一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，由下列重量份的原料制成：聚磷酸銨20?22、季戊四醇7?8、三聚氰胺7?8、可膨脹石墨4?5、氯化石蠟3?3.5、0.1Mol/L硝酸鋅水溶液23?25、0.1Mol/L六次亞甲基四胺水溶液23?25、正硅酸乙酯0.8?1、硅酸鋰1.6?1.8、水適量、甲基丙烯酸甲酯42?43、石墨烯3?3.5、二硫化鉬納米片1.2?1.5、明膠3?4、氟化鋇0.6?0.8。本發(fā)明專利技術(shù)使用明膠對(duì)石墨烯、二硫化鉬納米片、氟化鋇進(jìn)行改性，使得石墨烯、二硫化鉬納米片、氟化鋇均勻分散在涂料中，提高了涂層的致密性、防水性、防腐性，尤其是抗刮擦性能大大提高。

Scratch resistant expandable graphite ink super thin steel structure fireproof paint and preparation method thereof

The invention discloses a scratch resistant expandable stone ink of ultra-thin fireproof coating for steel structure, made from the following raw materials in weight portion: 20 ammonium polyphosphate 22, 8, 7 pentaerythritol melamine 7 8, 5, 4 expandable graphite 3 chlorinated paraffin 3.5 and 0.1Mol/L zinc nitrate aqueous solution 23 25, six 0.1Mol/L four methylene amine aqueous solution of 23, 25 TEOS 0.8 1, 1.8, 1.6 lithium silicate water amount, methyl methacrylate 42 43, 3.5, 3 graphene molybdenum disulfide 1.2 1.5, 4, 3 gelatin barium fluoride 0.6 0.8. The invention uses gelatin on graphene, molybdenum disulfide, barium fluoride was modified, making graphene, molybdenum disulfide, barium fluoride uniformly dispersed in the coating, improve the compactness, waterproof, anti-corrosion coatings, especially anti scratch performance is greatly improved.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其制備方法
本專利技術(shù)涉及防火涂料
，尤其涉及一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其制備方法。
技術(shù)介紹
溶劑型超薄鋼結(jié)構(gòu)防火涂料含有大量的揮發(fā)性有機(jī)物（VOC），其應(yīng)用越來(lái)越受到限制，甚至被發(fā)達(dá)國(guó)家禁用。水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料以水性聚合物作為成膜物質(zhì)，減少了VOC的排放量，降低了涂料在生產(chǎn)、施工、應(yīng)用等環(huán)節(jié)中對(duì)人體的危害和對(duì)環(huán)境的污染，符合節(jié)能減排、綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)，是防火涂料研究的重點(diǎn)。本論文針對(duì)水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火性能差、膨脹倍率低、膨脹層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、耐水性差等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，并對(duì)成膜物質(zhì)（醋叔聚合物）的熱分解過(guò)程和成炭機(jī)理、聚磷酸銨對(duì)醋叔聚合物熱分解過(guò)程的影響進(jìn)行了討論；探索性地研究了納米二氧化鋯及水性含磷聚合物在防火涂料中地應(yīng)用。主要研究工作如下：（1）從熱分解特性、動(dòng)態(tài)流變性能和復(fù)合黏度的角度研究了成膜物質(zhì)對(duì)防火涂料膨脹防火性能的影響。研究結(jié)果表明：純丙和苯丙聚合物熔體的儲(chǔ)存模量（G＇）大于損耗模量（G＂），以彈性流動(dòng)為主，復(fù)合黏度高（>1000Pa·s）；醋叔聚合物熔體的G＂大于G＇，以粘性流動(dòng)為主，復(fù)合黏度低（33Pa·s）。