CN101117510A

CN101117510A - 一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料

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Publication number: CN101117510A
Application number: CNA2007101443219A
Authority: CN
Inventors: 王清文; 王奉强; 张志军; 隋淑娟; 宋永明
Original assignee: Northeast Forestry University
Current assignee: Northeast Forestry University
Priority date: 2007-09-14
Filing date: 2007-09-14
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: CN101117510B

Abstract

一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，它涉及一种膨胀型水性阻燃涂料。本发明解决了阻燃涂料在使用过程中有害有机挥发物的释放，脱水催化剂分解温度偏高导致阻燃效果较差，以及阻燃木质材料的生产周期长、效率较低、成本较高的问题。本发明的材料由氨基树脂、醋酸乙烯树脂、脱水催化剂、三聚氰胺、成炭剂、涂料助剂、消泡剂、颜填料和水组成。本发明产品贮存时间长、附着力好、热释放缓慢且较低、发烟量低，柔韧性与耐冲击性良好；而且施工方法简单、操作方便、容易推广应用，在使用过程中无有害有机挥发物的释放。与现有木质材料阻燃液相比，本发明的阻燃涂料具有方法简单、便于操作、成本低和效率高的优点。

Description

一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料

技术领域

本发明涉及一种膨胀型水性阻燃涂料；具体涉及一种用于木质材料的改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料。

背景技术

目前在室内装修中木质材料及涂料用量逐年递增。由于木质材料和有些涂料本身的可燃性和易燃性，必然存在火灾隐患。近年来，由于装饰材料的大量使用，这种火灾呈上升趋势。制备新型的不燃、难燃、低毒装饰材料，受到国家有关部门的高度重视。

因此阻燃涂料(又称为防火涂料)成为研究的热点。但现有的阻燃涂料仍然存在着一些不足：

通过涂膜的催化成炭作用以实现对基材阻燃的现有技术，采用的脱水催化剂分解温度偏高而低温活性差，涂料的阻燃性能欠佳。因为火灾发生时，成膜物质往往先于脱水催化剂受热分解，产生较多的可燃的挥发性有机化合物，影响炭层的形成和结构，进而影响对基材的保护作用。如申请号为02125515.6的专利中公开的一种多用途膨胀型防火涂料，使用多聚磷酸铵(分解温度≥300℃)为脱水催化剂；申请号为200610086951.0的专利中公开的多功能防火涂料，采用磷酸聚氰胺、聚磷酸铵和硼砂为复合脱水催化剂，其分解产生酸性催化物质的温度也在300℃以上。

申请号为03121755.9的专利公开的一种水性阻燃涂料中使用了一种含卤阻燃剂十溴联苯醚，以及申请号为02110297.X和02125515.6的专利中公开的阻燃涂料中有高氯化聚乙烯、氯化石蜡等组分存在，这些含卤素的成分能够提高涂料的气相阻燃作用，但是使用这些阻燃涂料的场合一旦着火，会分解释放出含卤腐蚀性气体HBr、HCl等，不仅对周围建筑造成伤害，对人体也带来很大危害。

膨胀型阻燃涂料在遇火焰时，涂层发生自身膨胀，形成比原有厚度大几十倍的炭质泡沫层，阻止火源对基材侵袭，使基材不燃或难燃，从而为人们逃离火灾现场并赢得灭火时间起到重要作用。因此膨胀型阻燃涂料受到人们广泛的关注。但目前使用的膨胀型阻燃涂料或者存在着在使用过程中有害有机挥发物的释放(有机溶剂型阻燃涂料)的问题，或者同样存在着脱水催化剂分解温度偏高而阻燃性差等问题。

对于木质材料的阻燃处理方法大多以阻燃液浸渍木质材料，这在很大程度上提高了阻燃木质材料生产、加工企业的生产成本，而且对设备要求较高，应用范围具有一定的局限性。

发明内容

为了解决阻燃涂料在使用过程中有害有机挥发物的释放，脱水催化剂分解温度偏高而阻燃性差，以及阻燃木质材料的生产周期长、效率较低、成本较高的问题，本发明提供了一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料。本发明产品尤其适于在木质材料上使用。本发明的改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料按重量份由18～36份氨基树脂、10～35份醋酸乙烯树脂、15～45份脱水催化剂、2～12份三聚氰胺、6～18份成炭剂、2～8份涂料助剂、0.5～2份消泡剂、3～10份颜填料和100～150份水组成。本发明中氨基树脂与醋酸乙烯树脂优选的重量比是1.1～1.6∶1。

