專(zhuān)利名稱(chēng)：超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火防腐涂料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)防火防腐雙功能涂料。本發(fā)明進(jìn)一步涉及這種鋼結(jié)構(gòu)防火防腐雙功能涂料的制備方法。
現(xiàn)有的防火涂料均具有單一的防火功能。而對(duì)于建筑物的鋼結(jié)構(gòu)而言。通常還存在防腐蝕的問(wèn)題?，F(xiàn)有的技術(shù)是先在鋼結(jié)構(gòu)上涂刷防腐蝕涂料，然后再涂刷防火涂料。這種涂裝工藝的缺點(diǎn)是工序繁瑣，成本較高，而且往往由于防腐涂層和防火涂層不配套而使涂層容易剝落，影響防護(hù)效果。
現(xiàn)有的用于鋼結(jié)構(gòu)的薄型和超薄膨脹型防火涂料的防火助劑主要由聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇以及無(wú)機(jī)填料組分，成膜物質(zhì)主要包括水性聚合物乳液(如苯丙乳液、純丙乳液、乙丙乳液、氯偏乳液等)、水溶性聚合物樹(shù)脂(如氨基樹(shù)脂、水溶性酚醛樹(shù)脂等)和溶劑型聚合物樹(shù)脂(如氯化橡膠、聚丙烯酸酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、高氯化聚乙烯樹(shù)脂等)。其制備工藝為將聚合物乳液或樹(shù)脂與防火助劑混合研磨而成。
現(xiàn)有的鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕涂料的品種很多，如環(huán)氧樹(shù)脂、瀝青改性環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、乙烯基樹(shù)脂(聚過(guò)氯乙烯、氯化聚乙烯、聚醋酸乙烯酯以及它們的共聚物等)、氯磺化聚乙烯聚氨酯、氯化聚醚、呋喃樹(shù)脂、有機(jī)氟樹(shù)脂等。這些防腐蝕涂料已在各種不同的場(chǎng)合應(yīng)用，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)起到積極的作用。
但是，上述的防火涂料和防腐蝕涂料都只具有單一的功能，一定程度上限制了它們的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是制備一種同時(shí)具有優(yōu)良防火效果和優(yōu)良防腐蝕性能的高效超薄膨脹型雙功能涂料，以滿(mǎn)足鋼結(jié)構(gòu)較高的防火防腐要求。
本發(fā)明的目的是研究上述涂料的制備方法。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣進(jìn)行的本發(fā)明的涂料組成采用高氯化聚乙烯和自行合成的有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)，以及聚磷酸銨類(lèi)防火助劑，特別是加入了成碳性能和發(fā)泡性能良好的三聚氰胺磷酸鹽以及發(fā)泡倍率很高的膨脹石墨作為膨脹劑。其中聚磷酸銨類(lèi)防火助劑為聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇；填料可用氧化鋅。
有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂結(jié)構(gòu)是 其中n、m、p、q為大于0的正整數(shù)，其中n＝1-40，m＝1-4，p＝50-500，q＝40-400。
本發(fā)明的涂料組成配比如下組分 含量(wt％)高氯化聚乙烯(50％乙二醇乙醚乙酸酯溶液) 25～30有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂 15～20聚磷酸銨 15～20三聚氰胺磷酸鹽 10～15三聚氰胺 3～7季戊四醇 12～18膨脹石墨 4～10氧化鋅 0～6本發(fā)明的涂料中加入填料氧化鋅，加入量是0-6wt％。氧化鋅的加入對(duì)防火消煙有良好效果。加入方法很簡(jiǎn)單，即在加入涂料各組份時(shí)同時(shí)加入，混合均勻即可。
本發(fā)明所用的有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂的熔融溫度是110-125℃，該熔融溫度范圍的樹(shù)脂制成涂料防火防腐效果更好。
本發(fā)明的制備工藝包括下列兩個(gè)步驟第一步為有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂的合成，首先選擇下列組分單體為八甲基環(huán)四硅氧烷；乙烯基環(huán)四硅氧烷；甲基丙烯酸甲酯；丙烯酸丁酯；丙烯酸。引發(fā)劑為四甲基氫氧化胺；過(guò)氧化二苯甲酰。溶劑為醋酸丁酯和乙二醇甲醚。合成過(guò)程分兩步進(jìn)行首先合成有機(jī)硅樹(shù)脂，按下列組分含量稱(chēng)量(引發(fā)劑四甲基氫氧化胺和封端劑三甲基氯硅烷按單體總量％計(jì)算)組分 含量(wt％)八甲基環(huán)四硅氧烷 85～90乙烯基環(huán)四硅氧烷 10～15三甲基氯硅烷 0.05四甲基氫氧化胺 0.1將反應(yīng)容器密閉后抽真空和通氮?dú)飧?分鐘，重復(fù)操作三次，以充分除盡容器中的空氣。加入預(yù)計(jì)量的八甲基環(huán)四硅氧烷、乙烯基環(huán)四硅氧烷、三甲基氯硅烷和四甲基氫氧化胺，再抽真空至液體中無(wú)逸出氣泡為止。升溫至140-170℃反應(yīng)2-6小時(shí)，得到粘稠的液體。冷卻至90-110℃左右，抽真空除去未反應(yīng)單體，即得有機(jī)硅樹(shù)脂。
