CN115305009B - 一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料及其制备方法，所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料的制备原料包括色粒基料、造粒液和连续相；所述色粒基料的制备原料包括如下组分：去离子水、钛白粉、氢氧化铝、丙烯酸微球、双季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺、助剂一、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、多彩用基础乳液、10％保护胶、色浆；所述连续相的制备原料包括如下组分：去离子水、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、多彩用连续相乳液、助剂二。本发明提供的防火涂料，能够仿造大理石效果，喷涂厚度只有2mm左右，即能达到防火效果，而且无需再涂敷其它涂料，具有很好的装饰效果。此外，本发明的防火涂料为水性涂料，对环境无污染。
Description
技术领域
本发明属于防火材料技术领域，涉及一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料及其制备方法。
背景技术
目前，绝大多数的建筑物都是由木质聚合物、钢结构和混凝土三者构成。其中，钢材对温度升高最敏感，当火灾发生时，火场温度能快速超过常用结构钢的静态平衡稳定性临界温度(380℃)，这会引起结构钢重要的强度损失，使得钢结构发生塑性变形，最终导致建筑物坍塌。为了解决以上问题，研究人员进行了不断地研究和探索，发现在钢结构表面涂刷防火涂料，能够有效隔绝火场的高温，使钢结构保持在临界温度以下，极大地延长了钢结构的耐火时间，有效降低了火灾损失。
根据防火涂料标准《钢结构防火涂料》GB14907-2018，超薄膨胀型防火涂料要求涂敷厚度小于3mm，这是因为膨胀型防火涂料遇火会发生膨胀。现有的超薄膨胀型防火涂料多为溶剂型，密度大，其重量不仅会对钢结构造成额外负担，还存在易脱落、装饰性差、维护周期短等缺点，同时存在挥发性强、毒性大、污染严重等问题。水性的膨胀型防火涂料很少，颜色单一，且装饰效果比较差，所以常常在防火涂料表面再涂一层内墙涂料，这就造成了防火涂料的防火效果明显降低。
CN112694771A公开了一种无机树脂合成的无机防火保温多彩涂料及其制备方法，其公开的防火性能是通过改性纳米硅聚物与高岭土硅化反应，提供持久的固结结构，有效提高了涂料的防腐性、耐火性、耐高温性。按《钢结构防火涂料》GB14907-2018防火涂料标准划分，它属于非膨胀型防火涂料。
CN114231118A公开了一种水性膨胀型防火涂料及其制备方法和应用，该发明通过采用特定组分以及合理配比制备水性膨胀型防火涂料，该涂料中发泡剂、成炭剂以及阻燃剂三者按配比协同促使涂层在高温下形成致密的膨胀炭层，配合二氧化钛和云母粉填料、空心玻璃微珠提高了膨胀炭层的强度，进一步与其余组分配合使水性膨胀型防火涂料的涂层致密，可抵御火焰的冲击力。该涂料涂覆后可形成超薄涂层，能在数十秒内快速吸热，对于1000℃的火焰温度阻燃效果明显，抗火焰冲击性能显著。CN113388294A公开了一种多功能膨胀型防火涂料及制备方法和应用，该发明的多功能膨胀型防火涂料遇火后形成“蠕虫”状与HPMC-UPY相互交错、穿插于膨胀炭质层中，使炭质层气孔更细小、均匀，结构变得更加致密，同时相互交错的EG-HPMC-UPY能够在炭质层气孔中起到支撑和链接作用从而防止其开裂和脱落，能够起到长时间稳定的隔热作用。上述两项现有技术中的防火涂料虽是膨胀型防火涂料，但其并不是多彩涂料而只是单一颜色的涂料。
因此，在本领域中，期望开发一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料及其制备方法。本发明提供的防火涂料，是能够仿造大理石效果的新型水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，使用时喷涂厚度只有2mm左右，即能达到防火效果，可以大大减少钢结构的重量，而且无需再涂敷其它涂料，具有很好的装饰效果。此外，本发明的防火涂料为水性涂料，对环境无污染。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料的制备原料包括色粒基料、造粒液和连续相；
所述色粒基料的制备原料按照重量百分比计，包括如下组分：
所述连续相的制备原料按照重量百分比计，包括如下组分：
在本发明中，通过使用脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂，搭配多彩用乳液，既可以控制发泡效果，也可以用作色粒基料和多彩连续相，此外，色粒基料中丙烯酸微球搭配钛白粉、氢氧化铝、双季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺使用，不但能解决发泡问题，而且能起到良好的保温效果，并且，丙烯酸微球不仅可以提供隔热效果，而且可以降低涂料密度，从而使得本发明制备的多彩防火涂料同时具有合适的发泡效果、优异的防火性能以及较小的比重。
