一种用于钢结构的水性防火涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种用于钢结构的水性防火涂料及其制备方法。


背景技术：

2.钢材具有刚强度、抗震、抗弯等优异的机械性能；因此在建筑行业越来越受到青睐。比如厂房、库房、摩天大楼、候车室、候机厅等都普遍采用钢材。虽然钢材具有很好的机械性能，但是当遇到火灾时，钢材的机械性能会会因温度的升高而急剧下降。
3.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，进而不能继续使用。一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。为了提高钢结构的耐火极限，在钢结构表明喷涂防火涂料是常见的方式之一。
4.中国发明专利cn 106590286 a公开了一种超薄型水性钢结构防火涂料及其制备方法和涂装工艺；所述的超薄型水性钢结构防火涂料的制备原料为：纯丙乳液20～30％，聚磷酸铵20～30％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～20％，氢氧化铝0.5～2％，水10～30％，助剂0.5～2％。其耐候性好，绿色环保，耐火极限达到了溶剂型防火涂料的耐火水平；但是，其耐火性能还有待提高。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中存在的至少之一的技术问题，本发明首先提供了一种用于钢结构的水性防火涂料，所述的用于钢结构的水性防火涂料，其具有优异的防火性能。
6.本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：
7.本发明提供了一种用于钢结构的水性防火涂料，其包含如下重量份的组分：
8.苯丙乳液30～50份；三聚氰胺10～15份；聚磷酸铵15～20份；季戊四醇8～12份；阻燃剂10～20份；水10～40份；新型分散剂1～3份；消泡剂0.5～1份；
9.所述的阻燃剂由硅微粉和氢氧化镁组成。
10.为了进一步提高钢结构的水性防火涂料的耐火性能，本发明通过在水性防火涂料增加阻燃剂的用量，并且优选了由硅微粉和氢氧化镁组成的阻燃剂；使得本发明制备得到的用于钢结构的水性防火涂料的耐火极限达到150min以上；取得了优异的耐火效果。
11.优选地，阻燃剂中硅微粉和氢氧化镁的重量比为1:3～5。
12.最优选地，阻燃剂中硅微粉和氢氧化镁的重量比为1:4。
13.优选地，所述的新型分散剂通过如下方法制备得到：将二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸放入到反应釜中，然后加入有机溶剂，在100～150℃下反应6～10h；反应结束后浓缩去除有机溶剂，即得所述的新型分散剂。
14.发明人通过在水性防火涂料中添加硅微粉和氢氧化镁来增强耐火效果的过程中发现；硅微粉和氢氧化镁在水性防火涂料中随着放置时间的增加容易沉淀，不能均匀的分散在水性防火涂料中。
15.为了解决硅微粉和氢氧化镁容易在由苯丙乳液制成的钢结构的水性防火涂料中沉淀的问题，发明人尝试了多种分散剂，但是效果不理想；常规的分散剂并不能将硅微粉和氢氧化镁分散在苯丙乳液水性防火涂料中，放置1个月仍然会产生沉淀。针对该问题，发明人开发出了一种全新的分散剂，该分散剂专门是为了提高硅微粉和氢氧化镁分散在苯丙乳液水性防火涂料中的分散性而研发的。发明人经大量的实验研究发现，以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到的全新的分散剂，其可以有效的将硅微粉和氢氧化镁分散在苯丙乳液水性防火涂料中；使得制备得到的苯丙乳液水性防火涂料放置6个月以上不产生沉淀。
16.优选地，二亚乙基三胺、亚油酸、β-苯基氢化肉桂酸以及有机溶剂的用量比为100～110g:250～300g:200～250g:5～10l。
17.进一步优选地，二亚乙基三胺、亚油酸、β-苯基氢化肉桂酸以及有机溶剂的用量比为100～105g:250～280g:220～230g:5～6l。
18.最优选地，二亚乙基三胺、亚油酸、β-苯基氢化肉桂酸以及有机溶剂的用量比为103g:280g:230g:6l。
19.优选地，所述的有机溶剂为无水甲醇。
20.优选地，所述的新型分散剂通过如下方法制备得到：
21.将二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸放入到反应釜中，然后加入有机溶剂，在120℃下反应8h；反应结束后浓缩去除有机溶剂，即得所述的新型分散剂。
22.优选地，所述的用于钢结构的水性防火涂料，其包含如下重量份的组分：苯丙乳液30～40份；三聚氰胺12～15份；聚磷酸铵15～18份；季戊四醇8～10份；阻燃剂15～20份；水20～30份；新型分散剂1～2份；消泡剂0.5～0.8份。
23.最优选地，所述的用于钢结构的水性防火涂料，包含如下重量份的组分：苯丙乳液35份；三聚氰胺12份；聚磷酸铵18份；季戊四醇8份；阻燃剂15份；水20份；新型分散剂2份；消泡剂0.5份。
24.本发明还提供了一种上述用于钢结构的水性防火涂料的制备方法，其包含如下步骤：
