一种粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料及制备方法与流程

本发明涉及防火涂料，具体涉及一种粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料及制备方法。

背景技术：

1、火灾是制约工业工程和建筑行业快速发展的重要因素。在火灾下，火源可以迅速传递到整个钢结构，钢材的强度和刚度随着温度上升而降低，在600℃以上可能导致结构失稳和倒塌，造成巨大经济损失和人员伤亡。膨胀型钢结构防火涂料作为一种膨胀阻燃、装饰性好的防火材料，在遇到火源时迅速膨胀形成焦炭层，对基材进行良好的防护。目前广泛采用的三元阻燃体系(ifr)是酸源(如聚磷酸铵(app))、碳源(如季戊四醇(per))、气源(如三聚氰胺(mel))的组合物。然而该膨胀型防火涂料主要为有机材料，通常在800℃以上难以长时间稳定存在而逐渐分解，失去防护作用。研究表明，添加无机颗粒可以增强的耐火极限和隔热性能。人们变废为宝、节约资源的思想逐渐增强，粉煤灰在防火阻燃材料中可能得到应用。然而，粉煤灰在防火阻燃体系(特别是膨胀型防火涂料)中的分散性、相容性是影响防火涂层隔热性能的关键因素。因此，如何提高粉煤灰在涂料中的分散性和相容性，提高涂料的防火效果，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料及制备方法，充分解决膨胀型防火涂层易烧穿、易脱落的技术难题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供一种粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，包含以下重量份的组分：

4、水性自干型丙烯酸乳液20-50份；

5、粉煤灰-壳聚糖复合填料3-20份；

6、三元阻燃体系30-50份；

7、润湿分散剂1-5份；

8、消泡剂1-5份；

9、流平剂1-5份；

10、成膜助剂1-10份；

11、水1-10份。

12、作为本发明的进一步改进，所述水性自干型丙烯酸乳液为粘度在5000-15000的中硬的水性丙烯酸乳液。

13、作为本发明的进一步改进，所述粉煤灰-壳聚糖复合填料由粉煤灰、冰醋酸、壳聚糖通过搅拌反应制得；具体反应步骤如下：

14、取冰醋酸配置一定浓度的冰醋酸溶液，加入壳聚糖，在2000r/min下搅拌4-5h，使壳聚糖充分溶解；再将粉煤灰添加于持续搅拌的溶液中，将搅拌速率调整为2500r/min，混合搅拌2-3h，对混合液进行离心，并用去离子水洗涤2-3次，在60℃的烘箱中持续干燥24h，获得粉煤灰-壳聚糖复合填料。

15、作为本发明的进一步改进，所述三元阻燃体系由酸源、碳源和气源按照质量比5-4:3-2:2-1组成；其中优选的酸源填料为聚磷酸铵、多聚磷酸铵、磷酸氢铵中的任意一种或几种；优选的碳源填料为双季戊四醇、季戊四醇、蔗糖中的一种或几种；优选的气源选自三聚氰胺、尿素、双氰胺中的一种或几种。

16、作为本发明的进一步改进，所述润湿分散剂为byk111、byk180、byk103、byk108中的一种或几种。

17、作为本发明的进一步改进，所述消泡剂为byk035、byk037、byk066n、byk085中的一种或几种组合物。

18、作为本发明的进一步改进，所述流平剂为byk-085、byk-077中的一种或两种。

19、作为本发明的进一步改进，所述成膜助剂为丙二醇、甲醚、乙二醇、乙醚、正丁醇中的一种或多种组合物。

20、本发明进一步保护一种上述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料的制备方法，制备步骤如下：

21、按照配方重量配比依次添加水性自干型丙烯酸乳液20-50份、粉煤灰-壳聚糖复合填料3-20份、三元阻燃体系30-50份、润湿分散剂1-5份、消泡剂1-5份、流平剂1-5份、成膜助剂1-10份、水1-10份，在高速搅拌机中以1000-3000r/min的速度搅拌分散3-5h；再将转速降低至1000r/min，搅拌30min，过筛装罐备用，得到粉煤灰-壳聚糖复合改性的膨胀型防火涂料。

