CN110951354A - 一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，由甲组分和乙组分组成，甲组分主要包括环氧树脂、脱水成炭催化剂、发泡剂、成炭剂、阻燃剂、活性稀释剂、流变助剂、增强纤维、颜料。乙组分主要包括固化剂、固化促进剂、发泡剂、溶剂、流变助剂、颜料和增强纤维。本发明所制备的防火涂料采用多种聚醚胺复配作为环氧树脂的固化剂，有效延长了甲乙组份混合后物料的凝胶时间，满足了非机械施工条件下长适用期的需求。该涂料可用于海工装备和石油石化行业等处于恶劣环境的钢结构的防火保护，也适用于装备式钢结构构件防火涂料的工厂预制。

Description

一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料及其制 备方法

技术领域

本发明涉及防火涂料技术领域，尤其涉及一种环氧树脂基防火涂料， 具体是涉及一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料及其制备 方法。

背景技术

膨胀型钢结构防火涂料按照基体树脂可分为热塑型和热固型两类，其 中热固型防火涂料采用双组份体系，成膜物多为环氧树脂，固化剂为胺类 固化剂，甲乙组份分开包装，使用时按比例混合均匀后施工。环氧基双组 份钢结构防火涂料相较于热塑性丙烯酸树脂基钢结构防火涂料，具有更好 的封闭性，表现出更优异的耐化学腐蚀性、耐热性和耐酸碱性。此外环氧 基双组分膨胀型防火涂料的膨胀碳层强度较高，可有效抵御带有热量冲击的火焰，能在烃类火灾及喷射式烃类火(爆炸)中提供有效的防火保护。

环氧基膨胀型防火涂料在国外主要应用在海洋平台对承重结构和油气 存储设施的防火上。因为环氧基防火涂料涂层具有很好的耐海洋环境、耐 久性和耐候性，并且对钢结构件具有更好的附着力。

随着我国海上石油开采步伐的加快，环氧膨胀型防火涂料也逐渐应用 到我国海上平台建设中，实际应用案例如：蓬莱19-3c平台项目的防火墙、 乐东15-1平台项目、液化天然气(LNG)船。该类环氧膨胀型防火涂料环氧 树脂固化活性较高，存在凝胶时间较短，多选用双酚A环氧树脂，固化剂 多选自聚酰胺类、酚醛胺类、芳香胺类、脂肪胺类、腰果酚改性胺类、多 乙烯多胺类、曼尼期碱类、腰果壳油改性胺类的一种或几种的组合。甲乙 组份为粘性很强的膏状物料，施工前甲乙组要在烘房内如40℃预加热以降 低粘度，施工时多采用加热型多组份无气喷涂设备在更高的温度下获得适 宜在喷涂设备管道内流动的状态，然后甲乙组份在喷嘴前充分混合后喷出。 得益于单位时间喷涂量和快速固化的特点，这种防火涂料及施工方法在大 面积施工时可以做到快速高效施工，但在区部修补，或者需要大面积施工 而又不具备喷涂设备时，则暴露出不适应的问题，这主要是受限于环氧基 膨胀型钢结构防火涂料常温下自身的粘度高、内部粘附力强不适合手工取 用、甲乙组份混合后凝胶时间短等而决定该产品不适合采用手工抹涂等非 机械的施工方法。由于该类涂料无法适应手涂等非机械施工的技术领域， 而且国内外对于非机械施工条件下慢固化型环氧基防火涂料需求迫切，因 此有必要研制一款能够适用于手涂施工的环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂 料。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中固化速度快、不适合非机械施工的缺 陷，提供一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料及其制备方 法。

实现本发明目的的技术方案是：一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型 钢结构防火涂料，包括甲组分和乙组分，按质量份数计，

所述甲组分包括：环氧树脂20～30份，脱水成炭催化剂30～36份， 发泡剂1～8份，成炭剂10～13份，阻燃剂15～30份，增强纤维1～3份， 活性稀释剂0～6份，流变助剂1～2.5份，A颜料0.1～1份；