所述的氨基树脂为脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂或醚化改性氨基树脂。所述的醋酸乙烯树脂为聚乙酸乙烯酯树脂(PVAc)或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)乳液。氨基树脂是本发明涂料的主要成膜物质。氨基树脂对膨胀型水性阻燃涂料的性能具有重大影响，氨基树脂不仅具有成膜物质的作用，在遇火后阻燃涂料发挥效用时，它还起到了发泡剂的作用(分解释放出氨气、水蒸气等)，从而减少了发泡剂的用量。氨基树脂的普遍缺点：用量过多会使涂膜硬脆，容易开裂。因此，本发明选用了醋酸乙烯树脂(PVAc或EVA)作为氨基树脂的改性树脂，从而避免了其涂膜易开裂的缺点，而且EVA可进一步改善涂膜的耐水性。添加柔性的醋酸乙烯树脂能够赋予成膜物优良的韧性，改善氨基树脂韧性。本发明优选改性氨基树脂与EVA乳液组合，以获得具有涂膜耐水性好等特点的阻燃涂料。

所述的脱水催化剂为磷酸脒基脲与聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、磷酸一铵、磷酸二铵中的一种或几种的组合，磷酸脒基脲占脱水催化剂重量的20％～80％；所述的聚磷酸铵聚合度大于20。脱水催化剂能够促进发泡剂和成炭剂的逐步脱水、分解和进一步碳化，形成致密的三维网状的膨胀炭层，同时还能够有效减少成膜树脂热分解产生的醛、酮等有害物质的量。本发明的脱水催化剂由分解温度较低的磷酸脒基脲(分解温度184℃)和分解温度较高(300℃以上)的磷酸盐类(聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、磷酸一铵、磷酸二铵)组成，既能够在比成膜物质、成炭剂和发泡剂略低的温度下分解产生催化脱水作用，又能够在高温(300℃以上)下催化成炭，因而脱水催化作用显著提高。本发明中优先选用高聚合度(n＞1000)聚磷酸铵和磷酸脒基脲的共混物作为脱水催化剂，其中磷酸脒基脲与聚合度大于1000的聚磷酸铵的重量比为0.35～0.85∶1。磷酸脒基脲的使用可有效提高阻燃涂料的贮存稳定性，使返粗等现象延迟几个月甚至不出现，同时还具有较强的发泡作用。

本发明中的三聚氰胺、磷酸脒基脲和氨基树脂共同组成了复合发泡剂，在膨胀型水性阻燃涂料中也发挥有重要作用，当阻燃涂料遇火时，可以分解放出不燃或难燃性气体，以利于均匀致密的膨胀炭层的生成，在不同温度阶段持续供气，使膨胀炭层的形成更加充分。例如，本发明所用的磷酸脒基脲开始分解的温度在184℃，而本发明所使用的成膜树脂开始分解的温度较低并与此相适应，可以在受热初期产生发泡而实现一定程度的阻燃，三聚氰胺的分解则基本在300℃以上，可以保证在更高温度时的气体供应。

所述的成炭剂为季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉中的一种或几种的组合。本发明中氨基树脂与成炭剂组合，在遇火时分解形成难燃的三维网状的膨胀泡沫炭化层，其在膨胀型水性阻燃涂料发挥阻燃效力时起到非常重要的作用，也正因为形成了较厚的膨胀炭层，有效阻隔了外部热源对基材的热辐射，阻断了外部氧气与基材的接触，从而延缓火灾的进一步蔓延，给人们逃生和消防人员的扑救工作赢得较充裕的时间。

所述的涂料助剂由润湿分散剂、增稠剂、流变助剂、防霉剂中一种或几种的组合；所述的润湿分散剂为润湿分散剂W-519或润湿分散剂PM-DISPERSANT 2080，所述的增稠剂为羟乙基纤维素5-60000，所述的流变助剂为流变助剂WT-202，所述的防霉剂为TLR-701杀菌防霉剂或防霉抗菌剂NB203。本发明所使用的涂料助剂均为市售的水性涂料助剂，以有效改善涂料的加工性、施工性和贮存性等。

所述的消泡剂为消泡剂A34、消泡剂SN-345或消泡剂LT-201。

所述的颜填料为钛白粉或氧化锌粉。本发明中的颜填料不但可以使阻燃涂料较好地着色，而且可以增强膨胀炭层的骨架结构。另外，若想使阻燃涂料具有其他颜色，可以选用其他颜色的无机颜料或有机颜料。

本发明具有下述优点：

1)本发明的阻燃涂料以水为分散介质和稀释剂，不含有害的挥发性有机物和有害重金属，安全环保。

2)本发明的阻燃涂料对木质材料的阻燃的效果显著。本发明的材料阻燃涂料与三层木制胶合板素板相比较，其耐点燃时间提高了9倍，总热释放量降低为42.5％，热释放速率峰值降低为11.5％；其烟释放显著降低，总烟释放量降为素板的53％，烟释放速率降为12％。

