CN102533009B - 塑胶用单组分水性环保防火涂料及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种塑胶用单组分水性环保防火涂料及其制备和使用方法，包括以下重量份的各种组分：玻璃化转变温度为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂：18-30份；混合溶剂：2-12份；水性多功能助剂：2-6份；协效阻燃剂：22-38份；水性改性蜡乳液：3-8份；碱溶胀型增稠剂：1-5份；去离子水：28-45份。所述的环保防火涂料是以热塑性丙烯酸树脂作为主要原料，配以无卤协效阻燃剂聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺，并加入少量改性蜡填充剂、增稠剂和适当溶剂，在适当的工艺下制备而成。所述环保防火涂料可用于HIPS、PS、ABS、PMMA等塑胶机壳的涂装，可形成具有优异防火效果的漆膜，起到防火阻燃的作用。

Description

塑胶用单组分水性环保防火涂料及其制备和使用方法

技术领域

本发明申请涉及一种塑胶用单组分水性环保防火涂料及其制备和使用方法，属于化工涂料技术领域。

背景技术

防火涂料又称阻燃涂料，将这类涂料涂刷在建筑物的某些易燃材料表面，能提高易燃材料的耐火能力，或减缓火焰蔓延传播的速度，在一定时间内能阻止燃烧，控制火势的发展，为人们灭火提供时间。防火涂料按其溶解性，又可分为水性防火涂料和油性防火涂料；按其阻燃机理，可分为膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料。非膨胀型防火涂料一般是以硅酸盐、水玻璃等无机物为基料，掺入高岭土、云母、硼化物等难燃或不燃材料拌和而成，具有热稳定性好、价廉、低烟无毒等特点，但其添加量大、在涂料中易沉淀，遇火时，其本身不燃烧并形成一层隔绝氧气的釉状保护层，对物体起到一定的保护作用，但其隔热性能较差；膨胀型防火涂料主要以高分子化合物为基料，加入阻燃剂、发泡剂、溶剂、助剂等材料，经一定分散而形成，具有经济、价廉、低烟、无毒、热稳定性好等特点，涂层遇火或热辐射时膨胀发泡，产生一层比原涂层厚几十倍甚至上百倍的泡沫碳化层，以隔断外界火焰对基层的加热，从而起到防火作用。

防火涂料之所以能阻燃是因为其具有以下的特点：1、涂料本身具有难燃或不燃性，使被保护的可燃性基材不直接与空气接触，从而延迟基材的着火时间；2、防火涂料遇火受热分解出不燃的惰性气体，使可燃物分解出的可燃气体和空气中的氧气得到稀释从而抑制燃烧；3、阻止发火反应的链锁反应，分解气体的燃烧反应是游离基反应，而含氮、磷、溴等的防火涂料分解出一些活性基团，与可燃游离基结合而中断链锁反应，从而降低燃烧速度；4、防火涂料遇火膨胀发泡，生成一层泡沫隔热层，封闭被保护的基材，阻止基层燃烧。

无机阻燃剂主要有氢氧化铝ATH、聚磷酸铵(APP)、锡化台物、包覆红磷等，具有热稳定性好、不挥发、无毒、不产生腐蚀气体、价格低廉等特点，但是需要高填充量才具有阻燃性，这样就影响了树脂的物理机械性能。近年来，无机阻燃剂又有了新的发展，如美国Solem公司还推出了Zerogen和Halfree两种无卤、低烟、低毒、无腐蚀性及高热稳定性的阻燃剂；Climax公司销售的Hydrax系列ATH有5个品种，性能都很优良；美国Alcoa、Nvco公司也都开发了ATH系列新产品，但是由于价格和技术的限制没有广泛推广。

有机阻燃剂克服了无机阻燃剂的填充量大、降低树脂加工性能和物理性能等缺点，主要包括卤系、磷系及卤-磷系。如氯化石蜡、氯化聚乙烯、全氯环戊癸烷、六溴苯、四氯邻苯二甲酸酐、五溴乙苯等，但是由于无卤化环保的要求，限制了其使用。

