一種改進型防火塗料的製作方法
2024-03-23 08:05:05 1
本發明涉及一種塗料，特別涉及一種改進型防火塗料。
背景技術：
鋼材不具備可燃性，但是鋼材的導熱係數大，常溫導熱係數達58.2w/m·k。遇火或遇熱溫度達到500℃左右時，鋼材的彈性模量、屈服強度和極限強度將顯著降低，應變急劇增大，致使其迅速扭曲變形，導致鋼結構部分或全部塌陷破壞。實驗表明，鋼材具有耐熱而不耐高溫的特性，並隨著溫度的升高，鋼材的強度會逐漸降低。如在火災的作用下，鋼結構構件溫度達到350℃、500℃、600℃時，強度分別下降1/3、1/2和2/3。當溫度一旦達到500℃以上，鋼結構構件就會發生軟化而導致建築瞬時崩潰倒塌。而塗覆在鋼結構表面的膨脹型防火塗料能夠延長火災中鋼結構建築的支撐時間，為人們贏得撤離火災現場的時間。
鋼結構防火塗料發展到現在，可用不同的方法來對其分類：從所用的分散體系進行分類，可分為水溶型和溶劑型；從防火形式進行分類，可分為膨脹型和非膨脹型；在應用範圍上，進行分類分室外型和室內型；從厚度來分類，分為厚塗型、薄塗型和超薄型。目前常用的品種中厚塗型和薄塗型塗料大多是水溶型的，超薄型有水溶型和溶劑型兩類。薄塗型和超薄型基本上都是膨脹型，厚塗型是非膨脹型的。
近年來，隨著人們環保意識的不斷增強，水性防火塗料受到了越來越多的關注。水性防火塗料以水做溶劑，因此價格較油性防火塗料低並且降低了對大氣的汙染；水性塗料僅採用少量或者不採用有機溶劑，改善了作業環境，同時，在降低汙染、節省資源方面的效果也比較顯著；水性塗料塗層附著力強，對材質表面的適應性也比較好；水性塗料施工塗裝工具可用水清洗，從而減少清洗溶劑的消耗；水性防火塗料的展平性好，在內腔、焊縫、稜角、稜邊等部位都能進行施工，具有很好的防護性。
水性防火塗料阻燃原理如下：(1)本身具有難燃性或不燃性。塗層遇火受熱後，可以通過熔融、膨脹等物理變化以及聚合物等組分的分解和炭化等化學作用吸收大量熱量，抵消一部分作用於物體的熱，從而延緩基材的受熱升溫過程；(2)遇火受熱分解出不可燃的惰性氣體，衝淡被保護基材受熱分解出的易燃氣體和空氣中的氧氣，抑制燃燒；(3)遇熱釋放活性自由基。該活性自由基與有機自由基結合後能減緩或終止燃燒連鎖反應；(4)遇熱膨脹，形成隔熱隔氧的膨脹炭層，封閉基材，從而阻止基材著火燃燒。
傳統的膨脹型防火塗料的耐火性能一般通過加入含滷材料實現或加強。塗料中的滷素化合物，在高溫下能分解出滷化氫，滷化氫可以捕捉有機物在受熱氧化燃燒時分解出的羥基自由基，使連鎖反應終止，從而阻止了有焰燃燒的發生。同時不可燃氣體滷化氫可以降低可燃氣體的濃度和空氣中氧氣的濃度，也抑制了有焰燃燒的反應。
防火塗料中使用含滷阻燃材料，最大的優點就是用量少、阻燃效率高且適應性廣。但其也存在嚴重的缺點，就是一旦發生火災，由於熱分解和燃燒會產生大量的煙霧和有毒的腐蝕性氣體，從而妨礙救火和人員疏散，同時腐蝕儀器和設備。特別是人們發現火災中的死亡事故有80％以上是材料產生的濃煙和有毒氣體造成的。因此，無滷阻燃防火材料得到了越來越多的重視，希望通過零滷供選方案來替換這些含滷材料。
專利cn102675992b介紹了一種以苯丙乳液，聚磷酸銨，季戊四醇，三聚氰胺，鈦白粉，氫氧化鋁，硼酸鋅，氯化石蠟，防腐殺菌劑，分散劑，成膜助劑，纖維素醚，羥基矽油和水製備的膨脹型水性飾面防火塗料。在水中浸泡72小時，不開裂、不起泡、不脫落，耐火時間為40min。但是該防火塗料耐火時間較短，原因是火災中產生的膨脹炭缺乏強度和耐久性。這些因素限制了對基材的保護程度。
鑑於上述問題的存在有必要開發出一種具有良好的膨脹炭強度和耐久性的防火塗料，以延長防火塗層的耐火時間。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種改進型防火塗料，以解決現有技術中防火塗料在使用過程中膨脹炭的強度小，耐久性差的問題。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種改進型防火塗料，其創新點在於：按重量分數配比由以下組分製成：
成膜劑：8-25份；
無機空心填料：0.5-5份；
酸供體：5-36份；
碳供體：2-28份；
發泡劑：1-21份；
增效劑：1-8份；
溶劑：1-10份；
環氧樹脂：1-27份；
纖維素醚：15-25份；
膨脹蛭石：1-6份；
氫氧化鎂：2-5份；
矽酸鈉：1-6份；
二甲基矽油：5-10份；
異丁酮：20-40份；
氯化石蠟：1-6份。
進一步的，所述無機空心填料選自空心玻璃珠、空心玻璃纖維和氧化鋁空心球組成的組中的一種或多種。
進一步的，所述增效劑選自金屬氧化物和/或礦物纖維，金屬氧化物與礦物纖維的重量比為0.2～1。
