CN102634263A - 水性含磷环氧树脂防火涂料 - Google Patents

Abstract

一种水性含磷环氧树脂防火涂料，以重量份数计，该涂料由以下组分组成：30～50份的水性磷酸苯酯二缩水甘油酯、20～50重量份的三聚氰胺、20～50重量份水性环氧树脂、1～3重量份的乙二醇、25～50重量份的去离子水、1～10重量份的异戊四醇、1～4重量份的流平剂、2～5重量份的消泡剂、1～3重量份的成膜助剂、7～10重量份的重质碳酸钙、10～15重量份的钛白粉和1～2重量份的增稠剂。

Description

水性含磷环氧树脂防火涂料

技术领域

本发明涉及一种水性含磷环氧树脂防火涂料，尤其是一种非离子型水性环氧树脂防火涂料，属于功能性涂料领域。

背景技术

含磷化合物可以有效的运用在树脂中作为阻燃抗燃剂，应用在环氧树脂或者或PU材料中可大幅提升此类传统产品的附加值。如果能进一步使用在涂料上，便可降低火灾的发生以及人员的伤亡，不但在经济上有着较高的价值，并且对社会也有着积极的贡献。而且通常的涂料为了施工的便利性，往往会添加大量的溶剂，但溶剂的使用无疑会造成对施工人员身体的危害以及环境的污染，当前由于环保意识的加强，水性涂料的使用已经逐渐纳入相关的法律法规，不含以有机溶剂的涂料已经成为业界的共识。而利用含磷化合物制成的水性含磷环氧树脂涂料，不但可以减少有机溶剂对环境造成的污染，更具有较高的社会意义。

现有技术中对环氧树脂的水性化技术已经有所研究，经检索至少有500篇以上的专利文献有所记载。通常来说环氧树脂可以通过外加乳化剂的方法使之水性化，或者利用一级或二级胺类开环反应，形成尾端为三级胺的预聚物，再利用酸与之中和形成四级胺盐的阳离子预聚物，最后再予以水性化。还有利用普通的工业环氧树脂上具有-OH基的特性，先于酸酐反应产生酸基，再与胺类反应形成阴离子预聚物，最后再予以水性化。

在外加乳化剂的制备方法中，由于其成型熟化后乳化剂无法分离从而容易造成产品性能不良，因此除了特殊使用外较少采用。第二类阳离子水性环氧树脂除了用在传统水性涂料之外，还经常被用于电镀涂装。至于阴离子型水性环氧树脂的应用较多的是局限在环氧树脂上具有-OH基的材料上，其优点是环氧树脂未被破坏，熟化系统与溶剂型相类似，比较容易掌握。然后事实上不论阴离子型或阳离子型水性环氧树脂，对PH值都极为敏感，因此熟化剂或添加剂的选择就显得十分重要，否则极易产生沉淀或者相分离。

发明内容

为了改善上述现有技术的缺点，本发明成功的开发出非离子型水性含磷环氧树脂，其特征在于制造过程中如何能够控制在环氧基开环时环氧树脂不致进行自身的聚合反应。本发明人发现环氧树脂在开环时会进行自身的聚合反应，导致分子量增大、黏度上升等问题，造成其无法溶于水或者均匀地分散在水中。为了解决此问题，本发明人使用二级含羟基的胺作为环氧树脂的开环剂，同时加入水作为抑制环氧树脂自身开环聚合反应的抑制剂，在一种有机溶剂中进行二级含有羟基的胺与环氧树脂的开环反应，并且在挥发除去该有机溶剂后即成功制得非离子型水性含磷环氧树脂，此时不论添加中性、酸性或碱性的添加剂或熟化剂，在加水后均能够呈现稳定的水溶液。

本发明使用三聚氰胺作为该非离子型水性含磷环氧树脂的熟化剂而制备出一种防火涂料，其LOI值(Limiting oxygen index，极限氧指数)可以超过30甚至达到42的程度。

