CN102268221A - 一种双组份水性无机非膨胀型防火涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双组份水性无机非膨胀型防火涂料及制备方法，它由A、B两种组份组成。所述A组份由如下质量百分数的原料组成：硅溶胶42-50%，颜填料29-33%，去离子水18-23%，分散剂0.07-0.08%，防沉剂0.18-0.20%，防腐剂 0.1-0.3%，AMP950.1-0.15%，消泡剂0.05-0.07%，防冻剂1.6-1.8%；所述B组份质量百分组成为：无水乙酸1.2-1.8%，甲基三甲氧基硅烷98.2-98.8%。使用时将A、B组份按一定比例搅拌混合、熟化，然后空气喷涂在已喷砂处理过的铝合金、不锈钢等耐酸基材上。本发明涂料具有环保、耐高温、遇火不燃、不膨胀、无烟雾放出、耐酸碱、常温保质期长、可常温固化等优点。

Description

一种双组份水性无机非膨胀型防火涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种防火涂料，以及制备这种防火涂料的方法。

背景技术

有机膨胀型防火涂料以其优异的理化性能和防火性能而被广泛使用, 尤其是在金属表面制备超薄涂层或保护涂层的应用上，多以有机溶剂型为主。但该种涂料在生产和使用过程中污染大，高VOC排放，高成本，遇火膨胀时产生有毒的气体和浓烟。随着能源与环境问题日益突出，防火涂料正朝着与环境友好的水性、非膨胀、无机化的方向发展。无机非膨胀防火涂料由于具有环保、低成本、不燃、无烟等优点而成为防火涂料的发展趋势。

水性硅溶胶作为常用的无机防火涂料成膜物质具有耐高温、防火、价格便宜等优点，但存在刚性强、光泽差、干燥快、易龟裂、流平性差等缺陷，应用受到限制，可行的办法就是对水性硅溶胶进行改性，包括物理改性和化学改性。

专利号 ZL200610047606.6的中国专利发明了一种用水溶性双氟树脂对碱性硅溶胶进行物理混拼改性,并以此为成膜物质制备出适合金属表面涂装的无机非膨胀防火涂料。该涂料环保、理化性能优异，遇明火涂层不燃烧、不膨胀，但开裂、脱落和少量烟放出。

目前，研究、开发及应用较多的是以有机硅化学改性硅溶胶来作为耐高温、防火涂料的成膜物质。申请号为CN200510024777.2的中国专利中提到一种硅溶胶－有机硅聚合物，但是使用其所述的硅溶胶－有机硅聚合物为成膜物质制备的耐高温涂料需要添加一定比例的高沸点溶剂，即有机溶剂。这样的有机溶剂型涂料并不是我们所追求的环保型涂料。而申请号为CN200810010114.9的专利以碱性硅溶胶为原料，调节成酸性后，用甲基三甲氧基硅烷对其改性，所得的硅烷改性硅溶胶为水性的，以此为成膜物质制备的无机防火涂料具有好的理化性能、耐火温度达1000℃。但在发明者（崔学军，环保型有机-无机功能涂料的研究，大连交通大学博士论文，2009年。）相关的研究中发现，这种涂料稳定时间短，保质期仅7天左右，即使加入乙醇、异丙醇等小分子醇作为稳定剂，其稳定期也很难超过1个月，很大程度影响了其实用性。

上述以水性硅溶胶为原料，用有机硅烷进行化学改性，并以此为成膜物质制备的防火、耐高温单组份涂料通常稳定期比较短或需要低温保存。这是因为有机硅烷改性的硅溶胶活性很高，很容易在常温下自身交联而固化。

因此现在需要一种能够解决上述问题的新型水性无机非膨胀型防火涂料。

发明内容

本发明是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出提供一种具有环保、耐高温、遇火不燃、不膨胀、无烟雾放出、耐酸碱、常温保质期长、可常温固化等特性，适用于铝合金和不锈钢等耐酸金属基材的双组份水性无机非膨胀型防火涂料以及这种防火涂料的制备方法。