在本发明中，所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料中的超薄指的是本发明的膨胀型有机多彩防火涂料在使用时，当喷涂厚度仅为2mm时，即可达到较好的防火效果。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，去离子水的用量可以为40％、42％、43％、45％、48％、50％、52％、53％、55％、58％或60％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，钛白粉的用量可以为0.5％、0.8％、1％、1.3％、1.5％、1.8％或2％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，氢氧化铝的用量可以为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，丙烯酸微球的用量可以为7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％或15％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，双季戊四醇的用量可以为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，多聚磷酸铵的用量可以为4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，三聚氰胺的用量可以为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％或8％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，助剂一的用量可以为3.3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.1％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，脲醛树脂的用量可以为4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％等。本发明的脲醛树脂是未经改性的脲醛树脂。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，三聚氰胺甲醛树脂的用量可以为4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％或7％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，多彩用基础乳液的用量可以为8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％或14％等。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，10％保护胶的用量可以为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％或10％等。所述10％保护胶指的是将直接购买的保护胶用水进行稀释(保护胶与水的质量比为1:9)。
在本发明中，所述色粒基料的制备原料中，色浆的用量可以为0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％或4％等。当色浆的用量为0％时，本发明的防火涂料呈白色，也属于彩色涂料中的一种。
在本发明中，所述连续相的制备原料中，去离子水的用量可以为20％、22％、23％、25％、28％、30％、32％、33％、35％、38％、40％、42％、43％、45％、48％或50％等。
在本发明中，所述连续相的制备原料中，脲醛树脂的用量可以为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％等。
在本发明中，所述连续相的制备原料中，三聚氰胺甲醛树脂的用量可以为15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％或25％等。
在本发明中，所述连续相的制备原料中，多彩用连续相乳液的用量可以为10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％或20％等。
在本发明中，所述连续相的制备原料中，助剂二的用量可以为5.6％、5.8％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.3％等。
优选地，所述多彩用基础乳液包括巴德富R-2788。
优选地，所述多彩用连续相乳液包括巴德富R-3799。
优选地，所述造粒液的制备原料按照重量百分比计，包括如下组分：
去离子水 87-94％；
保护胶 4-8％；
黄原胶 0.1-0.5％。
在本发明中，将配方量的造粒液的制备原料混合，分散至澄清透明，即可得到造粒液。
优选地，所述造粒液的制备原料中，去离子水的用量可以为87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％或94％等。
优选地，所述造粒液的制备原料中，保护胶的用量可以为4％、5％、6％、7％或8％等。
优选地，所述造粒液的制备原料中，黄原胶的用量可以为0.1％、0.2％、0.3％、0.4％或0.5％等。
优选地，所述色粒基料、造粒液和连续相的质量比为5:(2-3):(2-3)，例如5:2:2、5:2.5:2、5:3:2、5:2:2.5、5:2.5:2.5、5:3:2.5、5:2:3、5:2.5:3或5:3:3等。
优选地，所述丙烯酸微球包括粒径为20-40μm(例如20μm、25μm、30μm、35μm或40μm等)的丙烯酸微球和粒径为40-80μm(例如40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm或80μm等)的丙烯酸微球。
作为本发明的优选技术方案，当同时含有粒径为20-40μm的丙烯酸微球和粒径为40-80μm的丙烯酸微球时，可以提高防火涂料的耐火极限。
优选地，所述粒径为20-40μm的丙烯酸微球和粒径为40-80μm的丙烯酸微球的质量比为1:1。
优选地，所述多聚磷酸铵的聚合度不小于2000，例如2000、2100、2500、3000或3500等。
优选地，所述助剂一包括分散剂、杀菌剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、PH调节剂、抗冻剂或成膜助剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述分散剂包括铵盐分散剂。
优选地，所述杀菌剂包括卡松杀菌剂。
