一种非膨胀型钢结构防火涂料组合物的制作方法

1.本技术涉及防火涂料技术领域，具体地说，涉及一种非膨胀型钢结构防火涂料组合物。

背景技术：

2.在钢结构表面涂覆防火涂料已成为提高钢结构耐火性的重要手段。同时，为了防火涂料中加入防水剂可以提高防火涂料的耐水抗渗性和耐候性，提高防火涂料的性能。
3.发明人认为，现有的防火涂料的防水性还需要提高。

技术实现要素：

4.现有的防火涂料中添加的防水剂，功能单一，而且防水性能还需要继续提高。
5.为了解决上述技术问题，本技术提供一种非膨胀型钢结构防火涂料组合物。
6.本技术采用如下的技术方案：一种非膨胀型钢结构防火涂料组合物，按100％重量含量，包括以下各原料组分，30-50％脱硫石膏、5-14％硅酸盐水泥、35-55％轻质填料、0.05-3％粉末型防水剂和1-5％助剂；所述粉末型防水剂为水溶性成膜聚合物包覆负载在无机载体上的缩聚硅烷。
7.优选的，所述轻质填料选自膨胀珍珠岩、膨胀蛭石粉、漂珠、粉煤灰、海泡石和空心玻璃微珠中的一种或几种组合。
8.优选的，所述水溶性成膜聚合物选自聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酰胺中的一种或几种组合。
9.优选的，所述无机载体选自硅微粉、碳化硅、二氧化硅、高岭土、碳酸钙和沸石中的一种或几种组合。
10.优选的，所述缩聚硅烷按如下方法制备：将化学通式为r1me
x
si(or2)
3-x
的第一硅烷偶联剂与化学通式meysi(or3)
4-y
的第二硅烷偶联剂加入水中进行共水解缩合，除去低沸物，即得；其中r1选自c4-c18烷基，r2和r3独自的选自甲基或乙基，me代表甲基，0≤x≤1，1≤y≤2。
11.更优选的，所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂的摩尔比为1:0-10。
12.进一步优选的，所述摩尔比为1:0.3-5。
13.更优选的，所述水的摩尔数为所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂中烷氧基摩尔数总和的5-45％。
14.进一步优选的，所述水的摩尔数为所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂中烷氧基摩尔数总和的15-35％。
15.优选的，所述助剂选自缓凝剂、消泡剂、分散剂、增稠剂和流平剂中的一种或几种组合。
16.综上所述，本技术具有以下有益效果：
1、本技术采用缩聚硅烷作为防水剂，除了c4-c18烷基提供防水作用，缩聚硅烷由于已经形成部分的缩聚大分子，在防火涂料施工阶段，缩聚大分子相互之间更容易进一步发生缩聚，形成有机-无机杂化的硅树脂，填充在防火涂料的孔隙中。因此，本技术的防火涂料的防水性较好，明显优于采用硅烷作为粉末型防水剂的防火涂料。
17.2、本技术将缩聚硅烷负载在无机载体上，再采用水溶性成膜聚合物进行包裹，制备粉末形态，存储方便、容易添加。而且在防火涂料加水混合施工时，水溶性成膜聚合物可以较快的溶解，释放出缩聚硅烷，提供防水性能。
18.3、本技术中采用缩聚硅烷，发现能进一步提高防火涂料的附着力。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细描述。
20.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
21.本技术提出一种非膨胀型钢结构防火涂料组合物，按100％重量含量，包括以下各原料组分，30-50％脱硫石膏、5-14％硅酸盐水泥、35-55％轻质填料、0.05-3％粉末型防水剂和1-5％助剂；脱硫石膏脱硫石膏除了硫酸钙，还含有二氧化硅、氧化钠、碳酸钙、亚硫酸钙、石灰石、氯化钙、氯化镁等，具有可再生、粒度低、成分稳定、有害杂质含量少、纯度高等特点。本技术中，脱硫石膏主要是作为凝胶主材之一。
22.进一步的，脱硫石膏的重量百分含量可以为35-45％。
23.硅酸盐水泥硅酸盐水泥是以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料。本技术中，硅酸盐水泥主要是作为凝胶主材之一。
24.进一步的，硅酸盐水泥的重量百分含量可以为7-13％。
25.轻质填料轻质填料具有填充效果好，密度低的特点，可以降低防火涂料的重量，降低钢结构的负重。本技术中，轻质填料可以选自膨胀珍珠岩、膨胀蛭石粉、漂珠、粉煤灰、海泡石和空心玻璃微珠中的一种或几种组合。
