技术领域

本发明属于膨胀防火涂料领域，特别涉及一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步与发展，高层建筑如雨后春笋般拔地而起。钢结构以其重量轻、承载能力强、施工周期短、抗变形能力强等优良性能，在现代建筑中得到了广泛的应用。虽然不可燃，但他的机械性能随温度身高而变差。当温度高于450℃是涂料品牌网，钢结构的强度迅速下降，当温度超过600℃时，钢材会失去承载力，从未导致刚结构建筑的坍塌。无任何保护的刚的耐火极限一般为15min左右。例如，2001年9月11日，纽约世贸中心遭到恐怖袭击，主楼仅30min后就倒塌，造成2797人死亡，损失大360亿美元；2009年2月9日，央视新址北侧配楼“文化中心大楼”工程火灾，造成1名消防员死亡，6人受伤，直接财产损失1.6亿；2011年2月3日，沈阳皇朝万鑫大火，直接损失9384万元。

水性膨胀型防火涂料在钢结构防火领域的应用越来越广泛，受到人们的重视。膨胀型防火涂料由于其有效的被动防火能力，可用于工商业钢结构上，以减少火灾过程中钢结构温度的身高速率。膨胀型防火涂料提供装饰性表面处理，延迟钢材达到临界温度失去承载能力的时间。从而提供了至关重要的额外时间，让建筑物内的人员疏散，并有机会让消防控制火势。经典的膨胀型防火涂料包含三种基本成分：酸源、碳源和气源。膨胀涂料在热的作用下膨胀，形成发泡炭层，起到隔热屏障的作用，减缓了凝聚相和气相之间的传热传质。

金属腐蚀也是钢结构建筑面临的一个不容忽视的问题。金属腐蚀给生产生活带来很多不便，造成了巨大的经济损失。据统计，全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7000亿美元，是地震、水灾、台风等自然灾害造成损失总和的6倍。我国是钢铁产量大国，2019年钢铁产量为9.96亿吨，占全球54％左右的比例。我国因金属腐蚀造成的损失占国民生产总值(GDP)的4％，钢铁因腐蚀而报废的数量约占钢铁当年产量的25-30％。除此之外，金属腐蚀还可能造成环境污染。2007年8月1日，美国明尼苏达州一座跨越密西西比河的大桥因金属腐蚀发生坍塌，事故造成6人死亡。

膨胀型防火涂料虽然可以在一定程度上保护钢结构，但单独使用不能提供足够的防腐蚀保护。目前最长用的钢结构防腐处理就是在钢结构上先刷涂一层防腐底漆，然后在刷涂一层膨胀型防火涂料，这不仅使施工更麻烦、增加人工成本、物料成本、延长工期，还需考虑底漆与防火涂料的相容性和层间附着力。

本发明的目的在于提供一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料及其制备方法。不含有机溶剂，通过P-N-C的协同作用，受热膨胀形成蜂窝状的炭化层；添加一定量的隔热、防腐填料，使其在发生火灾时具有隔热阻燃的效果，同时还在日常情况下起到一定的防腐耐盐雾作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料及其制备方法，解决了上述背景技术中钢结构膨胀型防火涂料防腐耐盐雾性能差、底漆与防腐中间漆不相容、层间附着力等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料，其各组分的质量比如下：

其中，所述润湿分散剂为聚羧酸铵盐分散剂，能有效提高漆膜的耐水性，改善涂料的储存稳定性和流平性等；

所述消泡剂为有机硅消泡剂；所述冻融剂为乙二醇；所述成膜助剂为醇酯12；所述增稠剂为缔合型聚氨酯类增稠剂；

所述复合成炭催化剂为公司自制的聚磷酸铵/植酸钙复合材料，聚磷酸铵和植酸钙质量比为2:1；所述复合发泡剂剂为公司自制的三聚氰胺/氯化石蜡复合材料，三聚氰胺和氯化石蜡质量比为2:1；所述季戊四醇作为炭化剂。由所述复合成炭催化剂、复合发泡剂和炭化剂构成的阻燃剂的阻燃机理为：植酸钙的加入促进了聚磷酸铵的提前分解，提升其对季戊四醇的催化成炭能力，并且植酸钙可以起到酸源和碳源的作用，提高炭层的牢固度。氯化石蜡的引入可以在火灾初期分解产生气体，开始发泡，从而保护涂层，与三聚氰胺配合使用，可以形成梯度发泡、二次成炭的效果，增强炭质层的厚度，提高防火效果；