25.将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及新型分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
26.有益效果：本发明提供了一种全新组成的用于钢结构的水性防火涂料；该水性防火涂料通过加入硅微粉和氢氧化镁，使得其具备优异的防火性能，其耐火性能达到了150min以上。此外，本发明所述的用于钢结构的水性防火涂料通过加入一种以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到的全新的分散剂，其可以有效的将硅微粉和氢氧化镁分散在本发明所述的水性防火涂料中；使得制备得到的用于钢结构的水性防火涂料放置6个月以上不产生沉淀。
具体实施方式
27.以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
28.以下实施例中的苯丙乳液采用的是固含量为45％的苯丙乳液。其余原料均未本领
域技术人员能够通过购买途径获得的常规原料。
29.实施例1用于钢结构的水性防火涂料的制备
30.原料重量份组成：苯丙乳液35份；三聚氰胺12份；聚磷酸铵18份；季戊四醇8份；阻燃剂15份；水20份；新型分散剂2份；有机硅消泡剂0.5份；
31.所述的阻燃剂由重量比为1:4的硅微粉和氢氧化镁组成；
32.所述的新型分散剂通过如下方法制备得到：将二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸放入到反应釜中，然后加入甲醇，在120℃下反应8h；反应结束后浓缩去除甲醇，即得所述的新型分散剂；其中，二亚乙基三胺、亚油酸、β-苯基氢化肉桂酸以及甲醇的用量比为103g:280g:230g:6l。
33.制备方法：将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及新型分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
34.实施例2用于钢结构的水性防火涂料的制备
35.原料重量份组成：苯丙乳液30份；三聚氰胺15份；聚磷酸铵15份；季戊四醇12份；阻燃剂10份；水10份；新型分散剂1份；有机硅消泡剂0.5份；
36.所述的阻燃剂由重量比为1:3的硅微粉和氢氧化镁组成；
37.所述的新型分散剂通过如下方法制备得到：将二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸放入到反应釜中，然后加入甲醇，在100℃下反应10h；反应结束后浓缩去除甲醇，即得所述的新型分散剂；其中，二亚乙基三胺、亚油酸、β-苯基氢化肉桂酸以及甲醇的用量比为110g:300g:250g:10l。
38.制备方法：将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及新型分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
39.实施例3用于钢结构的水性防火涂料的制备
40.原料重量份组成：苯丙乳液50份；三聚氰胺10份；聚磷酸铵20份；季戊四醇8份；阻燃剂20份；水40份；新型分散剂3份；有机硅消泡剂1份；
41.所述的阻燃剂由重量比为1:5的硅微粉和氢氧化镁组成；
42.所述的新型分散剂通过如下方法制备得到：将二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸放入到反应釜中，然后加入甲醇，在150℃下反应6h；反应结束后浓缩去除甲醇，即得所述的新型分散剂；其中，二亚乙基三胺、亚油酸、β-苯基氢化肉桂酸以及甲醇的用量比为100g:250g:200g:5l。
43.制备方法：将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及新型分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
44.对比例1用于钢结构的水性防火涂料的制备
45.原料重量份组成：苯丙乳液35份；三聚氰胺12份；聚磷酸铵18份；季戊四醇8份；阻燃剂15份；水20份；分散剂2份；有机硅消泡剂0.5份；
46.所述的阻燃剂由重量比为1:4的硅微粉和氢氧化镁组成；
47.所述的分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺。
48.制备方法：将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
49.对比例1与实施例1的区别在于，对比例1采用的是常规的分散剂乙撑双硬脂酸酰
胺；而对比例2则是采用以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到的全新的分散剂。
50.对比例2用于钢结构的水性防火涂料的制备
51.原料重量份组成：苯丙乳液35份；三聚氰胺12份；聚磷酸铵18份；季戊四醇8份；阻燃剂15份；水20份；分散剂2份；有机硅消泡剂0.5份；
52.所述的阻燃剂由重量比为1:4的硅微粉和氢氧化镁组成；
53.所述的分散剂为十二烷基磺酸钠。
54.制备方法：将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