本发明的技术解决方案是：一种双组份水性无机非膨胀型防火涂料，其特征在于：所述的防火涂料由A和B两种组份构成，且A与B的质量百分比为100:34-46；

A由以下组份按照质量百分比组成：

硅溶胶：     42-50%

颜填料：     29-33%

去离子水：   18-23%

分散剂：    0.07-0.08%

防沉剂：    0.18-0.20%

防腐剂：    0.1-0.3%

AMP95：    0.1-0.15%

消泡剂：   0.05-0.07%

防冻剂：    1.6-1.8%

B由以下组分按照质量百分比组成：

无水乙酸：     1.2-1.8%

有机硅烷单体：98.2-98.8%。

一种制备如上所述的双组份水性无机非膨胀型防火涂料的方法：

首先将去离子水、防冻剂和防沉剂在200r/min的条件下搅拌8-12min，然后加入颜填料、防腐剂、一半量的分散剂、一半量的消泡剂和一半量的AMP95，在1800-2000r/min的条件下进行高速分散，搅拌30-40min后，将搅拌转速降至450-550r/min，并加入硅溶胶、余量的分散剂、余量的消泡剂和余量的AMP95，继续搅拌50-70min，最终获得pH为9.3-9.6的A组份；

取无水乙酸和有机硅烷单体混合，搅拌均匀，获得B组份。

将A组份与B组份按照100: 36-46的质量比在300-500r/min的条件下搅拌40-60min，然后常温熟化6-24小时，获得防火涂料成品。

所述的分散剂为聚羧酸盐型分散剂5040，  

所述的防腐剂为 Alex F-252，

所述的消泡剂为Foamaster 111和Foamaster 223按照1:1的质量比混合而成。

所述的防冻剂为乙二醇。

所述的硅溶胶为SiO₂固含量为30 wt%的碱性硅溶胶。

所述的颜填料为钛白粉和高岭土按照质量比为3.5-4.5:1的比例加入，或钛白粉、高岭土和云母粉的组合按照质量比4.5-5:1.3-1.5:1的比例加入，

所述的防沉剂为HBR250型羟乙基纤维素。

所述的的有机硅单体为甲基三甲氧基硅烷。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

本发明所述的防火涂料，在不使用有机溶剂的情况下提高了涂料的保质期；其中的无水乙酸的使用是为了将碱性的A组份，调节成酸性，这样有利于甲基三甲氧基硅烷的水解；而用甲基三甲氧基硅烷的原因有两个，一是常温下易水解，生成的硅醇基与硅溶胶发生交联反应，提高涂料的成膜性能，二是与硅相连的甲基分子小，硅含量高，遇火分解发出的烟很少，很大程度提高了防火性能。A、B搅拌混合、熟化的目的是为了使甲基三甲氧基硅烷水解反应进行的更加完全，进而有利于获得性能更好的涂层性能。因此可以说利用这种方法制备而成的防火涂料具有环保、耐高温、遇火不燃、不膨胀、无烟雾放出、耐酸碱、常温保质期长、可常温固化等多种优点和特性，特别适合于应用在适用于铝合金和不锈钢等耐酸金属基材上。

具体实施方式

下面是本发明的具体实施方式。

一种双组份水性无机非膨胀型防火涂料，它由由A和B两种组份构成，且A与B的质量百分比为100:36-46；

其中的A组份由以下原料按照以下质量百分比构成：

硅溶胶42-50%，这里的硅溶胶为SiO₂固含量为30 wt%的碱性硅溶胶；

颜填料29-33%，这里的颜填料为钛白粉和高岭土按照质量比为3.5-4.5:1的比例加入，或钛白粉、高岭土和云母粉的组合按照质量比4.5-5:1.3-1.5:1的比例加入，

去离子水18-23%；

分散剂0.07-0.08%，这里的分散剂为聚羧酸盐型分散剂5040；

防沉剂0.18-0.20%，这里的防沉剂为HBR250型羟乙基纤维素；

防腐剂0.1-0.3%，这里的防腐剂为Alex F-252；

AMP95：0.1-0.15%；

消泡剂0.05-0.07%，这里的消泡剂为Foamaster 111和Foamaster 223按照1:1的质量比混合而成。

防冻剂1.6-1.8%，这里的防冻剂为乙二醇。

其中的B组份由以下原料按照以下质量百分比组成：

无水乙酸1.2-1.8%；

有机硅烷单体98.2-98.8%，这里的有机硅单体为甲基三甲氧基硅烷。

具体实施例：

首先制备

一种制备如上所述的双组份水性无机非膨胀型防火涂料的方法：首先将如前所述的足量的去离子水、防冻剂和防沉剂在200r/min的条件下搅拌8-12min，然后向其中加入颜填料、防腐剂，和一半量的分散剂、一半量的消泡剂、一半量的AMP95，在1800-2000r/min的条件下进行高速分散；上述原料搅拌30-40min后，将搅拌的转速降至450-550r/min，并向上述原料中加入硅溶胶和剩余的分散剂、剩余的消泡剂和剩余的AMP95，并继续搅拌50-70min，最终获得pH为9.3-9.6的A组份；