然后為有機(jī)硅丙烯酸酯的合成，按下列組分含量稱(chēng)量(引發(fā)劑過(guò)氧化二苯甲酰和溶劑按單體和有機(jī)硅樹(shù)脂總量％計(jì)算)有機(jī)硅樹(shù)脂 15～20甲基丙烯酸甲酯 33～43丙烯酸丁酯 33～43丙烯酸 2～4過(guò)氧化二苯甲酰 1～2醋酸丁酯 60乙二醇甲醚 40將丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和過(guò)氧化二苯甲酰按上述組份混合，備用。在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計(jì)和高位槽的反應(yīng)容器中，加入上述有機(jī)硅樹(shù)脂、30份醋酸丁酯和20份乙二醇甲醚，加入引發(fā)劑和溶劑攪拌溶解。升溫至80-90℃，滴加混合單體，可以0.5-2.0小時(shí)滴完。然后保溫2-5小時(shí)，再加入30份醋酸丁酯和20份乙二醇甲醚，攪拌均勻，降至室溫出料。
經(jīng)測(cè)定該有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂的熔融溫度為110～125℃。
第二步為防火涂料的配制采用市售的高氯化聚乙烯和上述自行合成的有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂為成膜物質(zhì)；聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸鹽、三聚氰胺和季戊四醇為防火助劑。首先按上述本發(fā)明的防火涂料組分含量稱(chēng)量好后，先將高氯化聚乙烯樹(shù)脂溶于乙二醇乙醚乙酸酯，然后與有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂、防火助劑、填料和成膜助劑放在一起攪拌混合15～30分鐘，再經(jīng)砂磨機(jī)研磨后加入上述分量的膨脹石墨，混合均勻后即得本發(fā)明的成品。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明的防火涂料是在通常所用的聚磷酸銨類(lèi)防火助劑的基礎(chǔ)上，加入三聚氰胺磷酸鹽作為成炭催化劑和發(fā)泡劑，并且加入膨脹石墨作為發(fā)泡材料，該膨脹石墨是一類(lèi)天然礦物材料，具有金屬光澤，灰黑色，質(zhì)軟具滑膩感，鱗片狀，受熱至200℃以上時(shí)劇烈發(fā)泡膨脹，膨脹率最大可達(dá)自身體積的350倍左右，因此大大提高了涂層的發(fā)泡率，發(fā)泡層厚度可達(dá)原涂層厚度的30～50倍，從而提高了耐火極限。
2.由于本發(fā)明的防火涂料采用高氯化聚乙烯和自行合成的有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)，涂層本身具有良好的阻燃型，與防火助劑的發(fā)泡溫度有良好的匹配性，因此對(duì)涂層的防火性能有很大貢獻(xiàn)，使其耐火極限從現(xiàn)有普通的防火涂料的30min提高到90min(涂層厚度2mm)。
3.由于本發(fā)明采用的高氯化聚乙烯和有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂都具有良好的耐腐蝕性，因此使涂料同時(shí)具有良好的防腐蝕功能。
3.本發(fā)明的制備工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、應(yīng)用廣泛。
將丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和過(guò)氧化二苯甲酰按比例混合，備用。在裝有攪拌器、冷凝器、溫度計(jì)和高位槽的反應(yīng)容器中，加入上述有機(jī)硅樹(shù)脂、30份醋酸丁酯和20份乙二醇甲醚，攪拌溶解。升溫至80℃，滴加混合單體，約1小時(shí)滴完。然后保溫3.5小時(shí)，再加入30份醋酸丁酯和20份乙二醇甲醚，攪拌均勻，降至室溫出料。
所得產(chǎn)物的初始熔融溫度為120℃。
上述實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明由于采用了三聚氰胺磷酸鹽作為成炭催化劑和發(fā)泡劑、膨脹石墨作為膨脹劑，同時(shí)再采用自行制備的有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂，這三個(gè)方面對(duì)現(xiàn)有的薄型膨脹防火涂料進(jìn)行改進(jìn)，除了具有優(yōu)良的防火性能外，還具有優(yōu)良的防腐蝕性能，同時(shí)成本低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于各種鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕和防火。比較例按表2的配方制備普通苯丙乳液。將組分A中的單體、水和乳化劑混合攪拌，形成預(yù)乳化液A。將組分B中的水和引發(fā)劑混合溶解，得到溶液B。將組分C的水加入反應(yīng)器中，并將反應(yīng)器置于水浴中恒溫至75℃，加入約1/5預(yù)乳化液A和約1/5溶液B，攪拌反應(yīng)約0.5h。當(dāng)反應(yīng)體系出現(xiàn)微藍(lán)色時(shí)，開(kāi)始同時(shí)滴加預(yù)乳化液A和溶液B。約3小時(shí)滴加完。然后在85℃下保溫1小時(shí)，撤去水浴，冷卻至40℃以下，加入氨水調(diào)節(jié)pH值至8，出料備用。所得產(chǎn)物的初始熔融溫度為116℃。