所述钛白粉为金红石钛白，遮盖力高，着色力强，能增加漆膜的机械强度和附着力，防止紫外线和水分透过，延长漆膜寿命；

所述高岭土为煅烧高岭土；云母粉为绢云母，呈二维片状结构，能防水抗渗、耐酸碱、耐高温、提高涂层的耐热和防腐蚀性能；

所述防锈颜料为磷酸锌，其分子式为Zn

所述三聚磷酸铝呈片状结构，其结构式如下：

三聚磷酸铝的防腐机理：三聚磷酸铝在水中会解离出具有超强络合力的三聚磷酸根离子防火涂料腐蚀性，能与腐蚀介质渗透到钢材底部产生的Fe

所述VAE乳液为醋酸乙烯-乙烯共聚乳液，醋酸乙烯的含量达70％以上；

所述冻融剂为乙二醇；所述成膜助剂为醇酯12；

本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了上述膨胀防火涂料的制备方法，具体步骤包括：

(1)在300-400r/min的转速下，将13-20％的水、0.3-0.6％的分散润湿剂、0.2-0.5％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入12-20％复合成炭催化剂、6-10％复合成炭催化剂、6-10％季戊四醇、3-6％钛白粉、4-8％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入11-21％的VAE乳液、0.6-0.8％的冻融剂、1.0-1.8％的成膜助剂和0.2-0.5％的增稠剂。

本发明的有益效果：

①本发明添加了一定量的填料磷酸锌和三聚磷酸铝。磷酸锌中的Zn

②本发明提供了由复合成炭催化剂、复合发泡剂和炭化剂构成的阻燃剂。植酸钙的加入促进了聚磷酸铵的提前分解，提升其对季戊四醇的催化成炭能力，并且植酸钙可以起到酸源和碳源的作用，提高炭层的牢固度。氯化石蜡的引入可以在早期分解产生气体，进行发泡保护涂层，与三聚氰胺配合使用，形成梯度发泡、二次成炭的效果，增强了炭质层的厚度，提高防火效果。因此，该复合阻燃剂发泡均匀致密且炭层强度好，发泡能力是经典体系的1.5倍，可替代传统老三样(即聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇)，在同样膨胀倍率下，添加量约为经典体系的三分之二左右，可大大降低阻燃剂添加量，从而降低涂料成本。

③本发明添加了一定量的绢云母。绢云母为高径比的二维片状结构，水平排列在漆膜中，与腐蚀性物质穿透漆膜的方向垂直，从而延缓了腐蚀性物质的渗透。一定程度上增加了漆膜的隔热及耐腐蚀性。

④本发明添加了一定量的钛白，在提高漆膜遮盖的同时，更是提高了炭化层的强度；

⑤本发明添加量一定量的Mg(OH)

具体实施方式

实施例1：

一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料，它由以下原材料按以下质量配比通过以下步骤制备而成：

(1)在300-400r/min的转速下，将18.7％的水、0.5％的分散润湿剂、0.3％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入12％复合成炭催化剂、6％复合发泡剂、6％季戊四醇、5％钛白粉、8％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入20％的VAE乳液、0.7％的冻融剂、1.5％的成膜助剂和0.3％的增稠剂。

实施例2：

一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料，它由以下原材料按以下质量配比通过以下步骤制备而成：

(1)在300-400r/min的转速下，将18.7％的水、0.5％的分散润湿剂、0.3％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入16％复合成炭催化剂、7％复合发泡剂、7％季戊四醇、5％钛白粉、7％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入20％的VAE乳液、0.7％的冻融剂、1.5％的成膜助剂和0.3％的增稠剂。