55.对比例2与实施例1的区别在于，对比例2采用的是常规的分散剂十二烷基磺酸钠；而对比例2则是采用以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到的全新的分散剂。
56.对比例3用于钢结构的水性防火涂料的制备
57.原料重量份组成：苯丙乳液35份；三聚氰胺12份；聚磷酸铵18份；季戊四醇8份；阻燃剂15份；水20份；新型分散剂2份；有机硅消泡剂0.5份；
58.所述的阻燃剂由重量比为1:4的硅微粉和氢氧化镁组成；
59.所述的新型分散剂通过如下方法制备得到：将二亚乙基三胺以及β-苯基氢化肉桂酸放入到反应釜中，然后加入甲醇，在120℃下反应8h；反应结束后浓缩去除甲醇，即得所述的新型分散剂；其中，二亚乙基三胺、β-苯基氢化肉桂酸以及甲醇的用量比为103g:460g:6l。
60.制备方法：将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及新型分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
61.对比例3与实施例1的区别在于新型分散剂的制备原料不同；对比例3的全新的分散剂仅仅以二亚乙基三胺和β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到；而实施例1所述的全新的分散剂仅仅则是以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到。
62.对比例4用于钢结构的水性防火涂料的制备
63.原料重量份组成：苯丙乳液35份；三聚氰胺12份；聚磷酸铵18份；季戊四醇8份；阻燃剂15份；水20份；新型分散剂2份；有机硅消泡剂消泡剂0.5份；
64.所述的阻燃剂由重量比为1:4的硅微粉和氢氧化镁组成；
65.所述的新型分散剂通过如下方法制备得到：将二亚乙基三胺以及亚油酸放入到反应釜中，然后加入甲醇，在120℃下反应8h；反应结束后浓缩去除甲醇，即得所述的新型分散剂；其中，二亚乙基三胺、亚油酸以及甲醇的用量比为103g:560g:6l。
66.制备方法：将苯丙乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇、阻燃剂、水以及新型分散剂和消泡剂混合均匀即得所述的用于钢结构的水性防火涂料。
67.对比例4与实施例1的区别在于新型分散剂的制备原料不同；对比例4的全新的分散剂仅仅以二亚乙基三胺和亚油酸为原料反应制备得到；而实施例1所述的全新的分散剂仅仅则是以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到。
68.实验例1
69.将实施例1～3制备得到的用于钢结构的水性防火涂料喷涂在钢板上，使得涂层的厚度为60μm；表干12h后，参照gb14907-2018中所述的耐火极限的测试方法，测试实施例1～3制备得到的用于钢结构的水性防火涂料的耐火极限，测试结果见表1。
70.表1.耐火极限测试结果
71.涂料类型耐火极限实施例1制备得到的用于钢结构的水性防火涂料182min实施例2制备得到的用于钢结构的水性防火涂料165min实施例3制备得到的用于钢结构的水性防火涂料154min
72.由表1实验可知，本发明制备得到的用于钢结构的水性防火涂料其耐火极限在150min以上，这说明由本发明制备得到的用于钢结构的水性防火涂料具有优异的防火性能。
73.实验例2
74.将实施例1～3以及对比例1～4制备得到的用于钢结构的水性防火涂料，装入25kg的桶子中，放置1个月、3个月、6个月时观察是否有沉淀产生；结果见表2。
75.表2.涂料分散性实验结果
[0076][0077][0078]
由表2实验结果可以看出，实施例1～3制备得到的用于钢结构的水性防火涂料放置6个月后均不产生沉淀；这说明：以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到的全新的分散剂，其可以有效的将硅微粉和氢氧化镁分散在本发明所述的用于钢结构的水性防火涂料中；使得制备得到的用于钢结构的水性防火涂料放置6个月以上不产生沉淀。
[0079]
由表2实验结果可以看出，对比例1和2制备得到的用于钢结构的水性防火涂料放置1个月后均产生沉淀；这说明：常规的分散剂并不能将硅微粉和氢氧化镁分散在本发明所
述的用于钢结构的水性防火涂料中，放置1个月便会产生沉淀。
[0080]
由表2实验结果可以看出，对比例3和4制备得到的用于钢结构的水性防火涂料放置3个月时均产生沉淀；这说明：分散剂的制备原料的选择十分关键，其对制备得到的分散剂能否有效的将硅微粉和氢氧化镁分散在本发明所述的用于钢结构的水性防火涂料中起着决定性作用。研究表明，只有以二亚乙基三胺、亚油酸以及β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到的全新的分散剂，才可以有效的将硅微粉和氢氧化镁分散在本发明所述的用于钢结构的水性防火涂料中；才能使得制备得大到的水性涂料放置6个月以上不产生沉淀。而仅仅以二亚乙基三胺和β-苯基氢化肉桂酸为原料反应制备得到的全新的分散剂，或以二亚乙基三胺和亚油酸为原料反应制备得到的全新的分散剂，其并不能有效的将硅微粉和氢氧化镁分散在本发明所述的用于钢结构的水性防火涂料中；并不能使得制备得到的水性涂料放置6个月以上不产生沉淀。