一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.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。
3.超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度3mm(含3mm)以内，装饰效果较好，高温时能膨胀发泡，耐火极限一般在2h以内的钢结构防火涂料。现有技术中的超薄型钢结构用防火涂料一般为溶剂型体系，具有优越的黏结强度、耐候耐水性好、流平性好和装饰性好等特点，溶剂型钢结构防火涂料在施工过程中存在污染大、有刺激性气味等问题，基于此，有必要提出一种新的超薄型钢结构防火涂料。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料及其制备方法和应用，解决现有技术中溶剂型钢结构防火涂料具有的污染大，有刺激性气味的问题。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
6.本发明提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，按重量份计，包括以下组分：
7.广西白泥6～10份；
8.纳米氧化铝1～5份；
9.纳米氧化锆6～10份；
10.纳米氧化钛1～3份；
11.空心微珠30～35份；
12.纳米蓝晶石1～3份；
13.纳米氢氧化镁2～10份；
14.醇酯十二1～5份；
15.纳米硅酸锆10～15份；
16.涂料乳液用阻燃剂1～3份；
17.水15～25份。
18.进一步地，包括以下组分：
19.广西白泥8份；
20.纳米氧化铝3份；
21.纳米氧化锆8份；
22.纳米氧化钛2份；
23.空心微珠32份；
24.纳米蓝晶石2份；
25.纳米氢氧化镁7份；
26.醇酯十二2.5份；
27.纳米硅酸锆12份；
28.涂料乳液用阻燃剂2份；
29.水20份。
30.进一步地，所述纳米氧化铝的粒径：20～30nm，纳米氧化锆的粒径：20～50nm；纳米氧化钛的粒径：30～80nm。
31.进一步地，所述纳米氢氧化镁的粒径:8～10nm。
32.进一步地，所述纳米蓝晶石的粒径：100～200nm，和/或纳米硅酸锆的粒径:40～80nm。
33.进一步地，所述涂料乳液用阻燃剂为磷酸三丁酯、三氧化二锑和氢氧化铝复配而成。
34.本发明还提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
35.s1、将涂料乳液用阻燃剂和40～60％水加入容器进行充分搅拌作为分散溶液的母料；
36.s2、向s1中的母料中依次加入纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛，升温至70～80℃后搅拌分散1～3h，冷却至室温得到纳米混合料；
37.s3、向s2中的纳米混合料中依次加入空心微珠、纳米蓝晶石、纳米氢氧化镁、广西白泥和纳米硅酸锆，加毕后升温至70～80℃保温搅拌30～60min；
38.s4、向s3所得料液中加入醇酯十二和余量水，继续搅拌5～20min后静置冷却至常温即得。
39.本发明还提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料在钢结构防火中的应用，其应用方法是将所述防火涂料施工至钢结构表面并形成涂层，所述涂层的厚度小于3mm。
40.进一步地，所述涂层的厚度为1～2mm。
41.进一步地，所述施工方法为喷涂、刷涂和滚涂中的一种。
42.本发明取得的有益效果：本发明提供的一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料属于超薄型钢结构防火涂料，其组分不采用有机溶剂环保无污染，具有施工工艺简单、成本低、无污染、易维护、表面光泽度好、耐火周期长的优点。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.本发明提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，按重量份计，包括以下组分：
45.广西白泥6～10份；
46.纳米氧化铝1～5份；
47.纳米氧化锆6～10份；
48.纳米氧化钛1～3份；
49.空心微珠30～35份；
50.纳米蓝晶石1～3份；
51.纳米氢氧化镁2～10份；
52.醇酯十二1～5份；
53.纳米硅酸锆10～15份；
54.涂料乳液用阻燃剂1～3份；
55.水15～25份。
56.根据一种具体实施方案，上述水性纳米超薄型钢结构防火涂料，包括以下组分：
57.广西白泥8份；
58.纳米氧化铝3份；
59.纳米氧化锆8份；
60.纳米氧化钛2份；
61.空心微珠32份；
62.纳米蓝晶石2份；
63.纳米氢氧化镁7份；
64.醇酯十二2.5份；
65.纳米硅酸锆12份；
66.涂料乳液用阻燃剂2份；
67.水20份。
68.在本发明提供的超薄型纳米钢结构防火涂料中，纳米复合材料呈现良好的微纳结构，纳米颗粒完好包裹微米颗粒，微米颗粒间隙被纳米颗粒填充，形成致密涂层。纳米颗粒渗透填充修复基材表面，形成大量稳定的耐高温漆膜。在高温明火的作用下，呈现出膨胀型结构，以达到阻隔热传递阻燃的效果。
