技术领域
[0001] 本
发明属于涂料技术领域，更具体地，本发明涉及一种厚型钢结构防火防辐射涂料。
背景技术
[0002] 随着工业化
进程的发展，尤其是在大中型城市的建设当中，钢结构以其快速方便的施工优越性，已经成为很重要的一个建筑应用材料，作为金属材质的钢构建设，多应用于标准厂房、大型体育场馆、机场、
桥梁、立体
车库以及核
建筑物中。但钢结构的耐火性能且远不如砖混结构，钢材的临界
温度为540℃，达到这一温度，它的承载能
力将降低一半左右。一般的火灾中，15min左右即可达到这一温度，从而导致建筑物的坍塌。这一特性决定了钢结构建筑物必须采取相应的防火措施，通常会在钢结构表面涂刷防火涂料以保证其耐火性能。此外，用于核建筑物，如核电站时，还希望上述防火涂料同时具备防辐射的功能，这样可以避免使用铅板，既减少成本，又可减少中毒的发生。
[0003]
现有技术中使用的厚型钢结构防火涂料，一方面，仅仅能起到一些耐
风蚀作用，无法与钢结构很好的粘固在一起，使用寿命短，另一方面，也不具备防辐射的功能，难以使用在核建筑物中。
[0004] 因此，非常需要通过配方的改进，提供一种能够与钢结构
基层很好的结合在一起，使其寿命长，粘结性能好且具备优异的防火、防辐射功能的涂料。
发明内容
[0005] 为了解决上述问题，本发明的一个方面提供一种厚型钢结构防火防辐射涂料，由粉料和
水组成，按重量比例计，所述粉料与水比例为1:0.6-1:1.5；所述粉料按重量份数计，包括以下成分：
[0006]
[0007]
[0008] 优选地，所述粉料与水比例为1:1.4；所述粉料按重量份数计，包括以下成分：
[0009]
[0010] 在一种实施方式中，所述防火填料为膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、空心玻璃微珠、海泡石中的一种或几种；优选地，所述防火填料为空心玻璃微珠。
[0011] 在一种实施方式中，所述主
粘合剂为
硅酸盐
水泥、高
铝水泥中的一种或两种；优选地，所述主粘合剂为
高铝水泥。
[0012] 在一种实施方式中，所述辅助粘合剂为聚乙烯醇。
[0013] 在一种实施方式中，所述双
氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙由以下方法制备而成：
[0015] 在完全干燥的三口烧瓶中加入1摩尔的三酐和适量间甲酚，在惰性气体保护下搅拌，当三酐完全溶解后，加入0.5～1.2摩尔的四胺，在室温下搅拌30min后，加热至75～85℃，反应3.5～4.5h，再在175～185℃下，反应3.5～4.5h；反应结束后，降至室温，即得萘酐封端超支化聚吡咙溶液；
[0016] (2)制备双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙
[0017] 往步骤(1)得到的萘酐封端超支化聚吡咙溶液中，加入0.3～2摩尔的双氨基聚乙二醇，在惰性气体保护下室温搅拌30min后，加热至75～85℃，反应3.5～4.5h，再在175～185℃下，反应3.5～4.5h；反应结束后，降至室温，把溶液倒入甲醇中，有沉淀析出；用甲醇反复洗涤去除
溶剂后过滤后，于
真空烘箱中50℃下烘干22～24h，即得双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙。
[0018] 在一种实施方式中，所述三酐为1，3，5-三(4-萘
氧基-1，8-二酸)苯三酐；所述用于制备所述双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙的四胺选自3，3’-二氨基联苯胺、3，3’，4，4’-四氨基二苯醚、3，3’，4，4’-四氨基二苯砜、3，3’，4，4’-四氨基二苯甲
酮、1，2，4，5-四氨基苯、1，2，5，6-四氨基萘中的任意一种或多种；优选地，所述用于制备所述双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙的四四胺为3，3’，4，4’-四氨基二苯醚。
[0019] 在一种实施方式中，所述双氨基聚乙二醇的平均聚合度选自44、89、112、135、180、226、453、1135以及2271中的任意一种；优选地，所述双氨基聚乙二醇的平均聚合度为226。
[0020] 在一种实施方式中，所述聚苯并咪唑改性介孔硅由以下方法制备而成：
[0021] (1)氨基封端聚苯并咪唑预聚物的制备
[0022] 将0.1摩尔四胺先溶解在含有85wt％五氧化二磷的1000克多聚
磷酸中，然后将0.05～0.09摩尔的二酸加入到反应液中，在220℃反应15小时后，降至室温，沉析到水中，然后用
氨水中和，过滤，于100℃下真空干燥，得到氨基封端聚苯并咪唑预聚物；
[0023] (2)硅烷改性介孔硅的制备
[0024] 在1000mL的带有搅拌器、
温度计及冷凝管的金属反应容器中加入去离子水100mL、KH-560 1g后，在搅拌下缓慢地加入介孔硅20g，室温下反应30分钟后通过过滤得到硅烷改性介孔硅；
[0025] (3)聚苯并咪唑改性介孔硅的制备
[0026] 在300mL的烧杯中加入上述氨基封端聚苯并咪唑预聚物1.8g，二甲基亚砜150mL，在70℃搅拌溶解后，加入上述硅烷改性介孔硅15g并升温至80℃搅拌混合2小时；然后将混合物倒入去离子水中，并过滤，将