進一步的，所述成膜劑選自醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯聚合乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯乳液、有機矽改性丙烯酸酯乳液、聚苯乙烯改性乳液、純丙乳液、聚丙烯酸酯乳液、水溶性氨基樹脂和水溶性酚醛樹脂組成的組中的一種或多種。
進一步的，所述酸供體選自聚磷酸銨、碳酸氫銨、磷酸氫二銨、磷酸二氫銨和甲酸組成的組中的一種或多種。
進一步的，所述碳供體選自季戊四醇、二季戊四醇、山梨醇、丁四醇、澱粉、環己六醇和麥芽糖組成的組中的一種或多種。
進一步的，所述發泡劑選自三聚氰胺、雙氰胺、聚醯胺、密胺、聚脲、胍、甘氨酸和尿素組成的組中的一種或多種。
本發明的優點在於：應用本發明的技術方案，在成膜劑、酸供體、碳供體、發泡劑和溶劑的基礎上添加無機空心填料、金屬氧化物和/或礦物纖維。無機空心填料具有較小的傳導係數，能夠有效降低防火塗料的導熱性，從而有利於提高防火塗料的耐火性和阻燃效率。更為特別的是，由於金屬氧化物和/或礦物纖維均可以強化炭層結構，同時成膜劑能促進高分子化合物塑性流動和彈性變形，改善聚結性能和乳液的成膜機理，促進防火塗料形成連續性薄膜，因此成膜劑與金屬氧化物和/或無機空心填料的共同使用能夠有效提高防火塗料塗層的韌性和機械強度，從而有利於提高上述防火體系形成的三維空間結構膨脹炭層的強度和燒穿阻力，進而有利於延長防火塗料的耐火時間。此外，將上述組分的用量控制在上述範圍內，有利於發揮各組分的協同效果。綜合上述各方面原因，本發明提供的防火塗料具有優異的耐火性能。
本發明中各物質配伍合理，應用範圍廣，防火性能較好，本發明產品對大部分材料如木材、金屬、玻璃、塑料、橡膠、皮革、陶瓷、纖維等都有良好的粘接力，固化後的產品具有優良的耐化學腐蝕性、耐熱性、耐酸鹼性及良好的電絕緣性；本發明產品具有極佳的封閉性，阻燃成分不會遷移到塗層面，因此其防火性能受時間和環境的影響較小。
具體實施方式
下面的實施例可以使本專業的技術人員更全面地理解本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。
實施例1
本發明的改進型防火塗料按重量分數配比由以下組分製成：
苯乙烯-丙烯酸酯乳液：25份；
空心玻璃珠：5份；
聚磷酸銨：36份；
季戊四醇：28份；
三聚氰胺：21份；
礦物纖維：8份；
溶劑：10份；
環氧樹脂：27份；
纖維素醚：25份；
膨脹蛭石：6份；
氫氧化鎂：5份；
矽酸鈉：6份；
二甲基矽油：10份；
異丁酮：40份；
氯化石蠟：6份。
實施例2
本發明的改進型防火塗料按重量分數配比由以下組分製成：
苯乙烯-丙烯酸酯乳液：8份；
空心玻璃珠：0.5份；
聚磷酸銨：5份；
季戊四醇：2份；
三聚氰胺：1份；
礦物纖維：1份；
溶劑：1份；
環氧樹脂：1份；
纖維素醚：15份；
膨脹蛭石：1份；
氫氧化鎂：2份；
矽酸鈉：1份；
二甲基矽油：5份；
異丁酮：20份；
氯化石蠟：1份。
實施例3
本發明的改進型防火塗料按重量分數配比由以下組分製成：
苯乙烯-丙烯酸酯乳液：15份；
空心玻璃珠：3份；
聚磷酸銨：21份；
季戊四醇：16份；
三聚氰胺：12份；
礦物纖維：5份；
溶劑：5份；
環氧樹脂：14份；
纖維素醚：21份；
膨脹蛭石：3份；
氫氧化鎂：4份；
矽酸鈉：3份；
二甲基矽油：8份；
異丁酮：30份；
氯化石蠟：3份。
應用本發明的技術方案，在成膜劑、酸供體、碳供體、發泡劑和溶劑的基礎上添加無機空心填料、金屬氧化物和/或礦物纖維。無機空心填料具有較小的傳導係數，能夠有效降低防火塗料的導熱性，從而有利於提高防火塗料的耐火性和阻燃效率。更為特別的是，由於金屬氧化物和/或礦物纖維均可以強化炭層結構，同時成膜劑能促進高分子化合物塑性流動和彈性變形，改善聚結性能和乳液的成膜機理，促進防火塗料形成連續性薄膜，因此成膜劑與金屬氧化物和/或無機空心填料的共同使用能夠有效提高防火塗料塗層的韌性和機械強度，從而有利於提高上述防火體系形成的三維空間結構膨脹炭層的強度和燒穿阻力，進而有利於延長防火塗料的耐火時間。此外，將上述組分的用量控制在上述範圍內，有利於發揮各組分的協同效果。綜合上述各方面原因，本發明提供的防火塗料具有優異的耐火性能。
本發明中各物質配伍合理，應用範圍廣，防火性能較好，本發明產品對大部分材料如木材、金屬、玻璃、塑料、橡膠、皮革、陶瓷、纖維等都有良好的粘接力，固化後的產品具有優良的耐化學腐蝕性、耐熱性、耐酸鹼性及良好的電絕緣性；本發明產品具有極佳的封閉性，阻燃成分不會遷移到塗層面，因此其防火性能受時間和環境的影響較小。
本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。