按表3中比較例的配方將水加入攪拌桶中，攪拌下加入防火助劑，攪拌均勻后，入砂磨機(jī)研磨一道，出料裝捅。所得涂料的性能見(jiàn)表3。
表1本發(fā)明有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂制備配方(wt％)

表2 比較例苯丙乳液制備配方(wt％)

表3 本發(fā)明的超薄膨脹型防火涂料及比較例配方

表4 本發(fā)明防火涂料的主要性能及與現(xiàn)有涂料的比較

權(quán)利要求
1.一種超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火防腐涂料，其特征是由高氯化聚乙烯、有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂、防火助劑、三聚氰胺磷酸鹽和膨脹石墨組成，其中聚磷酸銨類(lèi)防火助劑為聚磷酸銨、三聚氰銨和季戊四醇；具體組成配比如下組分含量(wt％)高氯化聚乙烯 25～30有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂15～20聚磷酸銨 15～20三聚氰胺磷酸鹽10～15三聚氰胺 3～7季戊四醇 12～18膨脹石墨 4～10
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火防腐涂料，其特征是涂料中加入填料氧化鋅，加入量是0-6wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火防腐涂料，其特征是所述的有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂的熔融溫度是110～125℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超薄膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火防腐涂料，其特征是其制備方法是以下兩個(gè)步驟第一步有機(jī)硅丙烯酸酯樹(shù)脂的制備，其制備過(guò)程分兩步，首先合成有機(jī)硅樹(shù)脂，按下列組分含量稱(chēng)量，引發(fā)劑和封端劑三甲基氯硅烷按單體總量％計(jì)算組分 含量(wt％)八甲基環(huán)四硅氧烷 85～90乙烯基環(huán)四硅氧烷 10～15三甲基氯硅烷 0.05四甲基氫氧化胺0.1將反應(yīng)容器密閉后抽真空和通氮?dú)猓尤肷鲜鲇?jì)量的八甲基環(huán)四硅氧烷、乙烯基環(huán)四硅氧烷、三甲基氯硅烷和四甲基氫氧化胺，升溫至140-170℃反應(yīng)2-6小時(shí)，得到粘稠的液體，冷卻，抽真空除去未反應(yīng)單體，即得有機(jī)硅樹(shù)脂；然后為有機(jī)硅丙烯酸酯的合成，按下列組分含量稱(chēng)量，引發(fā)劑和溶劑按單體和有機(jī)硅樹(shù)脂總量％計(jì)算有機(jī)硅樹(shù)脂15～20甲基丙烯酸甲酯33～43丙烯酸丁酯33～43丙烯酸2～4過(guò)氧化二苯甲酰1～2醋酸丁酯 60乙二醇甲醚40將丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸和過(guò)氧化二苯甲酰按上述計(jì)量在反應(yīng)器中混合，再加入上述組份的有機(jī)硅樹(shù)脂、加入醋酸丁酯和乙二醇甲醚，攪拌溶解，升溫至80-90℃，滴加混合單體，然后保溫2-5小時(shí)，再加入醋酸丁酯和乙二醇甲醚，攪拌均勻，降至室溫出料，溶劑分二次加入；第二步防火防腐涂料的配制按涂料的組成配方配料，混合攪拌15-30分鐘，經(jīng)研磨后加入膨脹石墨混合均勻即可。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋼結(jié)構(gòu)防火防腐雙功能涂料及這種涂料的制備方法。現(xiàn)有技術(shù)存在防火涂料和防腐蝕涂料都只有單一功能的缺點(diǎn)，很大程度上限制了它們的應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明采用高氯化聚乙烯和自行合成的有機(jī)硅改性丙烯酸酯樹(shù)脂為主要成膜物質(zhì)，并在通常所用的聚磷酸銨類(lèi)防火助劑的基礎(chǔ)上，加入三聚氰胺磷酸鹽和可發(fā)性膨脹石墨作為發(fā)泡材料組成，大大提高了涂層的發(fā)泡率，發(fā)泡層厚度可達(dá)原涂層厚的30～50倍，耐火極限可達(dá)90min(涂層厚度2mm)。該涂料的制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉、應(yīng)用廣泛。
文檔編號(hào)C09D123/28GK1408800SQ02137038
公開(kāi)日2003年4月9日 申請(qǐng)日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者王國(guó)建, 許乾慰, 劉琳 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)