滤饼在120℃真空干燥4小时得到聚苯并咪唑改性介孔硅。
[0027] 在一种实施方式中，所述二酸选自
己二酸、
戊二酸、庚二酸、癸二酸、十二烷二酸、对苯二
甲酸、间苯二甲酸、2，2’-联苯二甲酸、4，4’-联苯二甲酸以及5-氨基间苯二甲酸中的任意一种或多种；所述用于制备所述聚苯并咪唑改性介孔硅的四胺选自3，3’-二氨基联苯胺、3，3’，4，4’-四氨基二苯醚、3，3’，4，4’-四氨基二苯砜、3，3’，4，4’-四氨基二苯甲酮、1，2，4，5-四氨基苯、1，2，5，6-四氨基萘中的任意一种或多种；优选地，所述用于制备所述聚苯并咪唑改性介孔硅的四胺为3，3’-二氨基联苯胺。
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0029] 1、聚吡咙具有优异的耐候性，较高的强度以及良好的
阻燃性能，但是一般的聚吡咙不具有很好的加工性能，且难与体系中的其它物质很好的相容，通过双氨基聚乙二醇的修饰以及选择超支化结构，可以有效地解决相容性以及加工问题，此外，大量氨基的存在，可以作为体系的交联点，大大提高力学强度，超支化的特殊球形结构，可以使得涂料具有较大的内部体积，增大分子链之间的距离，以进一步提高防火以及防辐射性能，从而提供了本发明的有益技术效果。
[0030] 2、聚苯并咪唑具有优异的耐候性以及防辐射性能，通过改性介孔硅，可以大大提高其在体系中的分散性，而且其本身也是一种交联剂，可以完美的分布在涂料中，提高强度。此外，介孔硅具有很强的
吸附能力，且自身具有大量的微观孔洞，可有效降低
能量的传导效率，从而进一步提高涂料的防火以及防辐射能力。
[0031] 3、
石墨烯本身可以作为生产防辐射服的主要原料，通过加入氧化
石墨烯，既可以增强涂料的防辐射能力，又可以通过极性基团的大量引入，提高体系的交联度，从而提高粘结强度。
[0032] 参考以下详细说明更易于理解本
申请的上述以及其他特征、方面和优点。
具体实施方式
[0033] 下面通过
实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0034] 原料:
[0035] 所有四胺、二酸均购自CTI，Sigma Aldrich，Alfa Aesar或SCRC，并且直接使用，无需进一步纯化。聚乙烯醇购自日本可乐丽，型号为PVA-224。亲水性
二氧化硅(干法气相二氧化硅)，购自沈阳化工股份有限公司。介孔硅为MCM-41型，购自南京先丰
纳米材料有限公司。环氧硅烷
偶联剂KH-560购自国药集团化学
试剂有限公司。氧化石墨烯购自苏州优锆纳米材料有限公司，型号为UG-S10。其他原料均购自阿拉丁试剂有限公司。
[0036] A1：膨胀珍珠岩
[0037] A2：空心玻璃微珠
[0039] B2：高铝水泥
[0040] C1：聚乙烯醇
[0041] D1：硅灰石粉
[0043] F1：双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙，由以下方法制备而成：
[0044] (1)制备萘酐封端超支化聚吡咙溶液
[0045] 在完全干燥的三口烧瓶中加入1摩尔的1，3，5-三(4-萘氧基-1，8-二酸)苯三酐和2000ml间甲酚，在氮气保护下搅拌，当三酐完全溶解后，加入0.5摩尔的3，3’-二氨基联苯胺，在室温下搅拌30min后，加热至85℃，反应3.5h，再在185℃下，反应4.5h；反应结束后，降至室温，即得萘酐封端超支化聚吡咙溶液；
[0046] (2)制备双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙
[0047] 往步骤(1)得到的萘酐封端超支化聚吡咙溶液中，加入2摩尔的平均聚合度为226的双氨基聚乙二醇，在氮气保护下室温搅拌30min后，加热至85℃，反应4.5h，再在185℃下，反应4.5h；反应结束后，降至室温，把溶液倒入甲醇中，有沉淀析出；用甲醇反复洗涤去除溶剂后过滤后，于真空烘箱中50℃下烘干24h，即得双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙。
[0048] F2：双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙，由以下方法制备而成：
[0049] (1)制备萘酐封端超支化聚吡咙溶液
[0050] 在完全干燥的三口烧瓶中加入1摩尔的1，3，5-三(4-萘氧基-1，8-二酸)苯三酐和2000ml间甲酚，在氮气保护下搅拌，当三酐完全溶解后，加入1摩尔的3，3’-二氨基联苯胺，在室温下搅拌30min后，加热至85℃，反应3.5h，再在185℃下，反应4.5h；反应结束后，降至室温，即得萘酐封端超支化聚吡咙溶液；
[0051] (2)制备双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙
[0052] 往步骤(1)得到的萘酐封端超支化聚吡咙溶液中，加入1摩尔的平均聚合度为226的双氨基聚乙二醇，在氮气保护下室温搅拌30min后，加热至85℃，反应4.5h，再在185℃下，反应4.5h；反应结束后，降至室温，把溶液倒入甲醇中，有沉淀析出；用甲醇反复洗涤去除溶剂后过滤后，于真空烘箱中50℃下烘干24h，即得双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙。