本发明提供一种水性含磷环氧树脂防火涂料，以重量份数计，该涂料由以下组分组成：

30～50份的水性磷酸苯酯二缩水甘油酯(BGPP)，其具体化学式如下式(I)：

20～50重量份的三聚氰胺，

20～50重量份的水性环氧树脂，

1～3重量份的乙二醇，

25～50重量份去离子水，

作为辅助熟化剂的1～10重量份的异戊四醇，

1～4重量份的流平剂，

2～5重量份的消泡剂，

1～3重量份的成膜助剂，

7～10重量份的重质碳酸钙，

10～15重量份的钛白粉，

和1～2重量份的增稠剂。

本发明的涂料的上述组分中，除了水性磷酸苯酯二缩水甘油酯(BGPP)是按照本说明书所述的方法制备之外，其它组分均为涂料领域常用的公知化学品，均可通过商业途径获得。

本发明所述的防火涂料的制备方法方法包括以下步骤：

(1)加入上述涂料组份中的水性环氧树脂、乙二醇、异戊四醇、流平剂、成膜助剂和消泡剂至混合容器中，搅拌约20分钟；

(2)在搅拌下，再加入上述涂料组份中的水性磷酸苯酯二缩水甘油酯(BGPP)、三聚氰胺和重质碳酸钙和钛白粉，然后研磨至粒度小于50微米；

(3)在搅拌下，再加入上述涂料组份中的增稠剂，然后过滤即得水性含磷环氧树脂防火涂料。

其中的水性磷酸苯酯二缩水甘油酯(BGPP)的制备的反应过程如下：

在500毫升的圆底烧瓶中，将25克的2，3-环氧丙醇溶于100毫升的四氢呋喃(THF)中，在氮气氛围中不断搅拌。然后加入40克的三乙基胺(TEA)，并将30克磷酸苯酯二氯盐(PDCP)溶于60毫升四氢呋喃中，再将此溶液缓慢滴加到烧瓶中，而后保持室温下不断搅拌继续反应24小时。将反应体系得到的沉淀过滤，滤液经旋转蒸发皿浓缩后溶于乙酸乙酯中，再用2％的氢氧化钠水溶液及蒸馏水淋洗，将分层后的有机层经无水硫酸镁干燥后，即获得液态的纯粹BGPP化合物。再将BGPP化合物进行水性化处理，其反应过程如下：

取BGPP10克，二乙醇胺7克、N-甲基-2-四氢吡咯酮(NMP)9克与去离子水3克在80℃下混合并搅拌，反应时间为5小时，再静置24小时后，即可得到透明的均相水性BGPP化合物。所得到的水性BGPP可以任何比例加水稀释而都不会产生沉淀。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行详细描述：

实施例1：

1.取水性环氧树脂20份、乙二醇1份、异戊四醇1份、流平剂1份、成膜助剂(例如十二碳醇酯)1份、消泡剂(1∶1水混合液)2份、去离子水25份倒入分散机中搅拌20分钟；

2.在搅拌下加入制得的水性BGPP化合物30份、三聚氰胺20份、重质碳酸钙7份和钛白粉10份，然后研磨至粒度小于50微米；

3.在搅拌下加入增稠剂1份，然后通过管道过滤器过滤后灌装即得水性含磷环氧树脂防火涂料。

实施例2：

1.取水性环氧树脂50份、乙二醇3份、异戊四醇10份、流平剂4份、成膜助剂(例如十二碳醇酯)3份、消泡剂(1∶1水混合液)5份、去离子水50份倒入分散机中搅拌20分钟；

2.在搅拌下加入制得的水性BGPP化合物50份、三聚氰胺50份、重质碳酸钙10份和钛白粉15份，然后研磨至粒度小于50微米；

3.在搅拌下加入增稠剂2份，然后通过管道过滤器过滤后灌装即得水性含磷环氧树脂防火涂料。

比较例1：配方如下表1：

组分	重量份数
		聚氨酯树脂	20
甲乙酮	20
		水	25
三聚氰胺	25
		尿素	10

异戊四醇	10
		聚磷酸胺	30

比较例2：配方如下表2：

组分	重量份数
		聚氨酯树脂	50
甲乙酮	30
		水	50
三聚氰胺	50
		尿素	20
异戊四醇	10
		聚磷酸胺	50

测试方法

按照上述的组分及含量配方所制成的防火涂料，用刮刀刮涂于20×20×0.45cm的三合板表面，然后置于空气中在25～30℃下固化，记录固化所需时间如表3，固化后涂膜厚度约为1.0mm，待涂膜固化后利用丁烷火焰喷灯(温度约1000℃)直吹三合板燃烧测试，喷灯口与三合板距离约为10cm，测试至三合板烧穿，观察并记录情形见表4。

表3涂膜成形固化所需时间

样品	涂膜固化时间(小时)
		比较例1	7
比较例2	6
		实施例1	3
实施例2	3

表4三合板燃烧状况

其中，对照组为未涂布防火涂料的三合板。

表5LOI值(Limiting oxygen index，极限氧指数)测试

样品	LOI	磷含量(％)	氮含量(％)
				实施例1	40.6	4.2	14.2
实施例2	42	4.5	14.6
				对比例1	30	2.1	14.4
对比例2	26.7	2.3	14.6

由上述测试结果可以明显的得出本发明的含磷环氧树脂水性防火涂料具有优良的阻燃效果，三合板的耐烧穿时间可达一小时，其LOI值可到达42。

Claims (1)

1.水性含磷环氧树脂防火涂料，以重量份数计，该涂料由以下组分组成：

30～50份的水性磷酸苯酯二缩水甘油酯，其具体化学式如下式(I)：

20～50重量份的三聚氰胺，

20～50重量份的水性环氧树脂，

1～3重量份的乙二醇，

25～50重量份的去离子水，

作为辅助熟化剂的1～10重量份的异戊四醇，

1～4重量份的流平剂，

2～5重量份的消泡剂，

1～3重量份的成膜助剂，

7～10重量份的重质碳酸钙，

10～15重量份的钛白粉，

1～2重量份的增稠剂。