69.在以上水性纳米超薄型钢结构防火涂料中，各组分的具体作用如下：
70.广西白泥具有非常好的可塑性和流动性，能够提升各组分和钢结构基材的结合力，其流动性很好，能够便于在钢结构表面得到光滑平整的极薄的涂层。
71.纳米氧化铝具有良好的流动性，用于钢结构防火涂料中能够增强涂料的流动性和耐磨性能。
72.纳米氧化锆能够提高涂料的断裂韧性、抗弯强度，有防腐、抗菌作用，提高耐磨、耐火效果；
73.纳米氧化钛具有很高的化学稳定性、热稳定性和超亲水性，其表面不易形成水珠，提升钢结构防火涂料的耐水性能。
74.空心微珠在高温下不分解，不易变形，作为钢结构防火涂料的填充材料可有效提高涂料阻燃特性；
75.纳米蓝晶石耐高温，升温速率低，可有效降低火源对材料温度升温的影响。
76.纳米氢氧化镁可作为阻燃剂，抑烟，可以对功能性粉体进行原位包覆改性使纳米材料更均匀分散，所得钢结构防火材料涂膜更加致密；
77.纳米硅酸锆作为功能性粉体的载体和包覆剂；
78.醇酯十二作为成膜助剂；
79.涂料乳液用阻燃剂：阻燃，抑烟；
80.水：涂料溶剂。
81.当发生火灾时，本发明钢结构防火涂层自身可起到阻燃、抑烟的作用，耐高温材料涂层，明火无法对防火涂层造成物理破坏，低热传导可有效隔绝外部火灾形成的高温对钢构的影响，可有效控制钢构在火灾中温度不会过高而导致变形，从而实现高效的防火效果。
82.纳米氧化铝、纳米氧化锆和纳米氧化钛作为纳米功能性粉体具有比表面积大的优点，用于钢结构防火涂料有利于提高涂料的致密性，耐水性更强。根据一些优选的实施方式，所述纳米氧化铝的粒径：20～30nm，纳米氧化锆的粒径：20～50nm；纳米氧化钛的粒径：30～80nm。
83.氢氧化镁具有阻燃抑烟的作用，选用纳米级氢氧化镁能够对功能性粉体进行原位包覆改性，使纳米功能性粉体在分散更加均匀，涂膜的致密性更强；根据一些优选的实施方式，所述纳米氢氧化镁的粒径:8～10nm。蓝晶石能够耐受高温，其升温速率低，用于本发明的钢结构防火涂料具有降低涂料升温速度的效果，能够延缓钢结构的升温速度，从而起到增强阻燃的作用，根据一些优选的实施方式，本发明采用的纳米蓝晶石的粒径为100～200nm。纳米硅酸锆可作为纳米功能性粉体的载体和包覆剂，能够提高材料的抗酸抗碱性效果：40～80nm。
84.根据一些优选的实施方式，所述涂料乳液用阻燃剂为磷酸三丁酯、三氧化二锑和氢氧化铝复配而成。
85.本发明提供的水性纳米超薄型钢结构防火涂料在1000℃明火环境下的耐火时间为1～2小时，且阻燃过程中不产生浓烟、不产生刺激性气味，对周围环境无污染。
86.水性纳米超薄型钢结构防火涂料是一款新型的超薄型防火涂料，涂层膜厚大约在1～2mm之间，对应的耐火时长在1～2h之间，颠覆了传统钢结构防火涂料需要使用有机溶剂配制的问题，以及厚涂层施工过程难度大，成本高，后期维护困难、附着力不强容易整片掉落等各种难题。
87.本发明还提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
88.s1、将涂料乳液用阻燃剂和40～60％水加入容器进行充分搅拌作为分散溶液的母料；
89.s2、向s1中的母料中依次加入纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛，升温至70～80℃后搅拌分散1～3h，冷却至室温得到纳米混合料；
90.s3、向s2中的纳米混合料中依次加入空心微珠、纳米蓝晶石、纳米氢氧化镁、广西白泥和纳米硅酸锆，加毕后升温至70～80℃保温搅拌30～60min；
91.s4、向s3所得料液中加入醇酯十二和余量水，继续搅拌5～20min后静置冷却至常温即得。
92.本发明采用上述制备方法进行水性纳米超薄型钢结构防火涂料的制备，采用纳米材料分散工艺技术，分散更均匀稳定，把功能性纳米材料均匀分布阻燃母液中，增强涂料漆膜的致密性。采用粒径更加细小的纳米氢氧化镁对纳米材料进行原位包覆改性，能够增强纳米材料的分散稳定性，选用耐水解稳定性好的硅酸锆作为纳米材料的载体，能够提高涂
料的抗酸抗碱性能，本发明所提供的钢结构防火涂料微观颗粒间结合界面处理高效稳定，确保纳米复合材料涂层与基材结合强度更好性能更优异稳定、附着力更强。
93.本发明还提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料在钢结构防火中的应用，其应用方法是将所述防火涂料施工至钢结构表面并形成涂层，所述涂层的厚度小于3mm。优选地，所述涂层的厚度为1～2mm之间。本发明提供的纳米钢结构防火涂料可采用的施工为喷涂、刷涂和滚涂中的一种。
94.本发明提供的水性纳米超薄型钢结构防火涂料作为一种新型防火材料可采用：喷涂、刷涂、滚涂工艺中任何一种进行施工，工艺简单易学，对施工人员的技术要求低。水性纳米超薄型钢结构防火涂料本身的voc含量极低，施工时，用水稀释，不对环境或人员产生污染。
95.根据本发明的具体实施方案，上述水性纳米超薄型钢结构防火涂料可采用以下方法在钢结构材料表面进行施工：
96.(1)熟化：