具有熱穩(wěn)定性好、成炭能力強(qiáng)、復(fù)合黏度低、粘性流體特性的聚合物適合作為防火涂料的成膜物質(zhì)，有利于涂層的膨脹和防火性能的提高。（2）以醋叔聚合物（VAc-VeoVa）作為成膜物質(zhì)，聚磷酸銨/季戊四醇/三聚氰胺/可膨脹石墨（APP/PER/MEL/EG）作為膨脹阻燃體系（IFR），研究了IFR及其與VAc-VeoVa的配比對(duì)防火涂料性能的影響。正交實(shí)驗(yàn)直觀分析結(jié)果表明，IFR中各組分對(duì)防火涂料性能的影響順序依次為：APP＞EG＞PER＞MEL，最佳配比為APP:PER:MEL:EG=22:8:8:4.5。當(dāng)VAc-VeoVa用量為30%，IFR用量為40%時(shí)，防火涂層的防火性能最佳（燃燒30min后鋼板背溫為262℃）。（3）研究了無(wú)機(jī)填料的組成、顆粒大小及形態(tài)等因素對(duì)防火涂料的影響。TG、毛細(xì)管流變測(cè)試、防火性能測(cè)試等研究結(jié)果表明：以TiO2/SAp/HNTs（8/1/1）作為無(wú)機(jī)填料時(shí)，防火涂料的防火性能優(yōu)異（3327s），膨脹倍率較高（28.14），膨脹層結(jié)構(gòu)好、強(qiáng)度高。無(wú)機(jī)填料通過(guò)限制成膜聚合物分子鏈的松弛和旋轉(zhuǎn)，以及降低APP對(duì)PER和VAc-VeoVa的催化脫水效率來(lái)影響防火涂料的膨脹倍率與防火性能。同時(shí)在黏度較高時(shí)，無(wú)機(jī)填料難以遷移到膨脹層表面聚集形成無(wú)機(jī)隔熱層，導(dǎo)致防火涂料的防火性能下降。通過(guò)配方優(yōu)化，自制水性防火涂料的性能已超過(guò)國(guó)外知名品牌。（4）研究了納米二氧化鋯（nano-ZrO2）在防火涂料中的作用。研究結(jié)果表明：硅烷偶聯(lián)劑γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（Z-6030）改性后的nano-ZrO2在VAc-VeoVa乳液中具有良好的分散性。在不含EG的無(wú)鹵防火涂料中，加入nano-ZrO2后膨脹層不再具有連續(xù)致密的結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，防火性能隨著nano-ZrO2用量地增加反而下降。在含有EG的有鹵防火涂料中，EG穿插在膨脹層中，起到結(jié)構(gòu)支撐的作用；ZrO2在膨脹層中起到隔熱和防止熱氧化分解的作用，防火時(shí)間達(dá)到3837s。XRD結(jié)果表明膨脹層中生成了焦磷酸鈦（TiP2O7）、焦磷酸鋯（ZrP2O7）和焦磷酸鋯鈦固溶體（Ti0.8Zr0.2P2O7）。（5）研究了Vac-VeoVa的熱分解過(guò)程及APP對(duì)VAc-VeoVa熱分解過(guò)程的影響。研究結(jié)果表明：在空氣氛圍中VAc-VeoVa的熱氧化分解過(guò)程分為三個(gè)階段：（1）脫除醋酸和叔碳酸基團(tuán)，生成不飽和碳鏈；（2）不飽和碳鏈的氧化脫氫、環(huán)化、芳構(gòu)化，生成六方晶系碳；（3）六方晶系碳的熱氧化。在氮?dú)夥諊蠽Ac-VeoVa熱分解過(guò)程分為兩個(gè)階段：（1）脫除醋酸和叔碳酸基團(tuán)，生成不飽和碳鏈；（2）不飽和碳鏈的斷鏈或者環(huán)化、芳構(gòu)化，生成六方晶系碳。密度泛函理論（DFT）計(jì)算結(jié)果表明VAc-VeoVa分子中叔碳酸與醋酸基團(tuán)的脫除為競(jìng)爭(zhēng)斷裂的關(guān)系。TG和FTIR結(jié)果表明，APP降低了VAc-VeoVa的熱分解溫度，加快了VAc-VeoVa側(cè)鏈基團(tuán)的脫除速度。此外，APP熱分解生成的聚磷酸與VAc-VeoVa分子脫除乙烯酮后生成的側(cè)鏈羥基反應(yīng)生成P-O-C鍵。P-O-C鍵將不飽和烯烴芳構(gòu)化后生成的產(chǎn)物連接成為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，使炭殘余物具有更好的熱穩(wěn)定性。（6）合成了水性含磷苯丙聚合物P（MMA/St/BA/MAA/PAM100），并以此作為成膜物質(zhì)，研究了其在防火涂料中的應(yīng)用。研究結(jié)果表明，乙烯基烷氧基磷酸酯（PAM100）提高了聚合物的熱穩(wěn)定性，屬于凝聚相作用機(jī)理。防火性能測(cè)試結(jié)果表明，以StA-P1.5作為成膜物質(zhì)制備的防火涂料的防火性能最佳。Flymn-Wall-Ozawa（FWO）方法與Kissinger-Akahira-Sunose（KAS）方法計(jì)算結(jié)果表明，PAM100顯著地增大了聚合物的熱分解活化能，但活化能隨PAM100用量地增加而減小。聚合物熱分解的機(jī)理函數(shù)分別為g（α）=-ln（1-α），f（α）=1-α，反應(yīng)級(jí)數(shù)n=1，熱分解速率表達(dá)式為ddtAexpE/RT1。