CN102241904A - 一种添加开孔珍珠岩的水性膨胀型聚氨酯/醋丙防火涂料 - Google Patents

Abstract

本发明首次将开孔珍珠岩为阻燃协助剂添加入水性膨胀型防火涂料中，属防火涂料技术领域。它是以热固性的聚氨酯-丙烯酸酯乳液和热塑性的醋丙乳液复配为成膜物、聚磷酸铵为酸源、白糖为碳源、双氰胺和磷酸氢二铵为气源、珍珠岩为阻燃协助剂，充分研磨后制备得水性膨胀型防火涂料。结果表明：开孔膨胀珍珠岩对防火涂料的耐火性能有良好的协助作用，当添加量为2.6wt％时，灼烧60min后，木板背火温度仅57℃，膨胀炭层没有垂流和脱板现象发生，加珍珠岩后，膨胀炭层中的泡孔变得均匀致密，尺寸变小，因此使防火隔热效果变好，泡孔力学性能提高。珍珠岩可改善膨胀炭层的性能。

Description

一种添加开孔珍珠岩的水性膨胀型聚氨酯/醋丙防火涂料

技术领域

本发明涉及一种膨胀型水性防火涂料的配方，主要是添加开孔珍珠岩后该防火涂料防火性能得到一定程度的改善，属膨胀型防火涂料技术领域。 

技术背景

随着我国城市规模的快速发展，高层、超高层建筑物迅速增长，用于装修的木质饰面材料的使用量也在快速增长，对这些易燃材料的防火保护已引起广泛重视。由于膨胀型防火涂料所需涂层厚度较薄、防火隔热效果好，因此是目前防火涂料的主流。其作用机理主要是在火焰或高温下，体系的酸源、碳源和气源发生剧烈的化学反应，将成膜物熔体膨胀并全部或部分炭化，形成多孔、致密、导热系数低隔热能力强的炭化层。防火涂料防火隔热能力的好坏主要取决于炭化层的结构与性能，考察炭化层一般包括(1)、炭化层整体强度；(2)、炭化层厚度；(3)、炭化层内部泡孔结构；(4)炭化层表面状况等级；(5)、灼烧时膨胀炭层有没有垂流现象发生；(6)、灼烧规定时间后膨胀炭层与基板的附着情况。理想的炭化层微观上具有小而致密且分布均匀的泡孔；宏观上具有高的整体强度、合适的炭层厚度、炭化层表面无裂缝、灼烧时无垂流现象、灼烧后不脱离基板等特征。 

为获得良好的炭化层，一般最简便有效的方法是使用阻燃协助剂。开孔珍珠岩是一种廉价的多孔无机耐火材料，其密度非常小，内部存在大量的孔隙。理论上它可以阻隔分散燃烧的热量，从而影响膨胀炭化层的质量。并且还可以吸收成膜物裂解的分子碎片及小分子，减少燃烧的烟雾和味道。因此，将开孔珍珠岩添加进水性膨胀型防火涂料，从防火的角度讲非常有意义。目前国内也未见这方面的报道与研究。 

发明内容

本发明的目的在于使用廉价的阻燃协助剂——开孔珍珠岩，将其添加入膨胀型水性防火涂料中，以改善防火涂料膨胀炭层的质量。 

本发明的技术方案是通过以下途径实现的：将白糖、磷酸氢二铵等易吸水材料使用前用溶剂型丙烯酸酯包裹处理。将计量的阻燃粉体、磨碎的开孔膨胀珍珠岩和相关助剂放入适量的水中混合均匀，在砂磨机上研磨一定时间后，再加入计量的热固性聚氨酯-丙烯酸酯和热塑性的醋丙乳液，待研磨充分后出料，根据刷涂要求用水调节黏度。将其涂在打磨处理过的150mm×150mm×4mm木板上，每次涂0.2毫米厚左右，涂刷间隔1天，涂5次使木板涂层厚度为(1±0.05)毫米左右，在35℃烘箱中鼓风烘干。将测试样板放在铁圈上，涂层面朝下，铁圈与酒精喷灯口垂直距离为7厘米，待火焰温度升到1000℃时，将喷灯移到测试样板下燃烧防火涂层，并将用保温材料包裹的温度传感器头固定于木板背火面每5分钟记录一次背面温度。燃烧测试时间为60分钟。 

具体应用配比见表1： 

表1实验用基础配方 

根据以上技术方案所做的防火涂料，当单独使用热塑性的TA-3303醋丙乳液做成膜物(即每块板用10克)时，受火后涂膜即迅速膨胀，燃烧5min后，即发生“垂流”现象。16min发泡物即脱板停止测试，燃烧后膨胀炭层的整体强度仅63g/cm²，膨胀倍率为37倍，膨胀炭层质量很差。这是因为热塑性的TA-3303 醋丙乳液熔体强度低造成的。将热塑性的TA-3303醋丙乳液和热固性的TC-206聚氨酯-丙烯酸酯乳液以3∶1重量份混合后，受火后涂膜较快膨胀，燃烧15min后，膨胀速度变慢。40min时开始有轻微“垂流”现象，47min边缘处开始脱板。燃烧后膨胀炭层的整体强度可达到175g/cm²，膨胀倍率为43倍，膨胀炭层质量好。这是因为热固性的TC-206聚氨酯-丙烯酸酯分子间形成了交联网状结构，受热后它不熔化，因此限制了熔体的流动，减少了“垂流”现象发生。 

当添加2.6wt％开孔珍珠岩后防火涂料的防火性能较优，灼烧60min后背火温度才57℃，燃烧后膨胀炭层的整体强度达到248g/cm²，超过膨胀涂料强度的最高级要求200g/cm²，膨胀倍率为39倍。受火后涂膜较均匀膨胀。在燃烧过程中无“垂流”现象，未脱板。 

