CN102702885A

CN102702885A - 一种水性室内无烟防火涂料

Info

Publication number: CN102702885A
Application number: CN2012101950017A
Authority: CN
Inventors: 管伟
Original assignee: TIANCHANG YINHU PAINT Co Ltd
Current assignee: TIANCHANG YINHU PAINT Co Ltd
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及一种水性室内无烟防火涂料，所述涂料按重量份数包括如下组分：水20-28份、多壁碳纳米管3-5份、10％六偏磷酸钠水溶液2-3份、消泡剂0.1-0.2份、润湿剂0.1-0.2份、成膜助剂0.1-0.5份、分散剂0.1-0.3份、脱水催化剂10-20份、发泡剂8-10份、碳化剂7-85份、抑烟阻燃剂10-14份、钛白粉11-15份、醋丙乳液11-23.5份、杀菌剂0.2份、增稠剂0.6-1.2份、调整剂0.1-0.2份。本发明添加了经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管，从而提高防火涂料受火后的炭化层强度和膨胀倍率。

Description

一种水性室内无烟防火涂料

技术领域

本发明涉及一种涂料，具体涉及一种水性室内无烟防火涂料。

背景技术

防火涂料按分散介质的种类，可分为溶剂型防火涂料和水性防火涂料。

溶剂型防火涂料，因其对环境和人们的健康影响损害较大，逐渐被淘汰。

水性防火涂料，于20世纪30年代开始研发、应用，产品质量和性能逐步提高，20世纪90年代开始，随着环境意识和科技水平的提高，水性防火涂料迅速发展。水性防火涂料分为有机、无机和无机-有机复合型防火涂料。

1、有机水性防火涂料，主要基料以聚丙烯酸乳液、苯乙烯改性乳液等，其优点无毒无臭，具有较高的耐寒性和保温性，但其阻燃性、耐热性较差，高温易反粘、易粘尘，低温容易变脆，透气性较差，推行使用一段时间就退出了市场。

2、无机水性防火涂料，为了解决有机防火涂料存在的问题，人们把关注点放在无机防火涂料的研发上，于是以硅酸盐为基料的无机防火涂料应运而生，但其阻火时易产生烟雾和不同程度的放出毒气。为了解决这些问题，人们把重点放在硅酸盐型上，逐步形成水合硅酸盐型和耐水硅酸盐型。水合硅酸盐型主要缺点是随着温度进一步升高，硅酸盐泡沫层熔缩，继而熔落涂层，后期阻火能力欠佳；耐水硅酸盐型，主要缺点是遇水时显示强碱性，会使金属钝化，造成配套底漆损坏，一旦涂层遇水，碱金属离子很快溶于水，涂膜也随之溶解；总之无机型防火涂料，都没能很好解决质量与烟雾毒气和耐候性、耐水性的关系。

3、有机、无机复合型防火涂料，为了解决有机和无机各自存在的问题，吸纳两个方面的优点，人们把重点放在有机、无机复合型的研发和应用上来。无机材料作为主要成膜物质的防火涂料，其阻燃性优于有机防火涂料，但其耐候性等物理指标较差。若将二者结合起来，就能得到优良的有机无机防火涂料。但这类防火涂料对有机树脂要求较高，需要特别合成，生产成本过高，不易被市场接受。

近年来，特大火灾时有发生，究其原因发现，尽管现代建筑主体结构是用不燃材料做成的，但整个建筑物还有大量易燃、可燃的室内装修材料及家具陈设，它们都是火灾发生和蔓延的危险因素。由此而造成的损失令人触目惊心。使其中一些易燃部位阻燃的最好办法就是涂上性能好的防火涂料，降低其燃烧等级，变为不燃或阻燃。这样一旦发生火灾，则可在一定时间内阻止火灾蔓延。特别是遇明火或高温的初期，是人们逃生的宝贵时间。往往火灾最大损失不是物质而是人的生命。火害初期致人生命的不是明火和高温而是被燃物体或防火涂料释放烟雾和有毒气体。

目前，市场上没有一种水性膨胀型室内饰面阻燃防火涂料可以同时解决以下可有问题：

（1）涂料本身环保、健康，加工、储存运输方便。

（2）涂料的防火性能达到一级标准。

（3）涂料优越的耐候性、耐水性、耐磨性和抗冲击性。

（4）涂料遇热或明火后无毒气排放和烟雾排放。

（5）涂料的成本科学合理，易被市场接受。

（6）涂料加添颜料(3％以下)调色后，不影响以上各项功能。

（7）涂料使用后对底材无腐蚀、破坏作用。

（8）涂料施工过程中无特殊要求，可同内墙普通环保涂料施工要求相同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性室内无烟防火涂料，所述涂料按重量份数包括如下组分：

