份，季戊四醇10份，氯化石蜡5份，可膨胀石墨5份，金红石型钛白粉5份，三氧化二锑3份，碱式硫酸镁晶须3份，功能助剂4份(byk-p1041份、byk-066n1份、byk-3331份、byk-4101份)，卡德莱非活性稀释剂nx-202010份；

b组分由如下重量份的组分构成：三乙烯四胺95份，dmp-30(2,4,6-三(二甲胺基甲基苯酚)固化促进剂5份。

制备过程为：

(1)按照质量配比，称量好各组分质量备用。

(2)将称量好的有机硅改性环氧树脂和非活性稀释剂nx-2020放入高速分散机中，以1000r/min的速度搅拌10min，然后将搅拌速度降至300r/min，随后依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡、可膨胀石墨、金红石型钛白粉、三氧化二锑、碱式硫酸镁晶须、byk-p104、byk-066n、byk-333、byk-410，然后将搅拌速度提升至1000r/min并保持1h，最后放入三辊机研磨2遍出料即得a组分。

(3)将称量好的三乙烯四胺和dmp-30放入高速分散机中，以1000r/min的速度搅拌0.5h，然后出料待用，即得b组分。

(4)使用时a组分和b组分按照100:50的比例混合，充分搅拌，即得超薄膨胀型钢结构防火涂料，喷涂、刷涂均可。

实施例2

一种超薄膨胀型钢结构防火涂料，包括a组分和b组分；a组份由如下重量份的组分构成：有机硅改性环氧树脂15份，聚磷酸铵20份，三聚氰胺15份，季戊四醇15份，氯化石蜡5份，可膨胀石墨5份，金红石型钛白粉5份，三氧化二锑3份，碱式硫酸镁晶须3份，功能助剂4份(byk-p1041份、byk-066n1份、byk-3331份、byk-4101份)，卡德莱非活性稀释剂nx-202010份；

b组分由如下重量份的组分构成：二乙烯三胺98份，dmp-30固化促进剂2份。

制备过程为：

(1)按照质量配比，称量好各组分质量备用。

(2)将称量好的有机硅改性环氧树脂和非活性稀释剂nx-2020放入高速分散机中，以1000r/min的速度搅拌10min，然后将搅拌速度降至300r/min，随后依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡、可膨胀石墨、金红石型钛白粉、三氧化二锑、碱式硫酸镁晶须、byk-p104、byk-066n、byk-333、byk-410，然后将搅拌速度提升至1000r/min并保持1h，最后放入三辊机研磨2遍出料即得a组分。

(3)将称量好的二乙烯三胺和dmp-30放入高速分散机中，以1000r/min的速度搅拌0.5h，然后出料待用，即得b组分。

(4)使用时a组分和b组分按照100:40的比例混合，充分搅拌，即得超薄膨胀型钢结构防火涂料，喷涂、刷涂均可。

实施例3

一种超薄膨胀型钢结构防火涂料包括a组份和b组分，a组分由如下重量份的组分构成：有机硅改性环氧树脂20份，聚磷酸铵25份，三聚氰胺10份，双季戊四醇15份，可膨胀石墨5份，金红石型钛白粉5份，三氧化二锑3份，碱式硫酸镁晶须3份，功能助剂4份(byk-p1041份、byk-066n1份、byk-3331份、byk-4101份)，卡德莱非活性稀释剂nx-202010份。

b组分由如下重量份的组分构成：二乙烯三胺98份，dmp-30固化促进剂2份。

制备过程为：

(1)按照质量配比，称量好各组分质量备用。

(2)将称量好的有机硅改性环氧树脂和非活性稀释剂nx-2020放入高速分散机中，以1000r/min的速度搅拌10min，然后将搅拌速度降至300r/min，随后依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氯化石蜡、可膨胀石墨、金红石型钛白粉、三氧化二锑、碱式硫酸镁晶须、byk-p104、byk-066n、byk-333、byk-410，然后将搅拌速度提升至1000r/min并保持1h，最后放入三辊机研磨2遍出料即得a组分。

(3)将称量好的二乙烯三胺和dmp-30放入高速分散机中，以1000r/min的速度搅拌0.5h，然后出料待用，即得b组分。

(4)使用时a组分和b组分按照100:40的比例混合，充分搅拌，即得超薄膨胀型钢结构防火涂料，喷涂、刷涂均可。

性能检测

按照gb14907-2018《钢结构防火涂料》标准，对本发明实施例制备的防火涂料进行性能检测，检测结果为：

本发明实施例提供的超薄膨胀型钢结构防火涂料的防火性能优异，能够满足gb14907-2018《钢结构防火涂料》的性能要求，同时具有涂刷简便、发泡高度高、发泡强度大，耐腐蚀耐候性强，无voc挥发等优点，在火灾发生时能迅速形成耐火隔热保护层，提高钢结构的耐火极限，避免钢结构失去支撑力而导致建筑物垮塌。

本发明采用有机硅改性环氧树脂作为基体树脂，极大的提高了环氧树脂的力学性能、热稳定性和耐腐蚀性，并对钢材料有很好的粘接性；另外用非活性稀释剂代替传统的二甲苯类溶剂，可以极大的降低涂料本身和燃烧后有害物质的释放；而采用高含碳量高目数的可膨胀石墨，可提高阻燃材料的利用率，改善耐火性能并提高耐火极限时间。本发明提供的超薄膨胀型防火涂料，其涂膜除具有优异的防火性能外，还具备附着力高、黏结性强、封闭性好、机械强度大等优点，同时其优异的耐化学腐蚀性、耐热性、耐酸碱性、耐盐雾性、电绝缘性及耐候性，特别适合用于露天钢结构的涂覆，如钢结构建筑、石化设备、海上石油平台、轨道交通、军事装备等。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。