另外发展的一种阻燃剂为反应型阻燃剂，主要是含有碳-碳双键的含卤、磷或卤磷化合物，在聚合过程中能参加反应，并结合到高聚物的主链或侧链中起阻燃作用。反应型阻燃剂稳定性好、不易消失、毒性小，对聚合物性能的影响较小，可以认为是一种理想的高效阻燃剂。反应型阻燃剂的操作和加工复杂，在实际使用中，不及添加型阻燃剂用得普遍，常用于树脂合成添加剂，在涂料中难以使用。

发明内容

本发明申请即是针对目前防火涂料中存在的上述不足之处，提供一种塑胶用单组分水性环保防火涂料及其制备和使用方法。

所述的环保防火涂料是以热塑性丙烯酸树脂作为主要原料，配以无卤协效阻燃剂聚磷酸铵(APP)-季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MA)，并加入少量改性蜡填充剂、增稠剂和适当溶剂，在适当的工艺下制备而成。所述环保防火涂料可用于HIPS、PS、ABS、PMMA等塑胶机壳的涂装，可形成具有优异防火效果的漆膜，起到防火阻燃的作用。

本发明申请的目的之一是提供一种塑胶用单组分水性环保防火涂料，该目的是通过下述的技术方案实现的：

一种塑胶用单组分水性环保防火涂料，其特征在于：所述的防火涂料包括以下重量份的各种组分：

1)玻璃化转变温度(Tg)为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂：18-30份；

2)混合溶剂：2-12份；

3)水性多功能助剂：2-6份；

4)协效阻燃剂：22-38份；

5)水性改性蜡乳液：3-8份；

6)碱溶胀型增稠剂：1-5份；

7)去离子水：28-45份。

所述的水性改性蜡乳液为市售产品，包括Licomer W19、德国的KAS系列蜡乳液、美国的ULTRALUBE E-342/45或类似产品。

Licomer W19是高硬度聚乙烯蜡水性分散体，广泛用于水性油墨、水性涂料、地板上光蜡，赋予产品优秀的抗刮伤、耐磨、光泽以及防水性能；ULTRALUBEE-342/45是一种阴离子石蜡乳液。

所述的碱溶胀型增稠剂为市售产品，包括HT-925、WX-E60、ASE-60或类似产品。在碱性条件下，能够迅速增稠、有效改进涂料的低剪粘度，抗分水能力强，使得涂料的粘度稳定，可以抵抗细菌和霉菌的侵蚀。

进一步的，所述的混合溶剂包括下述重量份的各种组分：

1)防白水(BCS)：  5-14份；

2)二乙二醇乙醚： 6-16份；

3)二丙二醇甲醚： 15-32份；

4)二乙二醇丁醚： 8-23份；

5)去离子水：     30-55份。

防白水的化学名称为乙二醇单丁醚或乙二醇一丁醚，常用作硝酸纤维素、喷漆、快干漆、清漆、搪瓷和脱漆剂的溶剂。

进一步的，所述的水性多功能助剂包括下述重量份的各种组分：

1)混合溶剂：    55-70份；

2)水性PH调节剂：0.5-3份；

3)水溶性消泡剂：  0.5-5份；

4)碱溶胀型增稠剂：8-22份；

5)防锈剂：        0.5-4份；

6)水溶性流平剂：  6-18份。

所述的水性PH调节剂、水溶性消泡剂、碱溶胀型增稠剂、防锈剂和水溶性流平剂是化工涂料领域常见的产品，均可通过市售获得。

进一步的，所述的协效阻燃剂包括无卤协效阻燃剂。

更进一步的，所述的无卤协效阻燃剂包括聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺。该阻燃剂不含卤，细度小于10μm，分解温度大于250℃，含磷质量约23％，含氮量约20％，密度为1.8g/cm³，使用中预制成阻燃浆，包括下述重量份的各种组分：