水20-28份、多壁碳纳米管3-5份、10％六偏磷酸钠水溶液2-3份、消泡剂0.1-0.2份、润湿剂0.1-0.2份、成膜助剂0.1-0.5份、分散剂0.1-0.3份、脱水催化剂10-20份、发泡剂8-10份、碳化剂7-85份、抑烟阻燃剂10-14份、钛白粉11-15份、醋丙乳液11-23.5份、杀菌剂0.2份、增稠剂0.6-1.2份、调整剂0.1-0.2份。

碳纳米管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。碳纳米管加入到涂料体系中，可以提高涂料的导电性能，本发明通过向涂料中加入碳纳米管，得到防火涂料。在防火涂料中，碳纳米管可以改善防火涂料涂层的强度与韧性，防止高温开裂，提高防火涂料受火膨胀后炭化层的致密度，进而提高防火涂料的防火性能。

两亲性聚合物聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）具有特殊的结构，吡咯烷酮环的亚甲基是非极性基团，具有亲油性；而分子中的内酰胺是强极性基团，具有亲水性，因此其能溶于水和许多有机溶剂中，如烷烃、醇、酯、羧酸、胺、氯化烃等。如果能将这种结构的两亲性聚合物引入到碳纳米管表面，其良好的溶解性将会明显改善碳纳米管在水、有机溶剂和聚合物中的分散性能。因此，本发明将两亲性聚合物引入碳纳米管来改善碳纳米管的分散性能，进而使防火涂料获得更加优异的分散性能。

优选地，本发明所述多壁碳纳米管为经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管（MWCNTs）。

作为本发明的优选技术方案，所述经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管的制备方法包括如下步骤：

（1）纯化：（2）与两亲性聚合物混合超声得到经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管。

优选地，所述步骤（1）纯化包括如下步骤：

将100mL质量分数为30％的HNO₃，溶液和MWCNTs加入到250mL的三口瓶中，用超声波分散，在50℃下机械搅拌24h，然后用0.2μm多孔膜过滤、蒸馏水洗涤直到滤液为中性为止，在100℃下烘干24h即得纯化的碳纳米管。

优选地，MWCNTs的加入量为0.2~5g，例如0.21g、0.28g、0.36g、4.1g、4.8g；

优选地，所述超声的功率为30~200kHz，例如35kHz、60kHz、85kHz、150kHz、190kHz；

优选地，所述超声时间为10~120min，例如15min、35min、56min、85min、110min。

优选地，所述步骤（2）与两亲性聚合物混合超声包括如下步骤：

将定量的纯化MWCNTs与一定浓度的两亲性聚合物PVP水溶液混合，然后利用超声波辅助分散并在机械搅拌下，30℃反应一定时间后，样品由0.2μm多孔膜过滤，多次清洗干燥后得到经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管。

优选地，所述反应时间为10~120min，例如15min、35min、56min、85min、110min。

作为优选技术方案，本发明所述所述涂料按重量份数包括如下组分：

脱水催化剂是三聚磷酸胺或磷酸或硫酸或硼酸中的任一种。

发泡剂是三聚氰胺或尿素或脲醛树脂或双氰胺或聚酸胺或密胺或聚脲或氧化石蜡中的任一种。

碳化剂是山梨醇或季戊四醇或二季戊四醇或三季戊四醇中的任一种。

抑烟阻燃剂10-14份是由锑0.1-0.14份；硼0.2-0.28份；锌0.2-0.28份；镁0.02-0.028份；磷0.1-0.14份；碳酸钙9.38-13.132份构成。

消泡剂是F-III型消泡剂、NXZ型消泡剂、12593型消泡剂中的任一种。

润湿剂是1130型润湿剂、PE100型润湿剂、OP-10型润湿剂的中的任一种。

成膜助剂是醇酯十二、伊士曼中的任一种。

分散剂是六偏磷酸钠、SN-5040分散剂、快易分散剂中的任一种。

杀菌剂是四氯间苯二甲腈或5氯二苯-4异噻唑啉-3酮或2正辛基-四异噻唑啉-3酮或2甲基异4异噻唑啉-3酮中的任一种。

增稠剂是ASE-60型增稠剂、212型增稠剂、DR-72型增稠剂中的任一种。

基料是醋丙乳液、聚丙烯酯乳液、聚腊酸乙烯乳液、氯乙烯一偏二氯乙烯共聚物乳液、氯丁橡胶乳液、水溶性三聚氰胺甲醛树脂、聚氨基甲酸树脂、聚酰胺树脂-丙烯晴共聚物中的任一种。

