CN101343426B - 一种天然矿物粉阻燃涂料 - Google Patents

Abstract

本发明是一种天然矿物粉制备阻燃涂料。它是用一种或多种天然无机高分子矿物成分经提纯、活化、添加分散剂、固化剂、增稠剂、辅助发泡剂复配而成的高效阻燃涂料，原料的具体重量组份为：水20-50份，蒙脱石粉5-10份，海泡石粉5-10份，坡缕石粉5-10份，光卤石粉3-5份，三聚氰胺4-10份，金属硫酸盐1-3份，气相法二氧化硅0.5-2份，气相法二氧化钛1-2份，增稠剂0.5-3份，分散剂1-3份。采用上述配方制得的阻燃剂涂覆在基材表面，结合强度高，长期使用不开裂；能够吸附空气游离水的无机高分子涂料。该阻燃涂料，是一种阻燃效果明显，少烟、无毒、无刺激性和无腐蚀性的水溶性阻燃涂料，同时兼具施工简单、成本低廉的优势。

Description

一种天然矿物粉阻燃涂料

技术领域

本发明涉及防火技术领域，尤其是一种由多种天然无机高分子矿物成分组成的天然矿物粉阻燃涂料。

背景技术

阻燃涂料的类型，可用不同的方法来定义，从它所用的基料来分，可分为无机型和有机型。无机型阻燃涂料是以无机粘接剂为其基料；有机型阻燃涂料以天然的或合成的有机树脂、有机乳液为其基料；从阻燃方式来分，可分为非膨胀型和膨胀型。

有机型阻燃剂，因采用有机粘接剂为基料，含有较多的C、H、O元素，在火场的高温下有分解汽化，甚至助燃的可能。部分有机基料的室温自干性较差，需要高温烘干或酸类催化剂催干，工序复杂，消耗能源，成本较高，同时散发出刺激性气味，给人体造成伤害，污染环境，所以以水基为代表的无机型阻燃涂料是未来的发展方向。

非膨胀型防火涂料受火时涂料基本上不发生体积变化，形成釉状保护层。它能起到隔绝氧气的作用，使氧气不能与被保护的易燃基料接触，从而避免或降低燃烧反应。但这类涂料所生成的釉状保护层热导率往往较大，隔热效果差。为了取得一定的阻燃效果，一般该类涂料的厚度较厚。即使这样，其防火隔热的效果也是相当有限的。膨胀型阻燃涂料在受火时膨胀发泡，形成泡沫层，泡沫层不仅隔绝了空气中的氧气，而且因为其质地疏松而具有良好的隔热性能，可以延滞热量传向被保护基材速率。涂料膨胀发泡产生泡沫层的过程因为是一个体积膨胀的过程而成为一个吸热过程，同时也消耗大量热量，有利于降低体系的温度，故其阻燃隔热效果显著。由于非膨胀型阻燃涂料一般比膨胀型阻燃涂料厚，因而单位面积用量大，使用成本高，装饰效果差，并且其阻燃隔热效果不及膨胀型防火涂料，所以膨胀型阻燃涂料的应用前景更加广泛。

目前阻燃涂料中卤素系产品的用途十分广泛，但是此类阻燃剂有很大的缺点：它能降低被阻燃基材的抗紫外线稳定性，燃烧时生成较多的烟、腐蚀气体和有毒气体，给环境和人类带来了不亚于火灾的危害性。目前，尽管人们对卤系阻燃产品的应用前景和危害程度尚未完全取得共识，但出于对环境保护和安个应用的考虑，全球阻燃研究纷纷转向了无卤生态性研究，希望使用的阻燃材料具有环境安全性和使用安全性，无毒、无公害。目前的无卤阻燃体系中主要是无机氢氧化物添加剂和有机膨胀型阻燃剂。但是一般无机氢氧化物添加剂的添加量必须超过50％以上才有明显的阻燃效果，而添加量过少又起不到有效的阻燃作用，有机膨胀型阻燃剂热稳定性差，材料成本高。

美国专利US6245252报道了一种通过反相聚合得到的一种交联高分子聚合物凝胶，该材料具有很强的吸水性，利用这类材料作为防火设备中的填料。但是这种阻燃方式存在一定缺陷，一旦该凝胶内部的水平被蒸发完毕，由于这种材料本身是有机结构，就完全丧失了阻燃能力；另外，这类材料不耐紫外线辐照，使用温度不能超过40℃，自重较大等，极大地限制了它的应用。美国专利6019796报道了一种阻燃涂料的配方，但是这种涂料配方中含有铵盐，往往对被涂料的装置和设备产生较严重腐蚀。