1)聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺：45-65份；

2)去离子水：35-55份。

本发明申请的另一个目的是提供上述塑胶用单组分水性环保防火涂料的制备方法，包括如下的步骤：

1)混合溶剂的制备：

按比例将混合溶剂中的各种组分混合均匀备用；

2)水性多功能助剂分散：

按比例将水性多功能助剂中的各组分加入制漆缸中，并用高速分散机以400-800转/分钟的转速持续搅拌5-10分钟，备用；

3)防火助剂混合分散：

先称取去离子水，在转速400-800转/分钟下，按所述比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1000-1400转/分钟，分散至细度达25μm以下，备用；

4)制漆：

取洁净制漆缸，将Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂及上述步骤中制备的水性多功能助剂、防火助剂、混合溶剂、水性改性蜡乳液及碱溶胀型增稠剂按比例加入，用高速分散机以600-800转/分钟搅拌10-15分钟，然后用双层250目滤网过滤包装。

本发明申请的再一个目的是提供上述防火涂料的使用方法，包括如下的步骤：抹壳除尘→刷涂防火漆→自干→包装，其工艺条件如下所述：

喷涂作业参数：

1)施工环境：温度15-35℃，相对湿度40-75％；

2)涂装方式：刷涂；

3)施工粘度：涂4粘度50s(25℃)；

4)固化后漆膜厚度：单层厚度≤100μm，本防火涂料可重涂，但漆膜总厚度≤150μm；

5)干燥条件：室温下放置1-2h后可手触搬动，放置24-48小时可实干。

本发明申请所述的塑胶用单组分水性环保防火涂料，具有以下的优点：

1、目前常见的防火涂料基本都是木器防火涂料或者墙面防火涂料，较少用于塑胶表面涂饰，本涂料可涂饰于各种常见塑胶底材，如HIPS、PS、ABS、PMMA等；

2、由于本发明采用水性体系，VOC排放较低，预计小于100g/L，大大减小了运输及施工中的火灾危险及对施工人员的身体危害；

3、由于本发明选用的改性乳液树脂和助溶剂的配伍性，使其干燥性优异，常温1-2h即可表干至可手触搬动，24-48小时后可实干，另外采用简易刷涂，方便快捷，并且节能环保；

4、由于阻燃剂的分解温度大于250℃，使得涂料具有良好的耐热性能，涂料抗老化性能优异；

5、由于本发明选用的阻燃剂为有机阻燃剂与无机阻燃剂的复台物，能产生协同效应，最优化防火效果，其防火等级可达UL94V-0级；具体来说：

(1)组分聚磷酸铵APP为无机膨胀型阻燃剂，具有热稳定性佳、分散性好等优点，且相比于有机阻燃剂和反应型阻燃剂，具有价格低廉、毒性小的优点；

(2)组分季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MA)为有机协同组分，且与丙烯酸树脂相容性良好，涂饰本发明的产品受热或点燃后季戊四醇具有成碳效果，可以在泡沫层中形成有一定厚度的碳层并膨胀，形成泡沫层，泡沫层不仅隔绝了氧气，而且有良好的隔热性能，能有效地阻滞热量向基材的迅速传导，降低了材料的降解速率，使燃烧减缓；另外一方面三聚氰胺受热发生分解，产生NH₃、同时成膜物质中部分成分分解产生水蒸气等不燃气体，促使第一阶段已熔融软化的成膜物质持续地膨胀发泡，形成泡沫层，有效地延缓了热量以及氧气和可燃气体的传递，增加涂料的阻燃作用，起到很好的防火隔热作用；