[0053] F3：双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙，由以下方法制备而成：
[0054] (1)制备萘酐封端超支化聚吡咙溶液
[0055] 在完全干燥的三口烧瓶中加入1摩尔的1，3，5-三(4-萘氧基-1，8-二酸)苯三酐和2000ml间甲酚，在氮气保护下搅拌，当三酐完全溶解后，加入1摩尔的3，3’，4，4’-四氨基二苯醚，在室温下搅拌30min后，加热至85℃，反应3.5h，再在185℃下，反应4.5h；反应结束后，降至室温，即得萘酐封端超支化聚吡咙溶液；
[0056] (2)制备双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙
[0057] 往步骤(1)得到的萘酐封端超支化聚吡咙溶液中，加入1摩尔的平均聚合度为226的双氨基聚乙二醇，在氮气保护下室温搅拌30min后，加热至85℃，反应4.5h，再在185℃下，反应4.5h；反应结束后，降至室温，把溶液倒入甲醇中，有沉淀析出；用甲醇反复洗涤去除溶剂后过滤后，于真空烘箱中50℃下烘干24h，即得双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙。
[0058] G1：亲水性二氧化硅(干法气相二氧化硅)
[0059] G2：介孔硅
[0060] G3：聚苯并咪唑改性介孔硅，由以下方法制备而成：
[0061] (1)氨基封端聚苯并咪唑预聚物的制备
[0062] 将0.1摩尔3，3’，4，4’-四氨基二苯醚先溶解在含有85wt％五氧化二磷的1000克多聚磷酸中，然后将0.05摩尔的对苯二甲酸加入到反应液中，在220℃反应15小时后，降至室温，沉析到水中，然后用氨水中和，过滤，于100℃下真空干燥，得到氨基封端聚苯并咪唑预聚物；
[0063] (2)硅烷改性介孔硅的制备
[0064] 在1000mL的带有搅拌器、温度计及冷凝管的金属反应容器中加入去离子水100mL、KH-560 1g后，在搅拌下缓慢地加入介孔硅MCM-41 20g，室温下反应30分钟后通过过滤得到硅烷改性介孔硅；
[0065] (3)聚苯并咪唑改性介孔硅的制备
[0066] 在300mL的烧杯中加入上述氨基封端聚苯并咪唑预聚物1.8g，二甲基亚砜150mL，在70℃搅拌溶解后，加入上述硅烷改性介孔硅15g并升温至80℃搅拌混合2小时；然后将混合物倒入去离子水中，并过滤，将滤饼在120℃真空干燥4小时得到聚苯并咪唑改性介孔硅。
[0067] G4：聚苯并咪唑改性介孔硅，由以下方法制备而成：
[0068] (1)氨基封端聚苯并咪唑预聚物的制备
[0069] 将0.1摩尔3，3’-二氨基联苯胺先溶解在含有85wt％五氧化二磷的1000克多聚磷酸中，然后将0.09摩尔的5-氨基间苯二甲酸加入到反应液中，在220℃反应15小时后，降至室温，沉析到水中，然后用氨水中和，过滤，于100℃下真空干燥，得到氨基封端聚苯并咪唑预聚物；
[0070] (2)硅烷改性介孔硅的制备
[0071] 在1000mL的带有搅拌器、温度计及冷凝管的金属反应容器中加入去离子水100mL、KH-560 1g后，在搅拌下缓慢地加入介孔硅MCM-41 20g，室温下反应30分钟后通过过滤得到硅烷改性介孔硅；
[0072] (3)聚苯并咪唑改性介孔硅的制备
[0073] 在300mL的烧杯中加入上述氨基封端聚苯并咪唑预聚物1.8g，二甲基亚砜150mL，在70℃搅拌溶解后，加入上述硅烷改性介孔硅15g并升温至80℃搅拌混合2小时；然后将混合物倒入去离子水中，并过滤，将滤饼在120℃真空干燥4小时得到聚苯并咪唑改性介孔硅。
[0074] H1：KH-560
[0075] I1：氧化石墨烯
[0076] 实施例1
[0077] 按重量份计，将35份B1、3份C1加入无重力
搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入5份D1、7份E1、8份F1、8份G1、5份H1以及5份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入20份A1；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:0.6的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0078] 实施例2
[0079] 按重量份计，将45份B2、8份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入15份D1、15份E1、15份F1、15份G1、15份H1以及15份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入50份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.5的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0080] 实施例3