97.请将防火涂料加10％的水稀释，混合搅拌5分钟，搅拌速度为200转/分钟。
98.(2)滚涂:
99.工件的表面保持洁净，熟化好的涂料即可滚涂。
100.滚涂方法:用中毛滚简按照自上而下的方式均匀涂布，(如需复涂或增加涂层膜厚，可以在6小时后再次滚涂)。
101.(3)喷涂:
102.工件的表面保持洁净，熟化好的涂料用100目滤布过滤后即可喷涂。
103.喷涂方法:采用十字喷涂法均匀喷涂工件表面后常温放置2～3分钟(如需增加涂层的膜厚，可以在此时再次喷涂)，如需要复涂，则每一道复涂都必须间隔6小时以上才可以喷涂。
104.(4)刷涂:
105.工件的表面保持洁净，熟化好的涂料用100目滤布过滤后即可刷涂。
106.刷涂方法:采用十字刷涂法均匀地工件表面进行十字涂刷(如需增加涂层的膜厚，可以在此时再次刷涂)，如需要复涂，则每一道复涂都必须间隔6小时以上才可以刷涂。
107.本发明实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例涉及的原料若无特别说明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。
108.下面结合实施例对本发明作进一步详细描述：
109.实施例1
110.本实施例提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，按重量份计，包括以下组分：
111.广西白泥8份；
112.纳米氧化铝3份；
113.纳米氧化锆8份；
114.纳米氧化钛2份；
115.空心微珠32份；
116.纳米蓝晶石2份；
117.纳米氢氧化镁7份；
118.醇酯十二2.5份；
119.纳米硅酸锆12份；
120.涂料乳液用阻燃剂2份；
121.水20份。
122.该涂料配方的制备方法为：
123.s1、将涂料乳液用阻燃剂和一半的水加入容器进行充分搅拌作为分散溶液的母料；
124.s2、向s1中的母料中依次加入纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛，升温至75℃后搅拌搅拌分散2h，冷却至室温得到纳米混合料；
125.s3、向s2中的纳米混合料中依次加入空心微珠、纳米蓝晶石、纳米氢氧化镁、广西白泥和纳米硅酸锆，加毕后升温至75℃保温搅拌60min；
126.s4、向s3所得料液中加入醇酯十二和余量水，继续搅拌10min后静置冷却至常温即得。
127.实施例2
128.本实施例提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，按重量份计，包括以下组分：
129.广西白泥6份；
130.纳米氧化铝5份；
131.纳米氧化锆6份；
132.纳米氧化钛3份；
133.空心微珠31份；
134.纳米蓝晶石3份；
135.纳米氢氧化镁7.5份；
136.醇酯十二2.5份；
137.纳米硅酸锆10份；
138.涂料乳液用阻燃剂2份；
139.水20份。
140.其制备方法同实施例1。
141.实施例3
142.本实施例提供一种水性纳米超薄型钢结构防火涂料，按重量份计，包括以下组分：
143.广西白泥10份；
144.纳米氧化铝51；
145.纳米氧化锆10份；
146.纳米氧化钛1份；
147.空心微珠35份；
148.纳米蓝晶石1份；
149.纳米氢氧化镁9.5份；
150.醇酯十二2.5份；
151.纳米硅酸锆15份；
152.涂料乳液用阻燃剂3份；
153.水15份。
154.该涂料配方的制备方法同实施例1。
155.对比例1
156.该对比例提供的防火涂料的组分同实施例1，其制备方法采用的是：
157.s1、将涂料乳液用阻燃剂和一半的水加入容器进行充分搅拌作为分散溶液的母料；
158.s2、向s1中的母料一次性加入纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、空心微珠、纳米蓝晶石、纳米氢氧化镁、广西白泥和纳米硅酸锆，加毕后升温至75℃保温搅拌120min；
159.s3、向s2所得料液中加入醇酯十二和余量水，继续搅拌10min后静置冷却至常温即得。
160.试验例1
161.对实施例1～3和对比例1中的钢结构防火涂料进行耐火测试，施工方法为将防火涂料加10％的水稀释，混合搅拌5分钟，搅拌速度为200转/分钟得到防火涂料，待施工的工件为钢板，将钢板的表面保持洁净，熟化好的涂料用100目滤布过滤后即可喷涂。喷涂方法:采用十字喷涂法均匀喷涂工件表面后常温放置2～3分钟(如需增加涂层的膜厚，可以在此时再次喷涂)，如需要复涂，则每一道复涂都必须间隔6小时以上才可以喷涂。
162.钢板厚度、涂层膜厚、耐火试验方法和结果见表1：
163.表1：钢结构防火涂料的耐火性能测试
[0164][0165]
试验例2
[0166]
按照试验例1的方法制作试件，涂层膜厚为1mm，对实施例1～3和对比例1中的钢结构防火涂料进行附着力、耐酸碱性能和耐水测试，测试结果见表2：
[0167]
表2：附着力、耐酸碱性和耐水试验结果
[0168][0169]
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。