6、本发明与直接添加阻燃剂到相应的塑料基材的注塑方法相比，其材料整体性能较优，且总成本较低；

7、本发明所用原料为不含卤素、重金属等环保限定物质，且燃烧时发烟量小，环保效果较好。

具体实施方式

以下结合具体的实施方式，对本发明申请所述的塑胶用单组分水性环保防火涂料及其制备和使用方法进行详细的描述，目的是为了公众更好的理解本发明申请的技术内容，而不是对所述技术内容的限制，事实上，以相同或近似的原理，对所述防火涂料及其制备和使用方法进行的改进，包括所述防火涂料中各组分的增减和替换，以及在其制备和使用方法中不同工艺条件的改进，都在本发明申请所要求保护的技术方案之内。

实施例1

1、防火涂料的配方组成：

a)Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂：20份；

b)混合溶剂：       7份；

c)水性多功能助剂： 3份；

d)协效阻燃剂：     25份；

e)水性改性蜡乳液： 5份；

f)碱溶胀型增稠剂：2份；

g)去离子水：41.5份。

2、防火涂料的制备方法：

1)混合溶剂的制备：

a)BCS防白水       7份；

b)二乙二醇乙醚    12份；

c)二丙二醇甲醚    22份；

d)二乙二醇丁醚    16份；

e)去离子水        43份。

按上述比例将溶剂混合均匀备用；

2)水性多功能助剂分散：

a)混合溶剂        60份；

b)水性PH调节剂    2份；

c)水溶性消泡剂    3份；

d)碱溶胀型增稠剂  16份；

e)防锈剂          4份；

f)水溶性流平剂    15份。

以上各组分按所述比例顺序加入制漆缸中，并用高速分散机以400转每分钟的转速持续搅拌10分钟，备用；

3)防火助剂混合分散：

a)协效阻燃剂：48份；

b)去离子水：  52份。

先称取去离子水，在转速400rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1000rpm，分散至细度达25μm以下，备用；

4)制漆：

取洁净制漆缸，将Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂及上述步骤中制备的水性多功能助剂、防火助剂、助溶剂、水性改性蜡乳液及碱溶胀型增稠剂按比例加入，用高速分散机以600rpm搅拌15分钟，用双层250目滤网过滤包装。

实施例2

1、防火涂料的配方组成：

a).Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂：18份；

b).混合溶剂：12份；

c).水性多功能助剂：2份；

d).协效阻燃剂：22份；

e).水性改性蜡乳液：3份；

f).碱溶胀型增稠剂：1份；

g).去离子水：28份。

2、防火涂料的制备方法：

1)混合溶剂的制备：

a).防白水        5份；

b).二乙二醇乙醚  6份；

c).二丙二醇甲醚  15份；

d).二乙二醇丁醚  8份；

e).去离子水      30份。

按上述比例将溶剂混合均匀备用；

2)水性多功能助剂分散：

a).混合溶剂       55份；

b).水性PH调节剂   0.5份；

c).水溶性消泡剂   0.5份；

d).碱溶胀型增稠剂 8份；

e).防锈剂         0.5份；

f).水溶性流平剂   6份。

以上各组分按所述比例顺序加入制漆缸中，并用高速分散机以600转每分钟的转速持续搅拌8分钟，备用；

3)防火助剂混合分散：

a)协效阻燃剂：45份；

b)去离子水：  55份。

先称取去离子水，在转速800rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1400r pm，分散至细度达25μm以下，备用；

4)制漆：

取洁净制漆缸，将Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂及上述步骤中制备的水性多功能助剂、防火助剂、助溶剂、水性改性蜡乳液及碱溶胀型增稠剂按比例加入，用高速分散机以800rpm搅拌10分钟，用双层250目滤网过滤包装。