调整剂是甲基硅酸钠、硅酸钾、氨基醇磷酸盐液、氨水、氢氧化钾中的任一种。

本发明的优点是：

1.经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管可以提高防火涂料受火后的炭化层强度和膨胀倍率。

2.可以任意添加3％的颜料，进行调色，达到理想的装饰目的和效果。同时，不影响涂层防火和其物理性能。

3.其主要优点是不仅生产、加工、储存、运输方便，环保、价格低，容易被广泛推广使用，而且在遇火或高温时，不产生任何负作用的烟雾和毒，阻燃效果十分理想，并且耐候性、耐水性等各项物理指标均十分理想，完全满足了当前和今后一段时间人们和社会的理想需求。

具体实施方式

为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

取可直接饮用标准的水20份，依次加入多壁碳纳米管3份、10％六偏磷酸钠水溶液3份充分搅拌均匀，再依次加F-III型消泡剂0.1份、PE100型润湿剂0.1份、成膜助剂醇酯十二0.5份、快易分散剂0.3份，继续搅拌均匀，加入脱水脱水催化剂三聚磷酸胺10份搅拌10分钟，加入发泡剂脲醛树脂10份搅拌10分钟后加入碳化剂山梨醇7份搅拌20分钟，加入抑烟阻燃剂10份是由锑0.13份、硼0.23份、锌0.25份、镁0.023份、磷0.12份、碳酸钙10.32份构成，搅拌30分钟，再加入钛白粉11份搅拌30分钟后，用三滚轴、砂磨机进行研磨，在不断搅拌下，依次加入聚氨基甲酸树脂11份、杀菌剂四氯间苯二甲腈0.2份、DR-72型增稠剂0.6份、调整剂甲基硅酸钠0.1份，过滤后按标准容器灌装为成品。

实施例2

取可直接饮用标准的水28份，依次加入多壁碳纳米管5份、10％六偏磷酸钠水溶液2份充分搅拌均匀，再依次加NXZ型消泡剂0.2份、OP-10型润湿剂0.2份、成膜助剂伊士曼0.1份、SN-5040分散剂0.1份，继续搅拌均匀，加入脱水脱水催化剂磷酸20份搅拌10分钟，加入发泡剂氧化石蜡8份搅拌10分钟后加入碳化剂三季戊四醇85份搅拌20分钟，加入抑烟阻燃剂14份是由锑0.14份、硼0.28份、锌0.28份、镁0.028份、磷0.14份、碳酸钙13.132份构成，搅拌30分钟，再加入钛白粉15份搅拌30分钟后，用三滚轴、砂磨机进行研磨，在不断搅拌下，依次加入聚腊酸乙烯乳液23.5份、杀菌剂5氯二苯-4异噻唑啉-3酮0.2份、212型增稠剂1.2份、调整剂硅酸钾0.2份，过滤后按标准容器灌装为成品。

实施例3

取可直接饮用标准的水25份，依次加入多壁碳纳米管4份、10％六偏磷酸钠水溶液2.3份充分搅拌均匀，再依次加12593型消泡剂0.12份、1130型润湿剂0.15份、成膜助剂伊士曼0.4份、分散剂六偏磷酸钠0.13份，继续搅拌均匀，加入脱水脱水催化剂硼酸10-20份搅拌10分钟，加入发泡剂三聚氰胺8-10份搅拌10分钟后加入碳化剂季戊四醇55份搅拌20分钟，加入抑烟阻燃剂13份是由锑0.1份、硼0.2份、锌0.2份、镁0.02份、磷0.1份、碳酸钙9.38份构成，搅拌30分钟，再加入钛白粉13份搅拌30分钟后，用三滚轴、砂磨机进行研磨，在不断搅拌下，依次加入醋丙乳液13.5份、杀菌剂2甲基异4异噻唑啉-3酮0.2份、ASE-60型增稠剂0.82份、调整剂氢氧化钾0.14份，过滤后按标准容器灌装为成品。

对比例

水2800千克、10％六偏磷酸钠水溶液300千克、NXZ型消泡剂20千克、PE100型润湿剂20千克、伊士曼成膜助剂50千克、SN-5040分散剂30千克、磷酸脱水催化剂2000千克、尿素发泡剂1000千克、山梨醇碳化剂850千克、抑烟阻燃剂1400千克、钛白粉1500千克、聚丙烯酯乳液基料2350千克、5氯二苯-4异噻唑啉-3酮杀菌剂20千克、212型增稠剂增稠剂120千克、硅酸钾调整剂20千克。抑烟阻燃剂1400千克是由锑14千克、硼28千克、锌28千克、镁2.8千克、磷14千克、碳酸钙1313千克，充分搅拌均匀，过滤后，按标准容器灌装为成品。