发明内容

本发明的目的是针对现有阻燃涂料存在的问题，提供一种由多种天然无机高分子矿物成分经提纯、活化复配而成的、具有少烟、无毒、无刺激性和无腐蚀性的高效阻燃涂料及其制备方法。

本发明通过下列技术方案实现：它由下列质量百分比的原料组成：

水                      20-50份

蒙脱石粉                5-10份

海泡石粉                5-10份

坡缕石粉                5-10份

光卤石粉                3-5份

三聚氰胺                4-10份

金属硫酸盐              1-3份

气相法二氧化硅          0.5-2份

气相法二氧化钛          1-2份

增稠剂                  0.5-3份

分散剂                  1-3份

所述蒙脱石粉、海泡石粉、坡缕石粉的粒径范围在20nm-500μm之间，有效成分含量在50-90％之间。

所述分散剂金属硫酸盐，为下列金属硫酸盐中的一种或者两种以上混合物：锂、钠、钾、铍、镁、钙的正盐、酸式盐、碱式盐，有效成分含量在10-90％之间。

所述气相法二氧化硅、气相法二氧化钛的粒径范围在20nm-500μm之间，有效成分含量在90-99.9％之间。

所述增稠剂为：琼脂、明胶、羧甲基纤维素钠中的一种或者两种以上混合物；

所述分散剂为：磷酸酯盐、硅酮类化合物、聚羧酸酯类、聚氨酯类高分子的一种或者两种以上混合物。

制备方法：先将各矿物粉进行提纯，提纯的方法主要有干法工艺和湿法工艺。干法工艺主要包括：干燥→破碎→磨粉→分级四个工序；湿法工艺包括分散→分级→分离三个工序。经提纯后的矿物粉再经过活化工艺，提高矿物粉的比表面积和吸附性能，活化方法包括酸活化和热活化。经提纯和活化后的矿物粉，与其它三聚氰胺、金属硫酸盐、二氧化硅、增稠剂、分散剂、水等复配，经升温至50℃-100℃，充分搅拌后成阻燃涂料。

本发明用来活化矿物粉的酸是盐酸、硫酸、磷酸和硝酸等中的一种。在酸处理过程中，坡缕石会发生结构、形貌、组成的变化，比表面积增加和吸附能力增强，从而使矿物粉得到活化。本发明用来热活化的方法是将矿物粉的混合物缓慢升温至200℃-600℃，保温0.5-2小时。

本发明是由水溶性的、低烟、无毒、无刺激性、无腐蚀、低成本的高效阻燃原料组成。由于这些矿物粉体具有很大的比表面积和吸附能力，加热过程中的典型吸热效应一般分三个阶段，在火灾发生以后在不同的温度区间具有持续阻燃效果：第一阶段：失去吸附水和沸石水(80-200℃)；第二阶段：失去结晶水，(240-380℃)；第三阶段：失去晶格水，(400-550℃)；很好的流变性，在涂料当中选用合适的分散剂具有良好的分散性和稳定性；天然矿物粉体本身会形成隔绝层，可以抑制基体材料与氧气的接触，同时可以抑制温度的过快上升导致基体材料分解和降解。

本发明具有下列优点和效果：采用上述配方制得的阻燃剂涂覆在基材表面，结合强度高，长期使用不开裂；同时可以形成一层厚度较薄，但是自身富含结合水，同时能够吸附空气游离水的无机高分子涂料。该涂料在受高温时，先脱除分子层间水和吸附水，吸收热量，再脱除结构水，吸收热量，同时整个涂料在高温和水蒸气的作用下，迅速膨胀发泡，形成泡沫层，附着在基材表面，隔绝氧气和热辐射、热传导。该泡沫层的结构稳定，与基材的附着性强，耐火性突出。同时该涂料中含有三聚氰胺，使所得阻燃涂料拥有较高氮、磷元素含量，兼具氮、磷系发泡阻燃剂的协同效应的优势。可以说该阻燃涂料，是一种阻燃效果明显，少烟、无毒、无刺激性和无腐蚀性的水溶性阻燃涂料，同时兼具施工简单、成本低廉的优势。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1：复合阻燃涂料的原料配方(每份重量单位：千克)：

