[发明专利]一种氧化石墨烯改性的非膨胀型钢结构防火防腐双功能涂料及方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯改性的非膨胀型 钢结构防火防腐双功能涂料。

背景技术

钢材因其自身强度高、重量轻、抗震性能佳和可靠性高等众多优点被 工程师们所青睐，越来越多的以钢结构或钢混结构为主的大跨度，大悬挑，超高 层等超高超限结构不断诞生。与此同时，由火灾和腐蚀所带来的问题就亟待解决。 钢材本身的耐火性能较差，当温度为500℃时，钢材的屈服强度将降至常温下强 度的一半，温度达到600℃时，钢材将基本丧失全部强度和刚度。

火灾会给人类社会造成巨大的生命财产损失，尤其是在经济发达地区， 人口越稠密，物资越集中，火灾越容易发生、扩展和蔓延，火灾造成的损失更惨 重。根据我国公安部消防局统计公布的数据显示：2011年，全国共接报火灾12.5 万起，死亡1108人，受伤571人，直接财产损失20.6亿元；2012年，全国共接 报火灾15.2万起，死亡1028人，受伤575人，直接财产损失21.8亿元。

腐蚀给人类带来的损失也是很大的。据有关资料统计，世界上每年因 腐蚀而报废的金属材料和设备相当于生产量的20％以上，其中钢铁的腐蚀是最 主要的。

石墨烯是最近几年发展起来的一种新型无机纳米材料。单层石墨烯仅 有一个碳原子的厚度，它是由碳原子以SP²杂化轨道连接形成并可无限扩展的二 维晶体，碳原子规整的排列于平面六边形蜂窝状点阵结构单元之中，可以看成是 剥离的单层石墨分子。石墨烯独特的二维结构使得它具有出众的力学、电学、光 学等性能，被认为是当今世界上发现的最优质的材料。

石墨烯具有热稳定性、化学稳定性以及耐腐蚀性等特点，将其作为填 料加入聚合物纳米复合材料中，不仅能发挥其自身的纳米尺寸效应，也可以将其 所具备的优异性能赋予聚合物基体，使复合材料的相关性质有所提高，甚至出现 质的飞跃。

多种钢结构防火保护材料和方法相继被各国开发和采用，如粘贴无机 防火板、柔性卷材、纤维板，钢结构防火涂料和结构内部通水等，其中防火涂料 因其重量轻，耐火时间长，耐久性好，施工方便等诸多优点而被广泛采用。

钢结构防火涂料根据防火机理分为膨胀型和非膨胀型二大类，膨 胀型防火涂料厚度较薄，遇火后自身发泡膨胀，形成比原始厚度大数十倍的碳质 层而起到防火阻燃效果；非膨胀型防火涂料主要成分为无机绝热材料。现有防火、 防腐涂料大都比较单一，防火涂料的防腐性能较差，而防腐涂料的防火性能又不 好。很多时候基材进行防火的同时需要先进行防腐处理，目前普遍采用的是将两 种涂料混合使用，这会导致施工周期增长，成本增加；有时两种涂料的结合不理 想，容易出现剥离脱落等现象。目前现有技术制备防火防腐双功能涂料的方法主 要集中在膨胀型，对于非膨胀型防火防腐双功能涂料主要有以下几种方法：

1，中国专利申请日为2006年11月15日，申请号为200610022262.3，公布 号为CN1948404A，公布日为2007年4月18日，专利名称为“非膨胀型钢结 构防火防腐涂料”所述的涂料是由如下重量份的组分组成：基料50～60，膨胀 蛭石4～8，云母粉8～12，空心漂珠6～10，膨胀珍珠岩10～15，三聚磷酸二氢 铝8～14，SiO₂改性偏硼酸钡6～9，水105～115。该涂料是一种用于钢结构防 火防腐保护的非膨胀型双功能涂料。

2，中国专利申请日为2011年5月16日，申请号为201110125726.4，公布 号为CN102249708A，公布日为2011年11月23日，专利名称为“一种厚型钢 结构防腐、防火一体化涂层的制备方法”所述的涂料是一种先分别制备耐火型钢 结构防腐底漆和厚型钢结构防火涂料，再经过钢结构表面清洁处理、涂敷防腐底 漆、打磨、涂覆防火涂料等步骤而获得的乳液——水泥——硅酸铝纤维体系厚型 钢结构防腐、防火涂层。该发明综合成本低，具有集防腐、防火于一体，适用于 航天、石油、化工、电力、冶金、国防、轻纺工业等各类建筑物承重钢结构构件 的防腐、防火防护。

虽然已经有一些制备非膨胀型防火防腐双功能涂料的方法，但将 石墨烯优异的特性应用到非膨胀型钢结构防火防腐双功能涂料的报道至今还没 有；另外，现有技术制备的非膨胀型防火防腐双功能涂料虽然具有一定的防火防 腐功能，但其粘结性能和力学性能很难同时得到很好地满足。

发明内容