[0081] 按重量份计，将40份B2、6份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入10份D1、10份E1、9份F1、10份G1、12份H1和10份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入45份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.4的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0082] 实施例4
[0083] 按重量份计，将40份B2、6份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入10份D1、10份E1、9份F2、10份G2、12份H1和10份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入45份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.4的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0084] 实施例5
[0085] 按重量份计，将40份B2、6份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入10份D1、10份E1、9份F3、10份G3、12份H1和10份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入45份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.4的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0086] 实施例6
[0087] 按重量份计，将40份B2、6份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入10份D1、10份E1、9份F3、10份G4、12份H1和10份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入45份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.4的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0088] 对比例1
[0089] 按重量份计，将40份B2、6份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入10份D1、10份E1、9份F3、12份H1和10份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入45份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.4的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0090] 对比例2
[0091] 按重量份计，将40份B2、6份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入10份D1、10份E1、10份G4、12份H1和10份I1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入45份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.4的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0092] 对比例3
[0093] 按重量份计，将40份B2、6份C1加入无重力搅拌机中，打开飞刀，以避免出现粘合，防止搅拌不均，搅拌时间为3分钟，关闭飞刀，再加入10份D1、10份E1和12份H1，继续搅拌，搅拌时间为3分钟，加入45份A2；继续搅拌，搅拌时间为：2分钟，计量打包出料。将粉料搅拌均匀后，按照粉料与水之比为1:1.4的比例搅拌均匀，按重量比计，即可使用。
[0094] 测试方法
[0095] 按照GB/14907-2002标准测试，具体为：
[0096] 1、状态测试：观察涂料的分散性以及是否有结
块[0097] 2、表干时间应≤24h
[0098] 3、抗裂性：允许出现1～3条裂纹，其宽度应≤1mm
[0099] 4、粘结强度≥0.04Mpa
[0100] 5、抗压强度≥0.5Mpa
[0102] 7、耐
碱性：经360h后，涂层不开裂、起层、脱落现象
[0103] 8、耐酸性：经360h后，涂层不开裂、起层、脱落现象
[0104] 9、耐火极限：涂层厚度为25mm，测试耐火极限/h
[0105] 测试结果见表1。
[0106] 表1
[0107]
[0108] 以上数据可以看出，与不使用双氨基聚乙二醇修饰超支化聚吡咙、聚苯并咪唑改性介孔硅以及氧化石墨烯的防火涂料相比，本发明的防火涂料具有明显更好的性能，因此提供了本发明的有益技术效果。
[0109] 前述的实例仅是说明性的，用于解释本公开的特征的一些特征。所附的
权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，
申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求
覆盖。