优选地，所述润湿剂包括阴离子润湿剂。
优选地，所述消泡剂包括矿物油消泡剂。
优选地，所述增稠剂包括疏水羟乙基纤维素和/或羟乙基纤维素。
优选地，所述PH调节剂包括AMP95。
优选地，以色粒基料的制备原料总量为100％，所述助剂一包括如下重量百分比的组分：分散剂0.2-0.6％(例如0.2％、0.4％或0.6％等)、杀菌剂0.2-0.7％(例如0.2％、0.3％、0.5％或0.7％等)、润湿剂0.1-0.4％(例如0.1％、0.2％、0.3％或0.4％等)、消泡剂0.3-0.6％(例如0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等)、增稠剂0.9-2.6％(例如0.9％、1％、1.5％、2％、2.5％或2.6％等)、PH调节剂0.1-0.2％(例如0.1％、0.15％或0.2％等)、抗冻剂0.5-2％(例如0.5％、1％、1.5％或2％等)和成膜助剂1-2％(例如1％、1.5％或2％等)。
优选地，所述色浆包括水性氧化铁系列色浆。
优选地，所述助剂二包括杀菌剂、成膜助剂、防冻剂或消泡剂中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述杀菌剂包括长效杀菌剂。
优选地，以连续相的制备原料总量为100％，所述助剂二包括如下重量百分比的组分：杀菌剂0.1-0.2％(例如0.1％、0.15％或0.2％等)、成膜助剂5-8％(例如5％、6％、7％或8％等)、防冻剂0.2-0.5％(例如0.2％、0.3％或0.5％等)和消泡剂0.3-0.6％(例如0.3％、0.4％、0.5％或0.6％等)。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将配方量的除色浆以外的色粒基料的制备原料混合，然后加入色浆进行调色，得到色粒基料；
(2)将配方量的连续相的制备原料混合，得到连续相；
(3)将步骤(1)得到的色粒基料加入造粒液中，造粒，得到含有造粒液的色粒，然后向含有造粒液的色粒中加入步骤(2)得到的连续相，混合，得到所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
在本发明中，通过使用脲醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂，搭配多彩用乳液，既可以控制发泡效果，也可以用作色粒基料和多彩连续相，此外，色粒基料中丙烯酸微球搭配钛白粉、氢氧化铝、双季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺使用，不但能解决发泡问题，而且能起到良好的保温效果，并且，丙烯酸微球不仅可以提供隔热效果，而且可以降低涂料密度，从而使得本发明制备的多彩防火涂料同时具有合适的发泡效果、优异的防火性能(耐火极限：133-150min)以及较小的比重(0.9-1.1)。
附图说明
图1为实施例1制备的多彩防火涂料喷涂后的效果图。
图2为实施例1制备的多彩防火涂料耐火测试1h后的外观图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
如无特殊说明，本发明实施例及对比例所用原料的厂家或牌号等信息如下：
实施例1-4
在实施例1-4中分别提供一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料的制备原料包括质量比为5:2:3的色粒基料、造粒液和连续相，其中，色粒基料、造粒液和连续相的制备原料及用量如表1所示。
水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料的制备方法包括如下步骤：
(1)将配方量的除色浆以外的色粒基料的制备原料在分散缸中高速分散均匀，然后加入色浆进行调色，得到色粒基料，放置备用；
(2)将配方量的造粒液的制备原料投入另一分散缸中，并分散至澄清透明，得到造粒液，放置备用；
(3)将配方量的连续相的制备原料混合，得到连续相，放置备用；
(4)将步骤(1)得到的色粒基料加入步骤(2)得到的造粒液中，通过分散、筛网工艺造粒，得到含有造粒液的色粒，然后向含有造粒液的色粒中加入步骤(3)得到的连续相，搅拌混合均匀，得到所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料。
表1
其中，丙烯酸微球为质量比为1:1的粒径为20-40μm的丙烯酸微球和粒径为40-80μm的丙烯酸微球的混合物。
实施例5
本实施例与实施例1的区别仅在于，色粒基料、造粒液和连续相的质量比为5:3:2，其他条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例1的区别仅在于，色粒基料、造粒液和连续相的质量比为5:3:3，其他条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例1的区别仅在于，丙烯酸微球仅为粒径为20-40μm的丙烯酸微球，其他条件均与实施例1相同。
实施例8
本实施例与实施例1的区别仅在于，丙烯酸微球仅为粒径为40-80μm的丙烯酸微球，其他条件均与实施例1相同。
实施例9
本实施例与实施例1的区别仅在于，将多聚磷酸铵替换成等量的聚合度为1000的多聚磷酸铵(牌号为常州万朗化工)，其他条件均与实施例1相同。
实施例10
本实施例与实施例1不同之处仅在于，将色粒基料制备原料中的多彩用基础乳液替换成等量的保立佳BLJ-3798，其他条件均与实施例1相同。
实施例11
本实施例与实施例1不同之处仅在于，将连续相制备原料中的多彩用连续相替换成等量的昭和4690乳液，其他条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例与实施例1不同之处仅在于，色粒基料的制备原料中不包括丙烯酸微球，去离子水的重量百分比为53％，其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例与实施例1不同之处仅在于，将色粒基料制备原料中的脲醛树脂替换成等量的三聚氰胺改性脲醛树脂，将连续相制备原料中的脲醛树脂替换成等量的三聚氰胺改性脲醛树脂，其他条件均与实施例1相同。