取无水乙酸和有机硅烷单体混合，搅拌均匀，获得B组份。

将配置好的上述A组份与B组份按照100: 36-46的质量比在300-500r/min的条件下搅拌，搅拌时间40-60min，然后常温熟化6-24小时，最终获得防火涂料成品。这个防火涂料成品制备好后，需要在24小时内使用。

为了测试这种防火涂料的理化性能，采用空气喷涂方法，将成品涂料涂装在经喷砂处理的100×50×1 mm 铝合金板上，然后在室温固化24小时，或60℃环境下固化4小时。防火性能测试样品是用同样的涂装工艺喷涂在39×39×3 mm的不锈钢板上。性能测试最后对这些样品涂层进行测试，具体的结果见表 2。

 实例1、2、3所用的原料及配比如表1所示

表1 涂料配方，A组分以1000克计，B组分按选定质量比配制 

注：消泡剂为Foamaster 111和Foamaster 223，按质量比1:1加入；消泡剂、分散剂、防腐剂、AMP95都由海川股份公司提供；硅溶胶为浙江宇达化工有限公司生产的30 wt% 碱性硅溶胶；甲基三甲氧基硅烷为浙江化工科技集团有限公司生产。

 表2 实例1、2、3的涂料性能

性能检测项目/方法	实例 1	实例 2	实例 3
				涂层厚度 / μm	29.6	32.4	35.3
铅笔硬度 / 中华牌绘图铅笔	>6H	>6H	>6H
				附着力 / 划格法	1	1	1
耐冲击性 / 50kg·cm	通过	通过	通过
				耐污染性 /涂上碳黑墨水后，在80℃保温1 h后用酒精擦洗	无残留	无残留	无残留
抗热冲击性 / 400±3℃保温2小时后放入25℃水中急冷	无开裂，无剥离	无开裂，无剥离	无开裂，无剥离
				耐沸水性 / 98±2℃水中浸泡4个小时	无开裂，无剥离	无开裂，无剥离	无开裂，无剥离
耐碱性 / 5% Na2CO3浸泡24小时，然后用水冲洗干净	通过	通过	通过
				耐酸性 / 5% H2SO4浸泡24小时，用水冲洗干净	通过	通过	通过
耐汽油性 / 120#溶剂油中浸泡36小时	无变化	无变化	无变化
				耐燃性 /英国机车不燃性国家标准BS-476：part4,1970	无火、无烟、温差为0	无火、无烟、温差为0	无火、无烟、温差为0

Claims (3)

1.一种双组份水性无机非膨胀型防火涂料，其特征在于：所述的防火涂料由A和B两种组份构成，且A与B的质量百分比为100:36-46；

A由以下组份按照质量百分比组成：

硅溶胶：    42-50%

颜填料：    29-33%

去离子水： 18-23%

分散剂：   0.07-0.08%

防沉剂：   0.18-0.20%

防腐剂：   0.1-0.3%

AMP95：   0.1-0.15%

消泡剂：   0.05-0.07%

防冻剂：   1.6-1.8%

B由以下组分按照质量百分比组成：

无水乙酸：      1.2-1.8%

有机硅烷单体：98.2-98.8%。

2.一种制备如权利要求1所述的双组份水性无机非膨胀型防火涂料的方法，其特征在于：

首先将去离子水、防冻剂和防沉剂在200r/min的条件下搅拌8-12min，然后加入颜填料、防腐剂、一半量的分散剂、一半量的消泡剂和一半量的AMP95，在1800-2000r/min的条件下进行高速分散，搅拌30-40min后，将搅拌转速降至450-550r/min，并加入硅溶胶、余量的分散剂、余量的消泡剂和余量的AMP95，继续搅拌50-70min，最终获得pH为9.3-9.6的A组份；

取无水乙酸和有机硅烷单体混合，搅拌均匀，获得B组份；

将A组份与B组份按照100: 36-46的质量比在300-500r/min的条件下搅拌40-60min，然后常温熟化6-24小时，获得防火涂料成品。

3.根据权利要求1所述的双组份水性无机非膨胀型防火涂料，其特征在于：所述的分散剂为聚羧酸盐型分散剂5040，  

所述的防腐剂为 Alex F-252，

所述的消泡剂为Foamaster 111和Foamaster 223按照1:1的质量比混合而成，

所述的防冻剂为乙二醇，

所述的硅溶胶为SiO₂固含量为30 wt%的碱性硅溶胶，

所述的颜填料为钛白粉和高岭土按照质量比为3.5-4.5:1的比例加入，或钛白粉、高岭土和云母粉的组合按照质量比4.5-5:1.3-1.5:1的比例加入，

所述的防沉剂为HBR250型羟乙基纤维素，

所述的的有机硅单体为甲基三甲氧基硅烷。