22、本发明的原理如下：

23、本发明采用水性自干型丙烯酸树脂为基料，从源头上减少vocs的排放，可以通过对适量的水进行稀释。以三元阻燃体系为主要阻燃机制，三者通过酸化、气化、发泡的反应过程，可以产生厚度适宜的膨胀炭化层，对火焰和热量产生一定的阻隔作用。在此基础上，利用混合搅拌法制备出的粉煤灰-壳聚糖复合填料添加于防火涂料中，充分发挥粉煤灰的热稳定性和填补空隙的能力，同时利用了壳聚糖的多羟基结构，在遇到火焰冲刷时，可以参与成炭反应，进一步增加膨胀层的膨胀厚度。两者的协同作用为基材提供更加长时间的防护，为人员逃生和消防救援延长了生命线。

24、本发明的优点和有益效果如下：

25、(1)本发明的膨胀型钢结构防火涂料的制备仪器和设备均为涂料制备过程中的常用设备，制备过程简单易行，便于实施，整个生产过程以水为溶剂，实现了vocs的“零”排放。

26、(2)本发明中制备的粉煤灰-壳聚糖复合填料，其原料主要来源于火力发电站的煤燃烧残渣和虾壳等废弃物，从选材上实现废物利用和节能减排。而且粉煤灰具有优异的热稳定性和填补能力，充分提升了涂层的致密性和膨胀层的强度，充分抑制了热量和火焰的渗透。

27、(3)壳聚糖作为一种来源于甲壳类动物外壳的天然高分子，在生物医药、食品添加剂、涂层材料等领域得到广泛应用，这归因于其优异的生物相容性和独特的化学修饰功能。本发明基于粉煤灰和壳聚糖简单易得的特点，制备了粉煤灰-壳聚糖复合填料，并将其引入水性膨胀型防火涂料体系中，用以强化涂层的耐火极限和隔热性能，实现“取之于然，用之阻燃”的阻燃效果，具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，包含以下重量份的组分：

2.根据权利要求1所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述水性自干型丙烯酸乳液为粘度在5000-15000的中硬的水性丙烯酸乳液。

3.根据权利要求1所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述粉煤灰-壳聚糖复合填料由粉煤灰、冰醋酸、壳聚糖通过搅拌反应制得；具体反应步骤如下：

4.根据权利要求1所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述三元阻燃体系由酸源、碳源和气源按照质量比5-4:3-2:2-1组成；其中优选的酸源填料为聚磷酸铵、多聚磷酸铵、磷酸氢铵中的任意一种或几种；优选的碳源填料为双季戊四醇、季戊四醇、蔗糖中的一种或几种；优选的气源选自三聚氰胺、尿素、双氰胺中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述润湿分散剂为byk111、byk180、byk103、byk108中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述消泡剂为byk035、byk037、byk066n、byk085中的一种或几种组合物。

7.根据权利要求1所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述流平剂为byk-085、byk-077中的一种或两种。

8.根据权利要求1所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇、甲醚、乙二醇、乙醚、正丁醇中的一种或多种组合物。

9.一种如权利要求1-8任一项所述粉煤灰-壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：

技术总结本发明提出了一种粉煤灰‑壳聚糖复合改性膨胀型防火涂料及制备方法，属于防火涂料技术领域。该涂料由以下组分制备而成：水性自干型丙烯酸乳液，粉煤灰‑壳聚糖复合填料，三元阻燃体系，润湿分散剂，消泡剂，流平剂，成膜助剂，水。本发明通过冰醋酸溶解壳聚糖，并使得其结合在粉煤灰微球表面，形成分散性良好具有较高热稳定性和致密性的膨胀型防火涂层材料。在遇到火灾时，三元体系迅速膨胀，粉煤灰‑壳聚糖复合填料增加炭层的厚度和耐温性能。从热传导和热传递两个方面抑制了火焰对涂层的破坏，也增进了涂层与基材的附着强度，充分解决了膨胀型防火涂层易烧穿、易脱落等难题。技术研发人员：孙朝,金义杰,严晗,钟世原,张文学,靳小飞,张松甫,裴彦军,闫锴,贾丹受保护的技术使用者：中铁建工集团有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/26