26.本技术中进一步优选的，轻质填料由膨胀珍珠岩、膨胀蛭石粉、漂珠、粉煤灰、海泡石和空心玻璃微珠中的两种或两种以上组合组成，可以协同发挥不同轻质填料的特点，起到更好的效果。
27.进一步的，轻质填料的重量百分含量可以为37-42％。
28.粉末型防水剂粉末型防水剂具有存储方便、存储期长、使用方便、使用效果好等特点。本技术中，粉末型防水剂的结构为水溶性成膜聚合物包覆负载在无机载体上的缩聚硅烷。即，本技术的粉末型防水剂是缩聚硅烷负载在无机载体上后再被水溶性成膜聚合物包覆。
29.上述粉末型防水剂中，水溶性成膜聚合物有以下的作用：(1)在使用前，可以为缩聚硅烷提供密闭的保护层，防止缩聚硅烷吸水而失效；(2)在施工时，水溶性成膜聚合物在接触到水后可以较快的发生溶解，释放出缩聚硅烷。本技术中，水溶性成膜聚合物可以选自聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酰胺中的一种或几种组合。水溶性成膜聚合物更优选聚乙烯醇，聚乙烯醇的平均分子量可以是1500-5000。
30.上述粉末型防水剂中，无机载体起到负载缩聚硅烷和成粉末的作用。本技术中，无机载体选自硅微粉、碳化硅、二氧化硅、高岭土、碳酸钙和沸石中的一种或几种组合。无机载体的粒径可以在1-10μm之间。缩聚硅烷释放后，无机载体也可以参与到防火涂料的固化中。
31.上述粉末型防水剂中，缩聚硅烷起到提高防水的作用。发明人还意外的发现，缩聚硅烷能提高防火涂料的附着力，可能是缩聚硅烷在水解缩合中填充到防火涂料的过程中，也会与基材钢结构表面接触进行反应。本技术中，缩聚硅烷是指由硅烷水解缩合而成的缩聚物，同时缩聚物分子中含有未水解完的烷氧基，可以继续发生水解缩合。缩聚硅烷可以按如下方法制备：将化学通式为r1me
x
si(or2)
3-x
的第一硅烷偶联剂与化学通式meysi(or3)
4-y
的第二硅烷偶联剂加入水中进行共水解缩合，除去低沸物，即得；其中r1选自c4-c18烷基，r2和r3独自的选自甲基或乙基，me代表甲基，0≤x≤1，1≤y≤2。
32.具体的，第一硅烷偶联剂可以是异丁基三甲氧基硅烷、异丁基甲基二甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基甲基二乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基甲基二甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、辛基甲基二乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基甲基二甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、十二烷基甲基二乙氧基硅烷等中的一种或几种组合。第二硅烷偶联剂可以是甲基三甲氧硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等中的一种或几种组合。进一步的，0≤x≤0.7，即第一硅烷偶联剂中至少含有部分三烷氧基硅烷偶联剂，比如异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷等。进一步的，1.3≤y≤2，即第二硅烷偶联剂中至少含有部分二烷氧基硅烷偶联剂，比如二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷等，可以使得缩聚硅烷中在室温下呈现液体状。
33.本技术中，优选的，第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的摩尔比为1:0
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10。即，本技术在制备缩聚硅烷时，可以选择加入第二硅烷偶联剂，也可以选择不加入第二硅烷偶联剂。
34.本技术中，进一步优选的，第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的摩尔比为1:0.3-5。