实施例3：

一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料，它由以下原材料按以下质量配比通过以下步骤制备而成：

(1)在300-400r/min的转速下，将18％的水、0.5％的分散润湿剂、0.3％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入18％复合成炭催化剂、9％复合发泡剂、8％季戊四醇、5％钛白粉、5％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入19％的VAE乳液、0.7％的冻融剂、1.2％的成膜助剂和0.3％的增稠剂。

实施例4：

一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料，它由以下原材料按以下质量配比通过以下步骤制备而成：

(1)在300-400r/min的转速下，将17％的水、0.5％的分散润湿剂、0.3％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入18％复合成炭催化剂、9％复合发泡剂、8％季戊四醇、5％钛白粉、5％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入19％的VAE乳液、0.7％的冻融剂、1.2％的成膜助剂和0.3％的增稠剂。

实施例5：

一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料防火涂料腐蚀性，它由以下原材料按以下质量配比通过以下步骤制备而成：

(1)在300-400r/min的转速下，将16％的水、0.5％的分散润湿剂、0.3％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入18％复合成炭催化剂、9％复合发泡剂、8％季戊四醇、5％钛白粉、5％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入19％的VAE乳液、0.7％的冻融剂、1.2％的成膜助剂和0.3％的增稠剂。

实施例6：

一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料，它由以下原材料按以下质量配比通过以下步骤制备而成：

(1)在300-400r/min的转速下，将15％的水、0.5％的分散润湿剂、0.3％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入18％复合成炭催化剂、9％复合发泡剂、8％季戊四醇、5％钛白粉、5％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入19％的VAE乳液、0.7％的冻融剂、1.2％的成膜助剂和0.3％的增稠剂。

实施例7(最佳实施例)：

一种具有超高防腐性的膨胀防火涂料，它由以下原材料按以下质量配比通过以下步骤制备而成：

(1)在300-400r/min的转速下，将15％的水、0.5％的分散润湿剂、0.3％的消泡剂加入至分散器中搅拌3-5min；

(2)在400-900r/min的转速下，依次加入18％复合成炭催化剂、9％复合发泡剂、8％季戊四醇、5％钛白粉、5％Mg(OH)

(3)在700-900r/min的转速下加入19％的VAE乳液、0.7％的冻融剂、1.2％的成膜助剂和0.3％的增稠剂。

在以上各实施案例中：所述水采用普通自来水；所述润湿分散剂采用科莱恩XW330铵盐分散剂；所述消泡剂采用毕克化学的BYK-019有机硅消泡剂；所述阻燃剂采用公司自制的复合阻燃剂；所述钛白粉采用济南裕兴的R818；所述氢氧化镁、云母粉、高岭土均采用深圳市锦昊辉的工业级粉料；所述防锈颜料采用Halox的SZP-391进口磷酸锌；所述三聚磷酸铝采用石家庄鑫盛化工的工业级三聚磷酸铝；所述VAE乳液采用瓦克的706K醋酸乙烯-乙烯共聚乳液；所述冻融剂采用齐禄的乙二醇；所述成膜助剂采用齐禄的C-12；所述聚氨酯增稠剂为迪高的TEGO3010.

依据《钢结构防火涂料》GB14907-2018对以上7个实施案例制备得到的膨胀型防火涂料进行检测，测试结果如表1所示；依据《建筑用钢结构防腐涂料》JG/T224-2007以上7个实施案例制备得到的膨胀型防火涂料进行耐盐雾性能检测，测试结果如表2所示。由测试数据可看出，本发明制得的膨胀防火涂层在具有优异防火性能的同时，还具有超高的耐盐雾性能。

上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不仅仅局限于上述实施例，依凡是本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，均应在本发明的保护范围之内。

表1 依据《钢结构防火涂料》GB14907-2018进行检测的测试结果

表2 依据《建筑用钢结构防腐涂料》JG/T224-2007进行耐盐雾性能检测的测试结果