实施例3

1、防火涂料的配方组成：

a).Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂：30份；

b).混合溶剂：12份；

c).水性多功能助剂：6份；

d).协效阻燃剂：38份；

e).水性改性蜡乳液：8份；

f).碱溶胀型增稠剂：5份；

g).去离子水：45份。

2、防火涂料的制备方法：

1)混合溶剂的制备：

a).BCS防白水       14份；

b).二乙二醇乙醚    16份；

c).二丙二醇甲醚    32份；

d).二乙二醇丁醚    23份；

e).去离子水        55份；

按上述比例将溶剂混合均匀备用；

2)水性多功能助剂分散：

a).混合溶剂       70份；

b).水性PH调节剂   3份；

c).水溶性消泡剂   5份；

d).碱溶胀型增稠剂 22份；

e).防锈剂         4份；

f).水溶性流平剂   18份。

以上各组分按所述比例顺序加入制漆缸中，并用高速分散机以800转每分钟的转速持续搅拌5分钟，备用；

3)防火助剂混合分散：

a).协效阻燃剂： 65份；

b).去离子水：   35份。

先称取去离子水，在转速600rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1200rpm，分散至细度达25μm以下，备用；

4)制漆：

取洁净制漆缸，将Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂及上述步骤中制备的水性多功能助剂、防火助剂、助溶剂、水性改性蜡乳液及碱溶胀型增稠剂按比例加入，用高速分散机以700rpm搅拌12分钟，用双层250目滤网过滤包装。

实施例4

1、防火涂料的配方组成：

a).Tg约40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂：26份；

b).混合溶剂：10份；

c).水性多功能助剂：4份；

d).协效阻燃剂：30份；

e).水性改性蜡乳液：6份；

f).碱溶胀型增稠剂：2份；

g).去离子水：45份。

2、防火涂料的制备方法：

1)混合溶剂的制备：

a).BCS防白水       7份；

b).二乙二醇乙醚    12份；

c).二丙二醇甲醚    22份；

d).二乙二醇丁醚    16份；

e).去离子水        55份。

按上述比例将溶剂混合均匀备用；

2)水性多功能助剂分散：

a).混合溶剂        55份；

b).水性PH调节剂    1.4份；

c).水溶性消泡剂    2.6份；

d).碱溶胀型增稠剂  20份；

e).防锈剂          3.5份；

f).水溶性流平剂    14.5份。

以上各组分按所述比例顺序加入制漆缸中，并用高速分散机以700转每分钟的转速持续搅拌7分钟，备用；

3)防火助剂混合分散：

a).协效阻燃剂：48份；

b).去离子水：  52份。

先称取去离子水，在转速600rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1100rpm，分散至细度达25μm以下，备用；

4)制漆：

取洁净制漆缸，将Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂及上述步骤中制备的水性多功能助剂、防火助剂、助溶剂、水性改性蜡乳液及碱溶胀型增稠剂按比例加入，用高速分散机以700rpm搅拌12分钟，用双层250目滤网过滤包装。

实施例5

1、防火涂料的配方组成：

a).Tg 40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂：23份；

b).混合溶剂：7份；

c).水性多功能助剂：3份；

d).协效阻燃剂：23份；

e).水性改性蜡乳液：6份；

f).碱溶胀型增稠剂：3份；

g).去离子水：35份。

2、防火涂料的制备方法：

1)混合溶剂的制备：

a).防白水       12份；

b).二乙二醇乙醚 12份；

c).二丙二醇甲醚 30份；

d).二乙二醇丁醚 10份；

e).去离子水     36份。

按上述比例将溶剂混合均匀备用；

2)水性多功能助剂分散：

f).混合溶剂      67份

g).水性PH调节剂  1.8份

h).水溶性消泡剂  2.2份

i).碱溶胀型增稠剂16份

j).防锈剂        3.5份

k).水溶性流平剂  9.5份

以上各组分按所述比例顺序加入制漆缸中，并用高速分散机以600转每分钟的转速持续搅拌8分钟，备用；

3)防火助剂混合分散：

a).协效阻燃剂：62份；

b).去离子水：38份。

先称取去离子水，在转速400rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1200r pm，分散至细度达25μm以下，备用；