35.本技术中，优选的，水的摩尔数为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂中烷氧基摩尔数总和的5-45％。第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂中烷氧基是指上述化学通式中的or2和or3。采用此技术方案，第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂中的烷氧基不会完全发生水解缩合，获得的缩聚硅烷既能形成si-o-si的硅树脂结构，又有剩余的可以继续发生水解缩合的烷氧基基团。烷氧基基团可以继续发生水解缩合形成更多的si-硅树脂o-si结构，从而填充在防火涂料中，提高防火涂料的致密性，而且也会与钢结构表面进行反应，提高防火涂料对钢结构的附着性。
36.本技术中，进一步优选的，所述水的摩尔数为所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂中烷氧基摩尔数总和的15-35％。采用此技术方案，获得的缩聚硅烷的防水性能较
好，防火涂料的附着性也较好。
37.进一步的，粉末型防水剂的重量百分含量可以为0.1-1.5％，具体的，可以是0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％。
38.本技术中，粉末型防水剂可以采用乳化分散的方法进行制备，比如按如下方法：将乳化剂和缩聚硅烷混合搅拌均匀，加入水溶性成膜聚合物、无机载体和水，分散均匀，形成乳液，流化床流化干燥，粉碎，即得。
39.还可以直接分散混合的方法制备，比如按如下方法：配制缩聚硅烷溶液，加入无机载体和成膜聚合物溶液，混合均匀后，烘干或喷雾干燥，粉碎，即得。
40.助剂助剂主要是一些功能性的材料，可以选自缓凝剂、消泡剂、分散剂、增稠剂和流平剂中的一种或几种组合。
41.本技术中，缓凝剂无特别的限制，可以选自木质素磺酸盐及其衍生物、低分子量纤维素及其衍生物、羟基羧酸及其盐、有机膦酸及其盐、硼酸及其盐、葡萄糖、蔗糖等。缓凝剂的重量百分含量可以是1-3％。
42.本技术中，消泡剂无特别的限制，可以选自二甲基硅油、二甲基硅油/纳米二氧化硅复合物、聚醚硅油等。消泡剂的重量百分含量可以是0.5-1％。
43.本技术中，分散剂无特别的限制，可以选自六偏磷酸钠、聚乙二醇、微晶石蜡、硬脂酸钙等。分散剂的重量百分含量可以是0.5-2％。
44.本技术中，增稠剂无特别的限制，可以选自有机膨润土、鲸蜡醇、硬脂醇、辛醇等中。增稠剂的重量百分含量可以是0.3-1.5％。
45.本技术中，流平剂无特别的限制，可以选自聚醚改性硅油等。流平剂的重量百分含量可以是0.5-1％。
46.本技术中，非膨胀型钢结构防火涂料组合物可以按如下方法制备：将各原料组分混合均匀，即得。
47.下面结合实施例、对比例及实验数据对本技术的技术方案进行详细说明。
48.制备例1在容器中加入1mol辛基三乙氧基硅烷、0.4mol辛基甲基二乙氧基硅烷和0.6mol水，搅拌1小时，升温至60℃继续搅拌4小时，蒸出低沸物，获得液体状缩聚硅烷。
49.制备例2在容器中加入0.7mol辛基三乙氧基硅烷、0.3mol辛基甲基二乙氧基硅烷、0.6mol甲基三乙氧基硅烷、0.4mol二甲基二乙氧基硅烷和1.4mol水，搅拌1小时，升温至60℃继续搅拌4小时，蒸出低沸物，获得液体状缩聚硅烷。
50.制备例3在容器中加入0.4mol异丁基三乙氧基硅烷、0.6mol异丁基甲基二乙氧基硅烷、2mol甲基三乙氧基硅烷、1mol二甲基二乙氧基硅烷和3.6mol水，搅拌1小时，升温至60℃继续搅拌5小时，蒸出低沸物，获得液体状缩聚硅烷。
51.制备例4在容器中加入1mol辛基三乙氧基硅烷、1mol甲基三乙氧基硅烷、1mol二甲基二乙
氧基硅烷和3.2mol水，搅拌1小时，升温至60℃继续搅拌4.5小时，蒸出低沸物，获得液体状缩聚硅烷。
52.实施例1～4制备粉末型防水剂实施例1将1kg司盘20表面活性剂、1kg司盘80表面活性剂、10kg制备例1的缩聚硅烷混合，搅拌均匀，加入由25kg平均粒径1.5μm硅灰石、5kg平均分子量3500的pva和40kg水组成的混合溶液，高速搅拌分散，获得乳液浆料。乳液浆料通入流化床中干燥，粉碎成平均粒径0.2mm的粉末，获得粉末型防水剂。
53.实施例2实施例1中，制备例1的缩聚硅烷替换为等重量份数的制备例2的缩聚硅烷，其余步骤保持不变。
54.实施例3实施例1中，制备例1的缩聚硅烷替换为等重量份数的制备例3的缩聚硅烷，其余步骤保持不变。
55.实施例4将pvp k30溶解于无水乙醇中，配制浓度为5wt％的pvp乙醇溶液。
56.将20kg高岭土分散于100kg丙酮中，加入10kg制备例4的缩聚硅烷，搅拌均匀，加入200kg上述pvp乙醇溶液，搅拌均匀，喷雾干燥，粉碎成平均粒径0.25mm的粉末，获得粉末型防水剂。