添加2.6wt％开孔珍珠岩后形成的膨胀炭层的泡孔结构见附图。泡孔为闭孔结构，泡孔分布致密并且均匀连续，泡孔体积小，肉眼可见的大孔较少。将其局部进行放大50倍观察，可看到泡孔大小基本一致。分布“小”、“密”、“连续均匀”的“闭孔”泡孔内部所藏不流动空气多，由于空气具有最小的导热系数，因此该炭层防火隔热效果好，同时这种结构的泡孔力学性能也好。该炭层质量优良。 

附图说明

图1：添加2.6wt％开孔珍珠岩燃烧后的膨胀炭切面层(上)及局部放大图(下，50倍) 

具体实施方式

下面具体描述本发明的具体实施方式。 

本发明是首次将廉价的开孔珍珠岩作为阻燃协助剂，加入到水性膨胀型防火涂料中，起到改善防火涂料膨胀炭层质量的用途。 

开孔珍珠岩是由酸性火山玻璃质熔岩(珍珠岩)经破碎、筛分到一定粒度，再经预热高温延时烧结而制成的一种白色或浅灰色的无机材料。其耐火温度在 1100℃以上，松装密度约0.08～0.2g/cm³，颗粒内部是充满不流动空气的蜂窝状结构，由于空气具有最小的导热系数，其导热系数也一般仅为0.06W/m.k左右，因此它具有优良的隔热保温能力。 

将适量的开孔珍珠岩磨碎后添加入水性膨胀型防火涂料中，可获得防火性能良好的防火涂料。 

实施例1： 

使用7.5克TA-3303醋丙乳液，2.5克TC-206聚氨酯-丙烯酸酯，17.5克聚磷酸铵，6.9克双氰胺，6.9克磷酸氢二铵，17.3克白糖，不加开孔珍珠岩，分散剂、消泡剂共1克。混匀研磨后，涂于4毫米厚的木板上。受火后涂膜较快膨胀，燃烧15min后，膨胀速度变慢。40min时开始有轻微“垂流”现象，47min边缘处开始脱板。背火温度76度。膨胀炭层发泡较均匀，燃烧后膨胀炭层的整体强度为175g/cm²，膨胀倍率为43倍。炭层表面有少量肉眼可见的裂纹。 

实施例2： 

使用7.5克TA-3303醋丙乳液，2.5克TC-206聚氨酯-丙烯酸酯，17.5克聚磷酸铵，6.9克双氰胺，6.9克磷酸氢二铵，17.3克白糖，0.8克开孔珍珠岩，分散剂、消泡剂共1克。混匀研磨后，涂于4毫米厚的木板上。受火后涂膜较均匀膨胀。52min时开始有轻微“垂流”现象，有轻微脱板，背火温度64度。膨胀炭层发泡较均匀，燃烧后膨胀炭层的整体强度为177g/cm²，膨胀倍率为38倍。炭层表面没有肉眼可见的裂纹。 

实施例3： 

使用7.5克TA-3303醋丙乳液，2.5克TC-206聚氨酯-丙烯酸酯，17.5克聚磷酸铵，6.9克双氰胺，6.9克磷酸氢二铵，17.3克白糖，1.6克开孔珍珠岩，分散剂、消泡剂共1克。混匀研磨后，涂于4毫米厚的木板上。受火后涂膜较均匀膨胀。没有“垂流”现象，不脱板，背火温度57度。膨胀炭层发泡较均匀，燃烧后膨胀炭层的整体强度为248g/cm²，膨胀倍率为39倍。炭层表面没有肉眼可见的裂纹。 

实施例4： 

使用7.5克TA-3303醋丙乳液，2.5克TC-206聚氨酯-丙烯酸酯，17.5克聚磷酸铵，6.9克双氰胺，6.9克磷酸氢二铵，17.3克白糖，2.4克开孔珍珠岩，分散剂、消泡剂共1克。混匀研磨后，涂于4毫米厚的木板上。受火后涂膜较均匀膨胀。没有“垂流”现象，不脱板，背火温度60度。膨胀炭层发泡较均匀，燃烧后膨胀炭层的整体强度为234g/cm²，膨胀倍率为32倍。炭层表面没有肉眼可见的裂纹。 

实施例5： 

使用7.5克TA-3303醋丙乳液，2.5克TC-206聚氨酯-丙烯酸酯，17.5克聚磷酸铵，6.9克双氰胺，6.9克磷酸氢二铵，17.3克白糖，3.2克开孔珍珠岩，分散剂、消泡剂共1克。混匀研磨后，涂于4毫米厚的木板上。受火后涂膜较均匀膨胀。没有“垂流”现象，不脱板，背火温度63度。膨胀炭层发泡较均匀，燃烧后膨胀炭层的整体强度为182g/cm²，膨胀倍率为30倍。炭层表面没有肉眼可见的裂纹。 

Claims (2)

1.一种将开孔珍珠岩添加入水性膨胀型防火涂料中，其特征在于开孔珍珠岩为阻燃协助剂，可有效改善膨胀型防火涂料的膨胀炭层质量，并可防止炭层垂流和脱板现象发生。

2.一种实现如根据权利要求1所述的一种开孔珍珠岩作为防火涂料中阻燃协助剂的新用途，其特征在于它的应用配方为：使用7.5克TA-3303醋丙乳液，2.5克TC-206聚氨酯-丙烯酸酯，17.5克聚磷酸铵，6.9克双氰胺，6.9克磷酸氢二铵，17.3克白糖，1.6克开孔珍珠岩，分散剂、消泡剂共1克。

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