水                          30份

蒙脱石粉                    6份

海泡石粉                    6份

坡缕石粉                    6份

光卤石粉                    3份

三聚氰胺                    6份

硫酸钠                      2份

气相法二氧化硅              1份

气相法二氧化钛              1份

羧甲基纤维素钠              2份

磷酸酯                      1份

硅酮类化合物                1份

制备方法：先将各矿物粉光卤石粉、坡缕石粉、海泡石粉、蒙脱石粉(其粒径范围在20nm-500μm之间，有效成分含量在90-99.9％之间)进行提纯，提纯的方法采用干法工艺，主要包括：干燥→破碎→磨粉→分级四个工序。经提纯后的矿物粉再经过盐酸活化工艺，具体是：将2份石粉加入到3份10％-40％质量浓度的盐酸(或硫酸、磷酸和硝酸中的一种)中，搅拌，升温至20℃-80℃，处理10分钟-100分钟；活化后的矿物粉与三聚氰胺、硫酸钠(有效成分含量在10-90％之间)、气相法二氧化硅、气相法二氧化钛(其粒径范围在20nm-500μm之间，有效成分含量在50-90％之间)、羧甲基纤维素钠、磷酸酯、硅酮类化合物、水等复配，经升温至50℃-100℃，充分搅拌后成阻燃涂料。

实施例2：复合阻燃涂料的原料配方(每份重量单位：千克)：

水                          35份

蒙脱石粉                    7份

海泡石粉                    6份

坡缕石粉                    8份

光卤石粉               3份

三聚氰胺               8份

硫酸钾                 2份

气相法二氧化硅         2份

气相法二氧化钛         2份

明胶                   2份

聚羧酸酯               2份

制备方法：先将各矿物粉光卤石粉、坡缕石粉、海泡石粉、蒙脱石粉(其粒径范围在20nm-500μm之间，有效成分含量在90-99.9％之间)进行提纯，提纯的方法采用湿法工艺，包括分散→分级→分离三个工序。经提纯后的矿物粉再经过热活化工艺：即将矿物粉的混合物缓慢升温至350℃，保温时间1小时；活化后的矿物粉，再与其它阻燃原料及辅料复配，升温至80℃，充分搅拌后成阻燃涂料。

实施例3：复合阻燃涂料的原料配方(每份重量单位：千克)：

水                     40份

蒙脱石粉               9份

海泡石粉               5份

坡缕石粉               7份

光卤石粉               4份

三聚氰胺               10份

硫酸钙                 1份

气相法二氧化硅         0.5份

气相法二氧化钛         1份

琼脂                   2份

聚氨酯                 2份

制备方法同实施例1或实施例2。

以上所述仅为本发明的几个具体实施例，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，可以做出许多变形和改进，所有未超出权利要求所述的变形与改进均应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种天然矿物粉制备阻燃涂料，其特征在于用多种天然无机高分子矿物成分经提纯、活化、添加其余组份复配而成的高效阻燃涂料，原料的具体重量组份为：

水                20-50份

蒙脱石粉          5-10份

海泡石粉          5-10份

坡缕石粉          5-10份

光卤石粉          3-5份

三聚氰胺          4-10份

金属硫酸盐        1-3份

气相法二氧化硅    0.5-2份

气相法二氧化钛    1-2份

增稠剂            0.5-3份

分散剂            1-3份

所述分散剂为磷酸酯盐、硅酮化合物、聚羧酸酯、聚氨酯高分子中的一种或者两种以上混合物。

2.如权利1所述的天然矿物粉制备阻燃涂料，其特征在于所述蒙脱石粉、海泡石粉、坡缕石粉粒径范围在20nm-500μm之间，有效成分含量在50-90％之间。

3.如权利1所述的天然矿物粉制备阻燃涂料，其特征在于所述金属硫酸盐为下列金属硫酸盐中的一种或者两种以上混合物：锂、钠、钾、铍、镁、钙的正盐、酸式盐、碱式盐，有效成分含量在10-90％之间。

4.如权利1所述的天然矿物粉制备阻燃涂料，其特征在于所述气相法二氧化硅、气相法二氧化钛的粒径范围在20nm-500μm之间，有效成分含量在90-99.9％之间。

5.如权利1所述的天然矿物粉制备阻燃涂料，其特征在于所述增稠剂为：琼脂、明胶、羧甲基纤维素钠中的一种或者两种以上混合物。