一种有机无机膨胀型防火涂料及其制备方法和应用

本发明涉及防火涂料，具体而言，涉及一种有机无机膨胀型防火涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钢结构在建筑中应用广泛，常起到骨架支撑的作用。钢结构虽然不燃，但其导热性非常好，其力学性能与温度直接相关。一旦发生火灾，过高的温度会使钢结构的承载能力迅速下降并产生变形，造成严重的倒塌风险。使用防火涂料来保护基体免受火灾侵蚀是一种简单高效的方法，膨胀防火涂料可用于钢结构的防护，在燃烧过程中，膨胀涂层会形成多孔泡沫层来保护基材。

2、部分硅酸盐溶液成膜后形成的涂层能够在遇火后膨胀形成防火隔热的泡沫结构，同时释放大量水蒸气，对基材有较好的保护作用。但纯水性硅酸盐作为涂料形成的涂层其防火时间不够长，耐水性差，同时形成的膨胀泡沫层高温易熔融软化。

技术实现思路

1、针对现有技术中上述的不足，本发明的目的在于提供一种有机无机膨胀型防火涂料及其制备方法和应用，其具有耐火时间长、膨胀层坚固、一定的耐水性等优点。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种有机无机膨胀型防火涂料，按重量份计包括以下组分：水性乳液8-40份、硅酸盐溶液50-90份、可膨胀石墨2-10份、氟硅粉0.5份、阻燃助剂1.5份、氧化石墨烯0.05份。

3、可选的，所述水性乳液包括水性环氧、水性硅丙乳液、水性苯丙乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液中的一种或几种。

4、可选的，所述硅酸盐溶液包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、硅酸铵、硅酸钙溶液中的一种或几种。

5、可选的，所述氟硅粉为含有氟硅酸的二氧化硅，其中氟硅酸质量分数为1-5wt％。

6、可选的，所述氟硅粉为磷化肥生产中的废料。

7、可选的，所述阻燃助剂包括消泡剂、增稠剂、流平剂、成膜剂中的一种或几种。

8、可选的，所述有机无机膨胀型防火涂料按重量份计包括以下组分：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液24-40份、硅酸盐溶液50-70份、可膨胀石墨6-10份、氟硅粉0.5份、阻燃助剂1.5份、氧化石墨烯0.05份。

9、可选的，所述有机无机膨胀型防火涂料按重量份计包括以下组分：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液23份、硅酸盐溶液69份、可膨胀石墨6份、氟硅粉0.5份、阻燃助剂1.45份、微量氧化石墨烯0.05份。

10、可选的，所述有机无机膨胀型防火涂料的耐火时间为70-80min；膨胀倍率为10-20倍。

11、本发明提供了一种如上所述的有机无机膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：(1)在搅拌器中将氟硅粉添加入硅酸盐溶液中，以500-1000r/min的转速搅拌2-3h制备无机组分；(2)在搅拌器中将氧化石墨烯与可膨胀石墨添加入水性乳液中，以500-1000r/min的转速搅拌2-3h制备有机组分；(3)在搅拌器中将有机组分与无机组分混合并加入阻燃助剂，提高搅拌速度至800-2000r/min，持续搅拌1-3h。

12、可选的，所述搅拌器为水浴恒温搅拌器、加热搅拌台、高速搅拌器中的一种或几种。

13、本发明提供了一种如上所述的有机无机膨胀型防火涂料的应用，其用于建筑工程中的钢结构。

14、本发明的有益效果如下：

15、本发明通过对无机硅酸盐防火涂料进行有机化改性能够提升其防火效率。一方面，有机物自身的大分子结构易在膨胀过程中形成互穿结构，提升防火效果；另一方面，硅酸盐在高温下易软化，有机结构的存在能够提供支撑结构，弥补膨胀层的高温缺陷。

16、本发明通过水性乳液与硅酸盐进行有机无机复合，同时在体系中添加可膨胀石墨，制备的有机无机膨胀防火涂料遇火会释放水蒸气与不可燃气体，降低温度，同时遇火快速膨胀，生成多孔结构的泡沫层阻隔热量传递。具有膨胀层坚固不易剥落、防火性能提升、耐火时间延长，同时具有一定的耐水效果等优点。

17、本发明的有机无机膨胀防火涂料具有优异的膨胀防火隔热性能，制备工艺简单、极限防火时间长、膨胀层坚固不易剥落，完全满足钢结构防火的需求。

技术特征：

1.一种有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，按重量份计包括以下组分：水性乳液8-40份、硅酸盐溶液50-90份、可膨胀石墨2-10份、氟硅粉0.5份、阻燃助剂1.5份、氧化石墨烯0.05份。

2.根据权利要求1所述的有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，所述水性乳液包括水性环氧、水性硅丙乳液、水性苯丙乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，所述硅酸盐溶液包括硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、硅酸铵、硅酸钙溶液中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，所述氟硅粉为含有氟硅酸的二氧化硅，其中氟硅酸质量分数为1-5wt％。

5.根据权利要求1所述的有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，所述阻燃助剂包括消泡剂、增稠剂、流平剂、成膜剂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，所述有机无机膨胀型防火涂料按重量份计包括以下组分：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液24-40份、硅酸盐溶液50-70份、可膨胀石墨6-10份、氟硅粉0.5份、阻燃助剂1.5份、氧化石墨烯0.05份。

7.根据权利要求6所述的有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，所述有机无机膨胀型防火涂料按重量份计包括以下组分：醋酸乙烯-乙烯共聚乳液23份、硅酸盐溶液69份、可膨胀石墨6份、氟硅粉0.5份、阻燃助剂1.45份、微量氧化石墨烯0.05份。

8.根据权利要求1所述的有机无机膨胀型防火涂料，其特征在于，所述有机无机膨胀型防火涂料的耐火时间为70-80min；膨胀倍率为10-20倍。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的有机无机膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求1-8中任意一项所述的有机无机膨胀型防火涂料的应用，其特征在于，用于建筑工程中的钢结构。

技术总结本发明提供了一种有机无机膨胀型防火涂料及其制备方法和应用。有机无机膨胀型防火涂料按重量份计包括以下组分：水性乳液8‑40份、硅酸盐溶液50‑90份、可膨胀石墨2‑10份、氟硅粉0.5份、阻燃助剂1.5份、氧化石墨烯0.05份。制备方法包括以下步骤：(1)在搅拌器中将氟硅粉添加入硅酸盐溶液中，以500‑1000r/min的转速搅拌2‑3h制备无机组分；(2)在搅拌器中将氧化石墨烯与可膨胀石墨添加入醋酸乙烯‑乙烯共聚乳液中，以500‑1000r/min的转速搅拌2‑3h制备有机组分；(3)在搅拌器中将有机组分与无机组分混合并加入阻燃助剂，提高搅拌速度至800‑2000r/min，持续搅拌1‑3h。本发明的有机无机膨胀型防火涂料具有耐火时间长、膨胀层坚固、一定的耐水性等优点，能用于建筑工程中的钢结构。技术研发人员：李洪飞,何晶,张胜,刘爽,李润丰,赵文静,彭洪均,李严,虞晟阳受保护的技术使用者：北京化工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11