将实施例和对比例中制得的涂料产品，根据钢结构防火涂料GB l4907-2002的规定，将制得的防火涂料涂刷于钢板（150mm×70mm）的表面，倾斜45°放置自然晾干，表干后先用砂纸打磨涂层表面，再涂刷一遍。重复涂刷7次~10次，直至涂层厚度达到1.5mm~2.0mm。涂刷好的样板放置养护10d后，进行测试，测试结果如表1所示。

表1 实施例1~3和对比例抗火性能比较

	250℃膨胀倍率	300℃膨胀倍率
			实施例1	1.01	1.07
实施例2	1.03	1.06
			实施例3	1.02	1.04
对比例	1.03	1.2

由表1可以看出本发明所提供的防火涂料在300℃时，其膨胀率明显小于对比例，因此在耐火性能方面较对比例具有显著优异的效果。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种水性室内无烟防火涂料，其特征在于，所述涂料按重量份数包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述多壁碳纳米管为经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管。

3.根据权利要求1或2所述的防火涂料，其特征在于，所述经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管的制备方法包括如下步骤：

（1）纯化；（2）与两亲性聚合物混合超声得到经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管。

4.根据权利要求3所述的防火涂料，其特征在于，步骤（1）所述纯化包括如下步骤：

将100mL质量分数为30％的HNO₃，溶液和MWCNTs加入到250mL的三口瓶中，用超声波分散，在50℃下机械搅拌24h，然后用0.2μm多孔膜过滤、蒸馏水洗涤直到滤液为中性为止，在100℃下烘干24h即得纯化的碳纳米管；

优选地，MWCNTs的加入量为0.2~5g，优选0.5~3g，进一步优选0.6~0.8g；

优选地，所述超声的功率为30~200kHz，优选50~120kHz，进一步优选80kHz；

优选地，所述超声时间为10~120min，优选35~60min，进一步优选55min。

5.根据权利要求3所述的防火涂料，其特征在于，步骤（2）所述与两亲性聚合物混合超声包括如下步骤：

将纯化的MWCNTs与一定浓度的两亲性聚合物PVP水溶液混合，然后利用频率为超声波辅助分散并在机械搅拌下，30℃反应一定时间后，样品由0.2μm多孔膜过滤，多次清洗干燥后得到经两亲性聚合物改性的多壁碳纳米管；

优选地，所述反应时间为10~120min，优选35~60min，进一步优选55min。

6.根据权利要求1~5之一所述的防火涂料，其特征在于，所述脱水催化剂是三聚磷酸胺或磷酸或硫酸或硼酸的任一种；

优选地，所述发泡剂是三聚氰胺或尿素或脲醛树脂或双氰胺或聚酸胺或密胺或聚脲或氧化石蜡中的任一种；

优选地，所述碳化剂是山梨醇或季戊四醇或二季戊四醇或三季戊四醇中的任一种；

优选地，所述抑烟阻燃剂10-14份，其中阻燃剂是由锑0.1-0.14；硼0.2-0.28；锌0.2-0.28；镁0.02-0.028；磷0.1-0.14；碳酸钙9.38-13.132。

7.根据权利要求1~6之一所述的防火涂料，其特征在于，所述消泡剂是F-III型消泡剂、NXZ型消泡剂、12593型消泡剂中的任一种；润湿剂是1130型润湿剂、PE100型润湿剂、OP-10型润湿剂的中的任一种；成膜助剂是醇酯十二、伊士曼中的任一种；

优选地，所述分散剂是六偏磷酸钠、SN-5040分散剂、快易分散剂中的任一种。

8.根据权利要求1~7之一所述的防火涂料，其特征在于，所述杀菌剂是四氯间苯二甲腈或5氯二苯一4异噻唑啉一3酮或2正辛基一四异噻唑啉一3酮或2甲基异4异噻唑啉一3酮中的任一种。

9.根据权利要求1~8之一所述的防火涂料，其特征在于，所述增稠剂是ASE-60型增稠剂、212型增稠剂、DR-72型中的任一种。

10.根据权利要求1~9之一所述的防火涂料，其特征在于，所述调整剂是甲基硅酸钠、硅酸钾、氨基醇磷酸盐液、氨水、氢氧化钾中的任一种。