4)制漆：

取洁净制漆缸，将Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂及上述步骤中制备的水性多功能助剂、防火助剂、助溶剂、水性改性蜡乳液及碱溶胀型增稠剂按比例加入，用高速分散机以600rpm搅拌14分钟，用双层250目滤网过滤包装。

实施例6

本发明申请所述的防火涂料的使用方法见表-1

表-1施工工艺

使用底材：	HIPS、ABS、PMMA	底材处理：	抹壳水擦拭、除尘
				环境温度：	15-35℃	环境湿度：	40％-75％RH
涂装方式：	刷涂	施工粘度：	直接使用约50s
				漆膜厚度：	≤150μm	干燥时间：	常温自干1h

施工包括如下步骤：抹壳除尘→刷涂防火漆→自干→包装，另外包括如下的施工工艺条件：

喷涂作业参数：

1、施工环境：温度15-35℃，相对湿度40-75％；

2、涂装方式：刷涂；

3、施工粘度：涂4粘度约50s(25℃)；

4、固化后漆膜厚度：单层厚度≤100μm，本防火涂料可重涂，但漆膜总厚度≤200μm；

5、干燥条件：室温下放置1-2h后可手触搬动，放置24-48小时可实干。

实施例测试结果：

表-2

●以上测试结果中，√表示测试合格通过，×表示不通过。

本发明涂料采用水性体系，VOC含量小于100g/L，减小了运输和施工的危险及人身危害；本发明涂料可采用简易刷涂，可常温自干，具有施工方便，节能环保等特点；本发明涂料防火等级可达UL94V-0级，且不含卤素及重金属，燃烧时发烟量极低，是一种环保、高效防火涂料。

Claims (5)

1.一种塑胶用单组分水性环保防火涂料，其特征在于，所述的防火涂料包括以下重量份的各种组分：

其中，所述的混合溶剂包括下述重量份的各种组分：

所述的水性多功能助剂包括下述重量份的各种组分：

所述的无卤协效阻燃剂包括聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺，使用中预制成阻燃浆，包括下述重量份的各种组分：

1）聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺：  45-65份；

2）去离子水：  35-55份。

2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于：所述的水性改性蜡乳液包括LicomerW19、KAS系列蜡乳液或ULTRALUBEE-342/45。

3.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于：所述的碱溶胀型增稠剂包括HT-925、WX-E60或ASE-60。

4.权利要求1-3任意一项所述的塑胶用单组分水性环保防火涂料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下的步骤：

1)混合溶剂的制备：

按比例将混合溶剂中的各种组分混合均匀备用；

2)水性多功能助剂分散：

按比例将水性多功能助剂中的各组分加入制漆缸中，并用高速分散机以400-800转/分钟的转速持续搅拌5-10分钟，备用；

3)无卤协效阻燃剂混合分散：

先称取去离子水，在转速400-800转/分钟下，按所述比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1000-1400转/分钟，分散至细度达25μm以下，备用；

4)制漆：

取洁净制漆缸，将Tg为40-80℃的苯乙烯-丙稀酸酯共聚乳液树脂及上述步骤中制备的水性多功能助剂、无卤协效阻燃剂、混合溶剂、水性改性蜡乳液及碱溶胀型增稠剂按比例加入，用高速分散机以600-800转/分钟搅拌10-15分钟，然后用双层250目滤网过滤包装。

5.权利要求1-3任意一项所述的塑胶用单组分水性环保防火涂料的使用方法，其特征在于，所述的方法包括如下的步骤：抹壳除尘→刷涂防火漆→自干→包装，其工艺条件如下所述，

喷涂作业参数：

1)施工环境：温度15-35℃，相对湿度40-75%；

2)涂装方式：刷涂；

3)施工粘度:涂4粘度50s/25℃；

4)固化后漆膜厚度：单层厚度≤100μm，本防火涂料可重涂，但漆膜总厚度≤150μm；

5)干燥条件：室温下放置1-2h后可手触搬动，放置24-48小时可实干。