所述乙组分包括：固化剂40～50份，固化促进剂2.6～6份，发泡剂 25～40份，流变助剂1～3份，B颜料12～20份，溶剂4～6份，增强纤维 2～5份；

所述固化剂由双官能的聚醚胺和三官能的聚醚胺组成，所述双官能的 聚醚胺分子式为

其中n＝2～40；

所述结构为三官能的聚醚胺分子式为

其中R为短链烷基，x+y+z＝4～90。

上述技术方案所述固化剂为双官能的聚醚胺中的n＝2～3、n＝5～6、 n＝30～36和三官能的聚醚胺中的R为甲基或乙基，x+y+z＝79～85的四种聚 醚胺，按照质量比(0.8～1.5):(2.8～3.3):(4.6～5.4):(1.4～2.4)混合得 到。

上述技术方案所述固化剂为双官能的D-230、D-400、D-2000和三官能 的T-5000，按照质量比1:3:5:2混合得到。

上述技术方案所述甲组分和所述乙组分的质量比为(4～6):1。

上述技术方案所述环氧树脂包括：双酚A型环氧树脂和氢化双酚A型 环氧树脂，所述双酚A环氧树脂的环氧当量介于185～192，所述氢化双酚 A环氧树脂的环氧当量介于225～235，所述双酚A型环氧树脂和所述氢化 双酚A型环氧树脂的质量比为(2～3):1。

上述技术方案所述脱水成炭催化剂为聚合度大于1000的多聚磷酸铵； 所述发泡剂为工业级三聚氰胺；所述成炭剂为双季戊四醇；所述A颜料为 酞青蓝、炭黑中的一种或两种，所述B颜料为金红石型钛白粉。

上述技术方案所述阻燃剂包括异苯基磷酸三苯酯和三苯基磷酸酯，所 述异苯基磷酸三苯酯和所述三苯基磷酸酯的质量比为(1.8～2.2):1；

所述增强纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、碳纤维、海泡石绒、水 镁石绒、硅酸铝纤维中的一种或几种。

上述技术方案所述活性稀释剂包括三羟基甲基丙烷三缩水甘油醚和1， 6-己二醇二缩水甘油醚,所述三羟基甲基丙烷三缩水甘油醚和所述1，6-己 二醇二缩水甘油醚质量比为1:1；

所述流变助剂为气相二氧化硅、凝胶二氧化硅、改性脲溶液的一种。

上述技术方案所述溶剂包括苯甲醇和正丁醇，所述苯甲醇和所述正丁 醇的质量比为(2.5～3):1。所述固化促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基) 苯酚。

一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，具 有以下制备步骤：

步骤一、将双官能的聚醚胺和三官能的聚醚胺在常温常压条件下，混 合成均一液体，即为固化剂；

步骤二、按甲组分中的质量配比，将环氧树脂、活性稀释剂、阻燃剂 和A颜料投入高速分散机中分散均匀，再泵送至砂磨机研磨至细度小于30 微米，称为A颜料浆,将分散好的A颜料浆转移至捏合机中，按照比例加入 脱水成炭催化剂，发泡剂，成炭剂，阻燃剂，流变助剂和纤维状增强纤维， 开启捏合机充分捏合后得到甲组分；

步骤三、按乙组分中的质量配比，将固化剂、固化促进剂溶于溶剂中， 和B颜料共同投入高速分散机中分散均匀，再泵送至砂磨机研磨至细度小 于30微米，称为B颜料浆,将分散好的B颜料浆转移至捏合机中，按照比 例加入发泡剂、流变助剂、增强纤维充分捏合后得到乙组分；

步骤四、将甲组分和乙组分混合即可。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

(1)本发明使用的固化剂采用双官能和三官能的聚醚胺混配而成，该 固化剂结合活性较低的氢化双酚A型氧树脂搭配双酚A型氧树脂、阻燃剂 等制得可适用于手涂施工的环氧基膨胀型钢结构防火涂料。克服了使用单 一柔性大分子聚醚胺固化速度慢，固化温度高，无法作为环氧树脂室温固 化剂的技术问题。

(2)本发明使用的固化剂保持了聚醚胺固化环氧树脂柔韧性好的优 点，使得配方中无需额外添加增韧剂就具有优异的柔韧性和耐冻融性。

(3)本发明制得的防火涂料，在干涂层遇火时，环氧树脂和固化剂固 化物熔融、分解过程与脱水成炭催化剂、发泡剂和成炭剂三者作用过程匹 配性好，形成的炭层致密，内聚强度高，隔热性能好。