3)本发明的阻燃涂料，所使用的阻燃体系不含有卤族元素，遇火分解时不会有卤化氢等腐蚀性气体放出，不会对周围环境、周围建筑物、人体等造成危害。

4)本发明的阻燃涂料，干膜厚度为0.3mm时即可使膨胀炭层骨架结构致密、膨胀倍数可达百倍，很不易被烧破。本发明的阻燃涂料贮存稳定性2个月以上，细度在15μm以下，表干时间3h以内，实干时间12h以内，附着力好，具有一定的柔韧性，耐冲击性良好。

5)本发明的阻燃涂料，其中多种组分具有多种功能，例如：磷酸脒基脲的加入，不仅作为酸源，还作为气源；氨基树脂，不仅作为成膜物质，而且作为碳源(成炭剂)，还作为气源起作用。这样不仅可以节省各组分的添加量，还可以保证阻燃涂料在不同温度时能够持续起到阻燃作用，更利于阻燃涂料发挥效用。

6)本发明对木质材料的阻燃处理方法是将阻燃涂料直接涂覆在木质材料表面。与现有木质材料阻燃液(处理方法大多以阻燃液浸渍木质材料)相比，本发明的阻燃涂料具有方法简单、便于操作、成本低和效率高的优点。

8)本发明的阻燃涂料鉴于以上特点，本发明的膨胀型水性改性氨基树脂基阻燃涂料适用于室内装饰装修领域的木质材料阻燃防火，尤其是歌舞剧院、会堂、宾馆酒店、办公写字楼、别墅等室内顶棚、墙围等木质装饰材料的阻燃防火。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中的改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料按重量份由18～36份氨基树脂、10～35份醋酸乙烯树脂、15～45份脱水催化剂、2～12份三聚氰胺、6～18份成炭剂、2～8份涂料助剂、0.5～2份消泡剂、3～10份颜填料和100～150份水组成。

采用常规方法制备，是通过下述步骤实现：

(1)将脱水催化剂、发泡剂、成炭剂和适量水加入到砂磨机(或球磨机、胶体磨)中，进行碎解并混合均匀，过筛，得浆料a；

(2)将涂料助剂和适量水于搅拌罐中搅拌均匀，得液体b；

(3)将颜填料和适量水于搅拌罐中搅拌均匀，得浆料c；涂料中总的用水量是涂料中固形物含量的30％～60％

(4)将氨基树脂、醋酸乙烯树脂和适量水于搅拌罐中搅拌均匀，加入浆料a并搅拌均匀，得浆料d；

(5)将浆料d加入到高效分散机中分散均匀(约1.5h)，然后加入液体b和浆料c，进一步混合均匀，过筛、罐装，即得膨胀型水性阻燃涂料成品。。

具体实施方式二：本实施方式中的改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料按重量份由20～30份氨基树脂、15～30份醋酸乙烯树脂、20～40份脱水催化剂、5～10份三聚氰胺、10～15份成炭剂、3～6份涂料助剂、0.8～1.5份消泡剂、5～8份颜填料和105～130份水组成。

具体实施方式三：本实施方式中的改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料按重量份由30份氨基树脂、18份醋酸乙烯树脂、30份脱水催化剂、8份三聚氰胺、12份成炭剂、6份涂料助剂、1份消泡剂、6份颜填料和120份水组成。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是氨基树脂与醋酸乙烯树脂的重量比为1.1～1.6∶1。其它于具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是所述的氨基树脂为脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂或醚化改性氨基树脂。其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是所述的醋酸乙烯树脂为聚乙酸乙烯酯树脂(PVAc)或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)乳液。其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是所述的脱水催化剂为磷酸脒基脲与聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、磷酸一铵、磷酸二铵中的一种或几种的组合，磷酸脒基脲占脱水催化剂重量的20％～80％。其它与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式中聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、磷酸一铵、磷酸二铵中的几种与磷酸脒基脲组合时，它们间按任意比混合。所述的聚磷酸铵聚合度大于20。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是聚磷酸铵的聚合度为1000～6000。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是脱水催化剂为磷酸脒基脲和聚合度大于1000的聚磷酸铵的共混物，其中磷酸脒基脲与聚合度大于1000的聚磷酸铵的重量比为0.35～0.85∶1。其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是所述的成炭剂为季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉中的一种或几种的组合。其它与具体实施方式一、二或三相同。

本实施方式中成炭剂为组合物时，各种成炭剂间可按任意比组合。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是所述的涂料助剂由润湿分散剂、增稠剂、流变助剂、防霉剂中一种或几种的组合。

