超薄膨胀型钢结构防火涂料及其制造工艺 (1)技术领域
本发明涉及一种防火涂料及其生产工艺。
(2)背景技术
火灾是常发性灾害中发生频率较高的一种灾害，在世界各国的火灾事故中，建筑物火灾居于首位，随着经济和城市建设的发展，单起火灾所造成的损失越来越大。基于近年来钢架结构在大跨度建筑中的广泛使用，钢结构建筑的防火安全引起了人们极大的关注，涂刷超薄(涂层厚度≤3.0mm)膨胀型防火涂料是大跨度钢结构建筑防火保护的主要方法。防火保护的作用：遇高温时，防火涂层迅速在钢构件表面形成轻质绝热泡沫炭层的同时带走热量，减缓温度向钢构件基体传导，延长构件的温升时间，使之满足国家建筑设计防火规范1～3小时耐火极限强制标准要求，以利于人员疏散、消防灭火。
钢结构防火涂料主要由基料树脂、成炭催化剂、成炭剂、发泡剂等材料构成。近年来，我国开发的防火涂料不断涌现。例如，瞿金清等(瞿金清等，材料保护，2002，35(6)：27～29)采用氨基树脂与丙烯酸树脂混合物为基料的防火涂料，当涂料的干膜厚度为1mm时，其耐火极限为60min；陈国栋等(陈国栋等，新型建筑材料，2001，(11)：19～21)对涂料配方进行改进，当涂料干膜厚度为1mm时，其耐火极限达60min以上；吕九琢等(吕九琢等，现代涂料与涂装，2001，(4)：10～12；2001，(5)：5～7；北京石油化工学院学报，2002，10(2)：4～9)研制的涂料，涂层厚度2.09mm，耐火时间66min；王华进等(王华进等，涂料工业，2001，31(2)：16～18)报道研制成超薄型钢结构防火涂料，当涂料厚度≤3mm时，其耐火极限为95min；公安部四川消防科研所研制的SCB超薄膨胀型防火涂料，涂层厚度2.67mm，耐火极限达147min；广州白云山雷威化工厂开发出的GWB室外钢结构防火涂料；扬州金陵特种涂料厂推出的BSC-A钢结构防火涂料等(刘国钦，邹敏，攀枝花学院学报，2002，19(6)：5～7)。
上述专利、文献报道的钢结构防火涂料均是以甲苯、溶剂汽油等有机溶剂为分散介质：丙烯酸树脂、氯化橡胶、氨基树脂、醇酸树脂等为粘接料：以淀粉、糊精、甘露醇、山梨醇、季戊四醇等含炭量高的多羟基化合物为成炭剂：以脲、三聚氰胺、亚胺脲、双氰胺、碳酸铵、氯化石蜡、六次甲基四胺等为发泡剂：以磷酸二氢胺、磷酸氢二铵、磷酸聚氰胺、多聚磷酸铵等为催化剂：添加钛白粉、立德粉、滑石粉、硅酸钙、硅石、高岭土等无机颜填料构成。由于无机填料表面亲水性，使得防火涂料的分散性及稳定性差，存放过程发生分层、沉降，并因此散失了组分间的协同作用，导致防火涂料的膨胀倍率低、膨胀炭层致密性差，使防火隔热性能降低。
(3)发明内容
本发明的目的在于提供一种具有优良分散性、稳定性，超薄防火涂层在高温燃烧后能够获得高膨胀倍率、具备一定强度绝热膨胀炭层的钢结构防火涂料及其制造工艺。
本发明所说的超薄膨胀型钢结构防火涂料地组成与配比为(相对重量份数)：表面处理剂0.13～0.34，溶剂汽油18.7～23，基料树脂22.1～25.6，增塑剂1.6～2.0，脱水成炭催化剂25.1～27.6，成炭剂10.3～14.5，发泡剂8.6～10.8，颜填料12.5～16.8，流平剂0.7～1.2。所说的表面处理剂为氨基羧酸酯基硅烷偶联剂，其结构式通式为：(R1O)3Si(CH2)5NH(CH2)5COOR2，其中R1＝-CH3、-CH2CH3、-C6H5；R2＝-CH3、-CH2CH3；所说的基料树脂为改性丙烯酸树脂∶改性氨基树脂∶氯化橡胶＝2∶1∶0.1的混合树脂；所说的增塑剂为磷酸三丁酯：所说的脱水成炭催化剂为聚磷酸铵、磷酸聚氰胺，聚磷酸铵∶磷酸聚氰胺＝2∶1；所说的成炭剂为山梨醇和季戊四醇，山梨醇∶季戊四醇＝1∶4；所说的发泡剂为脲和三聚氰胺，脲∶三聚氰胺＝1∶2；颜填料为钛白粉∶轻钙∶滑石粉∶高岭土＝1.5∶1∶1∶1的混合物；所说的流平剂为甲基苯基硅氧烷。
本发明所说的超薄膨胀型钢结构防火涂料的生产工艺如下：按配比将钛白粉、轻钙、滑石粉、高岭土加入高速分散机中，逐渐加热至105～115℃，维持该温度10～25分钟，停止加热，加入氨基羧酸酯基硅烷，高速分散20～45分钟，当温度低于45℃时，分批加入改性丙烯酸树脂、改性氨基树脂、溶剂汽油、氯化橡胶、磷酸三丁酯、聚磷酸铵、磷酸聚氰胺、山梨醇、季戊四醇、脲、三聚氰胺和甲基苯基硅氧烷，混合120～150分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。