对比例3
本对比例与实施例1不同之处仅在于，将色粒基料制备原料中的三聚氰胺甲醛树脂替换成等量的昭和的普通乳液4765，将连续相制备原料中的三聚氰胺甲醛树脂替换成等量的昭和的普通乳液4765，其他条件均与实施例1相同。
对比例4
本对比例与实施例1不同之处仅在于，将色粒基料制备原料中的双季戊四醇替换成等量的单季戊四醇，其他条件均与实施例1相同。
对实施例以及对比例制备的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料进行性能测试，测试方法如下：
(1)喷涂效果测试：将实施例1制备的多彩防火涂料喷涂在马口铁板上，喷涂厚度为2mm，喷涂后的效果图如图1所示，可以看出，本发明制备的防火涂料喷涂后仿石效果明显，无需再涂敷任何涂料即有非常漂亮的装饰效果；
(2)防火性能测试：对实施例以及对比例制备的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料采用模拟大阪燃烧法进行耐火测试，测试结果如表2所示，实施例1制备的多彩防火涂料耐火测试1h后的外观图如图2所示，从图2可以看出，耐火测试1h后没有开裂。
表2
备注：表2中的比重是防火涂料的密度与在标准大气压，与3.98℃时纯H2O下的密度(999.972kg/m3)的比值。
由表2可以看出，本发明实施例1-11制备的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料均具有较小的比重(0.9-1.1)，并且具有较高的耐火极限(133-150min)。
相比于实施例1，对比例1制备的防火涂料的比重增大，并且耐火极限明显降低，对比例2-3制备的防火涂料的耐火极限明显降低，对比例4制备的防火涂料的耐火极限稍微降低，但其耐水性下降。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (9)
1.一种水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料的制备原料包括色粒基料、造粒液和连续相；
所述色粒基料的制备原料按照重量百分比计，包括如下组分：
去离子水 40-60%；
钛白粉 0.5-2%；
氢氧化铝 1-5%；
丙烯酸微球 7-15%；
双季戊四醇 2-5%；
多聚磷酸铵 4-10%；
三聚氰胺 3-8%；
助剂一 3.3-9.1%；
脲醛树脂 4-7%；
三聚氰胺甲醛树脂 4-7%；
多彩用基础乳液 8-14%；
10%保护胶 3-10%；
色浆 0-4%；
所述连续相的制备原料按照重量百分比计，包括如下组分：
去离子水 20-50%；
脲醛树脂 15-25%；
三聚氰胺甲醛树脂 15-25%；
多彩用连续相乳液 10-20%；
助剂二 5.6-9.3%；
所述色粒基料、造粒液和连续相的质量比为5:(2-3):(2-3)；
所述丙烯酸微球包括粒径为20-40μm的丙烯酸微球和粒径为40-80μm的丙烯酸微球；
所述粒径为20-40μm的丙烯酸微球和粒径为40-80μm的丙烯酸微球的质量比为1:1；
所述多聚磷酸铵的聚合度不小于2000。
2.根据权利要求1所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，所述多彩用基础乳液包括巴德富 RS-2788。
3.根据权利要求1所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，所述多彩用连续相乳液包括巴德富 RS-3799。
4.根据权利要求1所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，所述造粒液的制备原料按照重量百分比计，包括如下组分：
去离子水 87-94%；
保护胶 4-8%；
黄原胶 0.1-0.5%。
5.根据权利要求1所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，所述助剂一包括分散剂、杀菌剂、润湿剂、消泡剂、增稠剂、pH调节剂、抗冻剂或成膜助剂中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求5所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，以色粒基料的制备原料总量为100%，所述助剂一包括如下重量百分比的组分：分散剂0.2-0.6%、杀菌剂0.2-0.7%、润湿剂0.1-0.4%、消泡剂0.3-0.6%、增稠剂0.9-2.6%、pH调节剂0.1-0.2%、抗冻剂0.5-2%和成膜助剂1-2%。
7.根据权利要求1所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，所述助剂二包括杀菌剂、成膜助剂、防冻剂或消泡剂中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求7所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料，其特征在于，以连续相的制备原料总量为100%，所述助剂二包括如下重量百分比的组分：杀菌剂0.1-0.2%、成膜助剂5-8%、防冻剂0.2-0.5%和消泡剂0.3-0.6%。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将配方量的除色浆以外的色粒基料的制备原料混合，然后加入色浆进行调色，得到色粒基料；
（2）将配方量的连续相的制备原料混合，得到连续相；
（3）将步骤（1）得到的色粒基料加入造粒液中，造粒，得到含有造粒液的色粒，然后向含有造粒液的色粒中加入步骤（2）得到的连续相，混合，得到所述水性超薄膨胀型有机多彩防火涂料。
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