(4)本发明中，甲组分以环氧树脂为基料，添加多聚磷酸铵、三聚氰 胺和季戊四醇组成的膨胀体系，再添加阻燃剂作为火焰蔓延抑制剂，加入 碳纤维、硅酸铝纤维等耐高温纤维以提高炭层强度；乙组分主要有多种聚 醚胺组成的固化剂、固化促进剂、钛白粉、发泡剂、溶剂等。甲乙两组分 混合使用时，能够获得适宜的凝胶时间，适用于手工抹涂等非机械施工条 件下防火涂料的施工作业。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在该说明书中，以下定义应用于全文，除非上下文明确指出相反的含 义。

“凝胶时间”：指室温下，从防火涂料甲乙组份混合均匀后初始粘度上 升到初始粘度两倍的时间。

“适用期”：指室温下，从防火涂料甲乙组份混合均匀后的可塑的膏状 物料，变化为无法借助手动工具抹涂呈连续涂层的时间。

“柔韧性”：是指一定厚度干涂层按照GB/T 1731-1993《漆膜柔韧性 测定》，在一定直径轴棒上弯曲后，涂层的开裂剥落情况。

“耐冻融性”：按照GB14907-2018《钢结构防火涂料》中耐冻融循环性 测试，考察涂层遭破坏时的循环次数。

“炭层”：指防火涂料涂层在火场中膨胀形成的黑色炭质层。

耐火性能测试：在小型电加热炉中进行，炉温升温曲线复合 GB/T9978.1-2008中建筑纤维类火灾升温条件。钢板背面温度达到580℃的 时间判定为涂料耐火极限。

本发明所使用的制备器材均为本领域常用器材，在此不作过多累述

(实施例1)

步骤1：制备固化剂

在反应釜中加入100份D-230、300份D-400、500份D-2000和200份 T-5000四种聚醚胺，在常温常压条件下，混合成均一液体，即得本专利所 述固化剂。

步骤2：制备甲组份

将200份双酚A环氧树脂、80份氢化双酚A环氧树脂、50份三苯基磷 酸酯、100份异苯基磷酸三苯酯、25份三羟基甲基丙烷三缩水甘油醚、25 份1，6-己二醇二缩水甘油醚和0.2份炭黑投入高速分散机的拉缸中，在高 速分散机中分散均匀，再泵送至砂磨机研磨至细度小于30微米，称为A颜 料浆。将分散好的A颜料浆转移至捏合机中，再加入360份聚磷酸铵、30 份三聚氰胺、100份季戊四醇，10份气相二氧化硅、18份碳纤维，开启捏 合机充分捏合，即得甲组分。

步骤3：制备乙组份

按所述乙组分中的配比，将步骤1制备的固化剂476份，24份固化促 进剂2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚溶于35份苯甲醇和15份丁醇组成的 混合溶剂中，和200份钛白粉颜料共同投入拉缸中，在高速分散机中分散 均匀，再泵送至砂磨机研磨至细度小于30微米，称为B颜料浆。将分散好 的B颜料浆转移至捏合机中，加入三聚氰胺300份，气相二氧化硅10份， 碳纤维20份，开启捏合机充分捏合，即得乙组分。

步骤4：甲乙组份混配使用

将甲组分和乙组分按质量比5:1的比例混合，即得适用于非机械施工 的适用期适中的防火涂料，手工镘涂、抹涂均可。

本实施例为优选例。

理化测试结果:涂料凝胶时间为180min，适用期300min，干膜厚度2mm 涂层的柔韧性为7mm，15次冻融实验后涂层无开裂、脱落、起泡现象。

耐火性能测试结果：2mm干膜，耐火极限45min，膨胀高度12mm，膨胀 倍率6倍。

(对比实施例1-1)

与实施例1所不同的是乙组份中固化剂仅使用D-2000聚醚胺。

测试结果：涂料凝胶时间超过240h，可认为常温下无法干燥固化，无 法单独作为环氧树脂的固化剂使用。

(对比实施例1-2)

与实施例1所不同的是乙组份中固化剂使用200#聚酰胺。

测试结果：涂料凝胶时间110min，凝胶时间短，不宜作为非机械施工 用环氧基膨胀型防火涂料来使用。

(对比实施例1-3)

与实施例1所不同的是乙组份中固化剂使用400#聚酰胺。

测试结果：涂料凝胶时间98min，凝胶时间短，不宜作为非机械施工 用环氧基膨胀型防火涂料来使用。

(对比实施例1-4)

与实施例1所不同的是乙组份中固化剂使用600#聚酰胺。

测试结果：涂料凝胶时间78min，凝胶时间短，不宜作为非机械施工 用环氧基膨胀型防火涂料来使用。

(对比实施例1-5)