《水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備及防火作用機(jī)理研究》一文得到的防火涂料含有大量的磷酸基團(tuán)，吸水率大，容易造成涂料和金屬腐蝕，可膨脹石墨與有機(jī)高分子的相容性差，涂料的強(qiáng)度不夠，需要改進(jìn)，還需要提高涂料的抗刮擦性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料及其制備方法。本專利技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，由下列重量份的原料制成：聚磷酸銨20-22、季戊四醇7-8、三聚氰胺7-8、可膨脹石墨4-5、氯化石蠟3-3.5、0.1Mol/L硝酸鋅水溶液23-25、0.1Mol/L六次亞甲基四胺水溶液23-25、正硅酸乙酯0.8-1、硅酸鋰1.6-1.8、水適量、甲基丙烯酸甲酯42-43、苯乙烯42-43、丙烯酸丁酯58-60、甲基丙烯酸4-5、乙烯基烷基氧基磷酸酯1.5-1.8、壬基苯基聚乙氧基醚0.3-0.4、十二烷基苯磺酸鈉1.1-1.5、碳酸氫鈉1.3-1.5、過(guò)硫酸鉀1.2-1.5、氨水適量、石墨烯3-3.5、二硫化鉬納米片1.2-1.5、明膠3-4、氟化鋇0.6-0.8。所述抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備方法，包括以下步驟：（1）將可膨脹石墨、無(wú)水乙醇和12-14重量份水混合，在水浴中攪拌加熱至45-48℃，加入氨水調(diào)節(jié)pH為8-9，繼續(xù)攪拌10-15min，再緩慢滴加正硅酸乙酯，滴加完畢后在45-48℃恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)4-4.5h，冷卻至室溫，進(jìn)行洗滌、抽濾、干燥，得到改性可膨脹石墨；（2）將0.1Mol/L硝酸鋅水溶液、0.1Mol/L六次亞甲基四胺水溶液混合，超聲分散6-8min，在94-97℃水浴中反應(yīng)兩個(gè)小時(shí)，得到漿料；（3）將甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸混合均勻，得到混合單體，將十二烷基苯磺酸鈉、碳酸氫鈉加入50-52重量份的水中，攪拌均勻，在水浴中加熱至80-83℃，在240-260rmin攪拌下加本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：聚磷酸銨20?22、季戊四醇7?8、三聚氰胺7?8、可膨脹石墨4?5、氯化石蠟3?3.5、0.1Mol/L硝酸鋅水溶液23?25、0.1Mol/L六次亞甲基四胺水溶液23?25、正硅酸乙酯0.8?1、硅酸鋰1.6?1.8、水適量、甲基丙烯酸甲酯42?43、苯乙烯42?43、丙烯酸丁酯58?60、甲基丙烯酸4?5、乙烯基烷基氧基磷酸酯1.5?1.8、壬基苯基聚乙氧基醚0.3?0.4、十二烷基苯磺酸鈉1.1?1.5、碳酸氫鈉1.3?1.5、過(guò)硫酸鉀1.2?1.5、氨水適量、石墨烯3?3.5、二硫化鉬納米片1.2?1.5、明膠3?4、氟化鋇0.6?0.8。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：聚磷酸銨20-22、季戊四醇7-8、三聚氰胺7-8、可膨脹石墨4-5、氯化石蠟3-3.5、0.1Mol/L硝酸鋅水溶液23-25、0.1Mol/L六次亞甲基四胺水溶液23-25、正硅酸乙酯0.8-1、硅酸鋰1.6-1.8、水適量、甲基丙烯酸甲酯42-43、苯乙烯42-43、丙烯酸丁酯58-60、甲基丙烯酸4-5、乙烯基烷基氧基磷酸酯1.5-1.8、壬基苯基聚乙氧基醚0.3-0.4、十二烷基苯磺酸鈉1.1-1.5、碳酸氫鈉1.3-1.5、過(guò)硫酸鉀1.2-1.5、氨水適量、石墨烯3-3.5、二硫化鉬納米片1.2-1.5、明膠3-4、氟化鋇0.6-0.8。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述抗刮擦可膨脹石墨水性超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：（1）將可膨脹石墨、無(wú)水乙醇和12-14重量份水混合，在水浴中攪拌加熱至45-48℃，加入氨水調(diào)節(jié)pH為8-9，繼續(xù)攪拌10-15min，再緩慢滴加正硅酸乙酯，滴加完畢后在45-48℃恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)4-4...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：汪鵬程，孫巨福，戴宇鈞，祝盆鑫，祝秀鳳，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天長(zhǎng)市銀狐漆業(yè)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：安徽,34