本实施方式中涂料助剂为组合物时，各种涂料助剂间可按任意比混合。所述的润湿分散剂为润湿分散剂W-519或润湿分散剂PM-DISPERSANT 2080，所述的增稠剂为羟乙基纤维素5-60000，所述的流变助剂为流变助剂WT-202，所述的防霉剂为TLR-701杀菌防霉剂或防霉抗菌剂NB203。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是所述的消泡剂为消泡剂A34、消泡剂SN-345或消泡剂LT-201。其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是所述的颜填料为钛白粉或氧化锌粉。其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式十四：本实施方式中用于木质材料的改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料按重量份数比由29.2份三聚氰胺改性脲醛树脂、20.8份聚乙酸乙烯酯树脂、12.8份磷酸脒基脲、23.2份聚磷酸铵、11.2份季戊四醇、2.8份三聚氰胺、1份润湿分散剂W-519、1份羟乙基纤维素5-60000、1份消泡剂A34，4份钛白粉，1份流变助剂WT-202和水120份组成。

具体实施方式十五：本实施方式中用于木质材料的改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料按重量份数比由30份脲醛树脂、20份乙烯-乙酸乙烯共聚树脂、15.5份磷酸脒基脲、20.4份聚磷酸铵、9.2份季戊四醇、4.9份三聚氰胺、1份润湿分散剂PM-DISPERSANT 2080、1.5份羧甲基纤维素、1份消泡剂A34、3份氧化锌粉、1.5份流变助剂WT-202和120份水组成。

将三层木制胶合板素板(样1)、涂饰市售阻燃涂料胶合板(样2)及涂饰本实施方式的氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料的胶合板(样3)采用锥形量热仪50kW/m²热辐射功率(本试验条件下相当于表面温度720℃)进行试验，其锥形量热仪试验(50kW/m²)对比分析结果见表1。

表1

试样	点燃时间(TTI)s	总热释放量(THR)MJ/m²	热释放速率(HRR)kW/m²
试样	点燃时间(TTI)s	总热释放量(THR)MJ/m²	热释放速率(HRR)kW/m²	样1	41	16.9	361.2
样2	101	14.9	172.5	样1	41	16.9	361.2
样2	101	14.9	172.5	样3	414	7.2	41.8

由表1可见，本实施方式的阻燃涂料涂饰的三层木质胶合板，其点燃时间(TTI)较三层木制胶合板延长了373s(为素板的10倍)，总热释放量(THR)7.2MJ/m²(为三层木制胶合板素板的42.5％)，热释放速率峰值(pk-HRR)42kW/m²(为三层木制胶合板素板的11.5％)。并且本实施方式中阻燃涂料涂饰的三层木质胶合板的烟释放显著降低，总烟释放量降为素板的53％，烟释放速率降为12％。

Claims

1.一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于它按重量份由18～36份氨基树脂、10～35份醋酸乙烯树脂、15～45份脱水催化剂、2～12份三聚氰胺、6～18份成炭剂、2～8份涂料助剂、0.5～2份消泡剂、3～10份颜填料和100～150份水组成。

2.根据权利要求1所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于它按重量份由20～30份氨基树脂、15～30份醋酸乙烯树脂、20～40份脱水催化剂、5～10份三聚氰胺、10～15份成炭剂、3～6份涂料助剂、0.8～1.5份消泡剂、5～8份颜填料和105～130份水组成。

3.根据权利要求1所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于氨基树脂与醋酸乙烯树脂的重量比为1.1～1.6∶1。

4.根据权利要求1或2所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于所述的氨基树脂为脲醛树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂或醚化改性氨基树脂。

5.根据权利要求1或2所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于所述的醋酸乙烯树脂为聚乙酸乙烯酯树脂或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物乳液。

6.根据权利要求1或2所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于所述的脱水催化剂为磷酸脒基脲与聚磷酸铵、焦磷酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、磷酸一铵、磷酸二铵中一种或几种的组合，磷酸脒基脲占脱水催化剂重量的20％～80％；所述的聚磷酸铵聚合度大于20。

7.根据权利要求1或2所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于所述的脱水催化剂为磷酸脒基脲和聚合度大于1000的聚磷酸铵的共混物，其中磷酸脒基脲与聚合度大于1000的聚磷酸铵的重量比为0.35～0.85∶1。

8.根据权利要求1或2所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于所述的成炭剂为季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、淀粉中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求1或2所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于所述的涂料助剂由润湿分散剂、增稠剂、流变助剂、防霉剂中一种或几种的组合；所述的润湿分散剂为润湿分散剂W-519或润湿分散剂PM-DISPERSANT 2080，所述的增稠剂为羟乙基纤维素5-60000，所述的流变助剂为流变助剂WT-202，所述的防霉剂为TLR-701杀菌防霉剂或防霉抗菌剂NB203。

10.根据权利要求1或2所述的一种改性氨基树脂基膨胀型水性阻燃涂料，其特征在于所述的消泡剂为消泡剂A34、消泡剂SN-345或消泡剂LT-201；所述的颜填料为钛白粉或氧化锌粉。