与实施例1所不同的是甲组份中环氧树脂仅使用双酚A环氧。

测试结果：涂料凝胶时间为100min，适用期180min，凝胶时间和适用 期缩短，不宜作为非机械施工用环氧基膨胀型防火涂料来使用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行 了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而 已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，包括甲组分和乙组分，按质量份数计，

所述甲组分包括：环氧树脂20～30份，脱水成炭催化剂30～36份，发泡剂1～8份，成炭剂10～13份，阻燃剂15～30份，增强纤维1～3份，活性稀释剂0～6份，流变助剂1～2.5份，A颜料0.1～1份；

所述乙组分包括：固化剂40～50份，固化促进剂2.6～6份，发泡剂25～40份，流变助剂1～3份，B颜料12～20份，溶剂4～6份，增强纤维2～5份；

所述固化剂由双官能的聚醚胺和三官能的聚醚胺组成，所述双官能的聚醚胺分子式为

其中n＝2～40；

所述结构为三官能的聚醚胺分子式为

其中R为短链烷基，x+y+z＝4～90。

2.根据权利要求1所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述固化剂为双官能的聚醚胺中的n＝2～3、n＝5～6、n＝30～36和三官能的聚醚胺中的R为甲基或乙基，x+y+z＝79～85的四种聚醚胺，按照质量比(0.8～1.5):(2.8～3.3):(4.6～5.4):(1.4～2.4)混合得到。

3.根据权利要求2所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述固化剂为双官能的D-230、D-400、D-2000和三官能的T-5000，按照质量比1:3:5:2混合得到。

4.根据权利要求1所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述甲组分和所述乙组分的质量比为(4～6):1。

5.根据权利要求1所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述环氧树脂包括：双酚A型环氧树脂和氢化双酚A型环氧树脂，所述双酚A环氧树脂的环氧当量介于185～192，所述氢化双酚A环氧树脂的环氧当量介于225～235，所述双酚A型环氧树脂和所述氢化双酚A型环氧树脂的质量比为(2～3):1。

6.根据权利要求1所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于:所述脱水成炭催化剂为聚合度大于1000的多聚磷酸铵；所述发泡剂为工业级三聚氰胺；所述成炭剂为双季戊四醇；所述A颜料为酞青蓝、炭黑中的一种或两种，所述B颜料为金红石型钛白粉。

7.根据权利要求1所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于，所述阻燃剂包括异苯基磷酸三苯酯和三苯基磷酸酯，所述异苯基磷酸三苯酯和所述三苯基磷酸酯的质量比为(1.8～2.2):1；

所述增强纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、碳纤维、海泡石绒、水镁石绒、硅酸铝纤维中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述活性稀释剂包括三羟基甲基丙烷三缩水甘油醚和1，6-己二醇二缩水甘油醚,所述三羟基甲基丙烷三缩水甘油醚和所述1，6-己二醇二缩水甘油醚质量比为1:1；

所述流变助剂为气相二氧化硅、凝胶二氧化硅、改性脲溶液的一种。

9.根据权利要求1至9任一所述的一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料，其特征在于：所述溶剂包括苯甲醇和正丁醇，所述苯甲醇和所述正丁醇的质量比为(2.5～3):1。所述固化促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚。

10.一种非机械施工用环氧树脂基膨胀型钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，具有以下制备步骤：

步骤一、将双官能的聚醚胺和三官能的聚醚胺在常温常压条件下，混合成均一液体，即为固化剂；

步骤二、按甲组分中的质量配比，将环氧树脂、活性稀释剂、阻燃剂和A颜料投入高速分散机中分散均匀，再泵送至砂磨机研磨至细度小于30微米，称为A颜料浆,将分散好的A颜料浆转移至捏合机中，按照比例加入脱水成炭催化剂，发泡剂，成炭剂，阻燃剂，流变助剂和纤维状增强纤维，开启捏合机充分捏合后得到甲组分；

步骤三、按乙组分中的质量配比，将固化剂、固化促进剂溶于溶剂中，和B颜料共同投入高速分散机中分散均匀，再泵送至砂磨机研磨至细度小于30微米，称为B颜料浆,将分散好的B颜料浆转移至捏合机中，按照比例加入发泡剂、流变助剂、增强纤维充分捏合后得到乙组分；

步骤四、将甲组分和乙组分混合即可。