57.实施例5～12制备防火涂料组合物实施例5按100kg防火涂料组合物，将10kg硅酸盐水泥、10kg膨胀珍珠岩、9.4kg膨胀蛭石粉、5kg漂珠、10kg粉煤灰、10kg海泡石、0.15kg实施例1的粉末型防水剂、2kg酒石酸钠、0.8kg二甲基硅油消泡剂、0.8kg有机膨润土、0.7kg六偏磷酸钠、0.6kg聚醚改性硅油流平剂混合，余量为脱硫石膏，混合后搅拌分散均匀，获得防火涂料组合物。
58.实施例6按100kg防火涂料组合物，将10kg硅酸盐水泥、8kg膨胀珍珠岩、10kg膨胀蛭石粉、6kg漂珠、10kg粉煤灰、10kg海泡石、0.3kg实施例2的粉末型防水剂、1.5kg酒石酸钠、0.8kg二甲基硅油消泡剂、1kg有机膨润土、0.7kg六偏磷酸钠、0.6kg聚醚改性硅油流平剂混合，余量为脱硫石膏，混合后搅拌分散均匀，获得防火涂料组合物。
59.实施例7按100kg防火涂料组合物，将8kg硅酸盐水泥、10kg膨胀珍珠岩、10kg膨胀蛭石粉、6kg漂珠、10kg粉煤灰、12kg海泡石、0.5kg实施例3的粉末型防水剂、1.2kg柠檬酸钠、0.7kg二甲基硅油消泡剂、0.6kg有机膨润土、0.7kg六偏磷酸钠、0.6kg聚醚改性硅油流平剂混合，余量为脱硫石膏，混合后搅拌分散均匀，获得防火涂料组合物。
60.实施例8按100kg防火涂料组合物，将10kg硅酸盐水泥、10kg膨胀珍珠岩、10kg膨胀蛭石粉、6kg漂珠、10kg粉煤灰、11kg海泡石、0.8kg实施例4的粉末型防水剂、1.2kg柠檬酸钠、0.7kg二甲基硅油消泡剂、0.7kg有机膨润土、0.7kg硬脂酸钙、0.6kg聚醚改性硅油流平剂混合，余
量为脱硫石膏，混合后搅拌分散均匀，获得防火涂料组合物。
61.实施例9按100kg防火涂料组合物，将10kg硅酸盐水泥、10kg膨胀珍珠岩、10kg膨胀蛭石粉、5kg漂珠、10kg粉煤灰、10kg海泡石、0.5kg实施例1的粉末型防水剂、2kg酒石酸钠、0.8kg二甲基硅油消泡剂、0.8kg有机膨润土、0.7kg六偏磷酸钠、0.6kg聚醚改性硅油流平剂混合，余量为脱硫石膏，混合后搅拌分散均匀，获得防火涂料组合物。
62.实施例10实施例9中，实施例1的粉末型防水剂替换为等重量份数的实施例2的粉末型防水剂，其余步骤保持不变。
63.实施例11实施例9中，实施例1的粉末型防水剂替换为等重量份数的实施例3的粉末型防水剂，其余步骤保持不变。
64.实施例12实施例9中，实施例1的粉末型防水剂替换为等重量份数的实施例4的粉末型防水剂，其余步骤保持不变。
65.对比例1将1kg司盘20表面活性剂、1kg司盘80表面活性剂、10kg辛基三乙氧基硅烷，搅拌均匀，加入由25kg平均粒径1.5μm硅灰石、15kg平均分子量3500的pva和20kg水组成的混合溶液，高速搅拌分散，获得乳液浆料。乳液浆料通入流化床中干燥，粉碎成平均粒径0.2mm的粉末，获得粉末型防水剂。
66.实施例9中，实施例1的粉末型防水剂替换为等重量份数的上述粉末型防水剂，其余步骤保持不变。
67.对比例2实施例9中，实施例1的粉末型防水剂替换为等重量份数的脱硫石膏，其余步骤保持不变。
68.性能测试防水性和粘结强度测试分别将实施例5-12以及对比例1-2的将待测防火涂料组合物与水按重量比1:1混合，搅拌5分钟，涂抹于洁净、无氧化层的钢材表面，室温下自然干燥。
69.防水性：25℃，50％湿度环境下，用微量吸液管轻轻的将200μl水滴在防火涂层表面，观察水滴被完全吸收的时间。一个表面取中间以及靠近4个角的5个部位同时进行测试。5个时间取平均值。
70.粘结强度：按照gb/t9779-2015的方法进行测试。
71.吸水性测试分别将实施例5-12以及对比例1-2的将待测防火涂料组合物与水按重量比1:1混合，搅拌5分钟，制成5cm
×
5cm
×
1cm的样品。样品自然干燥后置于50℃烘箱中烘烤24小时，取出，在25℃，50％湿度环境下冷却12h，称重m1，浸泡入水中48小时，取出，擦除表面的水分，称重m2。吸水率＝(m2-m1)/m1
×
100％。
72.结果如下表1所示。其中，对比例3为对比例2的防火涂料组合物成型干燥后，将浓
度为1.5wt％的异丁基三乙氧基硅烷溶液喷涂于裸露的外表面进行防水处理。