本发明在超薄膨胀型钢结构防火涂料的制备过程中，采用具有阻燃功能和表面活性功能的氨基羧酸酯基硅烷偶联剂，对配方中无机颜填料进行表面疏水化改性，提高无机颜填料与丙烯酸树脂、氨基树脂等基料树脂的结合力，其具有以下优点：1)解决了功能性无机颜填料在涂料中的均匀分散问题；2)防止了储存过程中颜填料的沉降问题；3)涂料使用过程中具有优良的涂刷性。特别重要的是，本发明由于采用了具有阻燃功能和表面活性功能的偶联剂对无机颜填料进行预处理，提高了涂料各组分的分散性、协同作用和防火性能。所得防火涂料各项质量技术指标见表1。
表1.超薄膨胀型钢结构防火涂料的主要技术性能指标 检验项目 国家标准 检验结果 检验方法 技术指标 防火性能 GB14907-94，5.16 涂层厚度≤3.00mm； 耐火极限≥30min 1.01mm 82min 在容器中的状态 GB14907-94，5.4 经搅拌后呈均匀液态或稠厚流体，无结块 符合要求 表干时间(h) GB9153-88，6.5 B型≤12 2 初期干燥抗裂性 GB9779-88，5.5 一般不应出现裂纹，如有1～3条裂纹， 其宽度不大于0.5mm。 符合要求 外观与颜色 GB14907-94，5.7 外观与颜色同样品相比应无明显差别。 符合要求 粘结强度Mpa) GB9153-88，6.12 B型≥0.15 1.64 抗振性 GB14907-94，5.12 挠曲L/200，涂层不起层、脱落 符合要求 抗弯性 GB14907-94，5.13 挠曲L/100，涂层不起层、脱落 符合要求 耐水性(h) GB14907-94，5.14 ≥24 24 耐冻融循环性 (次) GB14907-94，5.15 ≥15 15
(4)具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：将21.0g钛白粉、14.0g轻钙、14.0g滑石粉、14.0g高岭土加入高速分散机中，逐渐加热至105℃，维持该温度25分钟，停止加热，加入0.65g氨基羧酸酯基硅烷，高速分散30分钟，当温度低于45℃时，分别加入71.6g改性丙烯酸树脂、35.8g改性氨基树脂、94.0g溶剂汽油、3.6g氯化橡胶、8.0g磷酸三丁酯、83.7g聚磷酸铵、41.8磷酸聚氰胺、10.3g山梨醇、41.2g季戊四醇、14.3g脲、28.7g三聚氰胺和3.5g流平剂，高速混合120分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。所得防火涂料的技术性能：涂层厚度0.5mm，耐火极限58min；其余技术指标均符合表1中的国家标准。
实施例2：将26.7g钛白粉、17.8g轻钙、17.8滑石粉、17.8g高岭土加入高速分散机中，逐渐加热至108℃，维持该温度20分钟，停止加热，加入1.3g氨基羧酸酯基硅烷，高速分散45分钟，当温度低于45℃时，分别加入71.6g改性丙烯酸树脂、35.8g改性氨基树脂、100.0g溶剂汽油、3.6g氯化橡胶、9.0g磷酸三丁酯、83.7g聚磷酸铵、41.8磷酸聚氰胺、10.8g山梨醇、43.2g季戊四醇、14.3g脲、28.7g三聚氰胺和6.0g流平剂，混合135分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。所得防火涂料的技术性能：涂层厚度0.68mm，耐火极限67min；其余技术指标均符合表1中的国家标准。
实施例3～5：防火涂料的基本配方和制备方法同实施例2，仅改变功能性颜填料表面处理剂、基料树脂、成炭剂、脱水成炭催化剂、发泡剂的用量，结果列于表2(重量份)。
表2
*备注：其余的技术性能指标均符合表1的有关规定。
实施例6(扩大试验，按实施例4的配方)：将53.4Kg钛白粉、35.6Kg轻钙、35.6Kg滑石粉、35.6Kg高岭土加入高速分散机中，逐渐加热至108℃，维持该温度20分钟，停止加热，加入3.0Kg氨基羧酸酯基硅烷，高速分散45分钟，当温度低于45℃时，分别加入157.5Kg改性丙烯酸树脂、78.8Kg改性氨基树脂、200.0Kg溶剂汽油、7.8Kg氯化橡胶、18.0Kg磷酸三丁酯、178.0Kg聚磷酸铵、89.0Kg磷酸聚氰胺、26.6Kg山梨醇、106.4Kg季戊四醇、33.4Kg脲、66.6Kg三聚氰胺和12.0Kg流平剂，混合135分钟，充分溶解、分散后，将物料导入沙磨机中，研磨、出料、过筛、包装。所得防火涂料的技术性能见表1。