73.表1 水滴吸收时间/min粘结强度/mpa吸水率/％实施例5760.741.9实施例6780.781.7实施例7760.801.8实施例8880.871.1实施例9870.801.2实施例10820.831.4实施例11770.821.7实施例12800.851.4对比例1660.503.1对比例2110.498.7对比例3570.544.4由表1结果可以看出，本技术的非膨胀型钢结构防火涂料组合物具有较好的防水性和粘结强度。本技术采用含有硅烷缩聚物的粉末型防水剂，相比采用含有硅烷偶联剂的粉末型防水剂，除了疏水基团可以提供防水性外，由于缩聚硅烷容易进一步水解缩合后形成更大的硅树脂结构，填充在防火涂料的缝隙中，提高了防火涂料的密实度，因此可以进一步提高防水性，而且缩聚硅烷可以与钢材表面形成缩聚物，使得钢材表面通过硅树脂结构与防火涂料形成较好的附着，提高了粘接强度。粉末型防水剂中采用硅烷偶联剂，小分子的硅烷偶联剂接触水后发生水解，绝大部分直接接到无机颗粒的表面，较少形成连续的具有一定体积的缩聚物，无法有效填充防火涂料的缝隙。而采用表面喷涂防水剂的方法，只能在表面形成防水层，无法提高内部的防水性和密实性。
74.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，按100%重量含量，包括以下各原料组分，30-50%脱硫石膏、5-14%硅酸盐水泥、35-55%轻质填料、0.05-3%粉末型防水剂和1-5%助剂；所述粉末型防水剂为水溶性成膜聚合物包覆负载在无机载体上的缩聚硅烷。2.根据权利要求1所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述轻质填料选自膨胀珍珠岩、膨胀蛭石粉、漂珠、粉煤灰、海泡石和空心玻璃微珠中的一种或几种组合。3.根据权利要求1所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述水溶性成膜聚合物选自聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮和聚丙烯酰胺中的一种或几种组合。4.根据权利要求1所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述无机载体选自硅微粉、碳化硅、二氧化硅、高岭土、碳酸钙和沸石中的一种或几种组合。5.根据权利要求1所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述缩聚硅烷按如下方法制备：将化学通式为r1me
x
si(or2)
3-x
的第一硅烷偶联剂与化学通式me
y
si(or3)
4-y
的第二硅烷偶联剂加入水中进行共水解缩合，除去低沸物，即得；其中r1选自c4-c18烷基，r2和r3独自的选自甲基或乙基，me代表甲基，0≤x≤1，1≤y≤2。6.根据权利要求5所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂的摩尔比为1:0-10。7.根据权利要求6所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述摩尔比为1:0.3-5。8.根据权利要求5所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述水的摩尔数为所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂中烷氧基摩尔数总和的5-45%。9.根据权利要求8所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述水的摩尔数为所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂中烷氧基摩尔数总和的15-35%。10.根据权利要求1所述的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，其特征在于，所述助剂选自缓凝剂、消泡剂、分散剂、增稠剂和流平剂中的一种或几种组合。

技术总结

本申请涉及防火涂料技术领域，具体提供一种非膨胀型钢结构防火涂料组合物。本申请的非膨胀型钢结构防火涂料组合物，按100%重量含量，包括以下各原料组分，30-50%脱硫石膏、5-14%硅酸盐水泥、35-55%轻质填料、0.05-3%粉末型防水剂和1-5%助剂；粉末型防水剂为水溶性成膜聚合物包覆负载在无机载体上的缩聚硅烷。本申请的非膨胀型钢结构防火涂料组合物防水性好，对钢材的粘结强度高。对钢材的粘结强度高。