CN102977710A - 一种丙烯酸防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防火阻燃涂料技术领域，特别是指一种高性能塑胶饰面型丙烯酸防火涂料及其制备方法。包括以下重量份的各种组分：80－100℃的热塑性丙烯酸树脂：38－60份；分散剂：1－3份；混合溶剂：5－20份；环氧基官能团硅烷偶联剂：1－5份；协效阻燃剂：15－30份；钛酸酯偶联剂：8－15份。优点在于，耐火、耐水性好，耐石击强、光泽高、附着力好、机械强度高、阻燃性良好；装饰性好、长寿命、燃烧时低烟低毒的环境友好等特性。

Description

一种丙烯酸防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防火阻燃涂料技术领域，特别是指一种高性能塑胶饰面型丙烯酸防火涂料及其制备方法。 

背景技术

目前市场上的电器、汽车暖风机壳等的塑胶机壳火灾危害性大，往往造成人员、物资的重大损失。为减少此类火灾的破坏，世界各国进行了多方面的研究和探索，无论从性能、成本，还是加工方便性考虑，防火涂料是塑胶机壳防火保护的最佳选择。塑胶机壳用防火涂料是一种涂覆在塑胶机壳表层上，形成防火保护涂层的特种涂料，火灾发生时，防火涂层能有效阻隔并降低温度向家用电器、汽车等的核心部件的传导速度，延缓温升和强度变弱，为人员疏散、财产转移赢得时间。 

自1843年首先发现丙烯酸单体以来，人们一直对这类具有活性的有机化合物不断地从结构与性能上进行探索，至20世纪三十年代开始丙烯酸树脂与涂料的工业化生产。此后，丙烯酸酯及其改性聚合物的研究与应用发展极其迅速，现在已成为高分子乃至涂料中的重要一员。丙烯酸树脂由于C－C主链特殊的光、热、化学稳定性与倒链上基团的变化，以致由丙烯酸作为主要成膜基料的丙烯酸涂料在耐候性、耐污染性、耐酸、耐碱、机械性能、耐油及溶剂等方面均具有独特的优势，在使用的工业与民用建筑领域内得到广泛的青睐。 

我国的丙烯酸涂料科学研究始于20世纪六十年代，八十年代开始工业化过程，至今在溶剂型与水性体系都取得了惊人的成就，丙烯酸涂料已覆盖日常生活的各个领域。目前国内外丙烯酸涂料正从传统的溶剂型向水性与光固化方向发展，产品的性能随着乙烯基单体与助剂的多样化及合成工艺的进一步完善而逐步得到提高与此同时伴随着国内经济的稳步发展，丙烯酸涂料的需求将会大幅度增加。强化丙烯酸树脂与涂料的研究，保持与丙烯 酸涂料需求的同步，对我国丙烯酸涂料的稳定发展十分必要。 

近年来，国内外丙烯酸树脂涂料的发展很快，目前已占涂料的1/3以上，因此，丙烯酸树脂在涂料成膜树脂中居于重要地位。 

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。根据防火涂料的作用、功能和现行国家标准对防火涂料的要求，最适宜的分类为：结构型防火涂料和饰面型防火涂料；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。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，通火时，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于化合物为基料，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，涂层通火或热辐射时膨胀发泡，产生一层比原涂层厚儿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。 

发明内容

本项目即是针对目前防火涂料中存在的隔热性能较差、热稳定性不好等不足之处，提供一种塑胶饰面型热塑性丙烯酸环保防火涂料及其制备方法。 

丙烯酸树脂的合成原理： 

丙烯酸树脂是以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等配以活性单体-含羟基的（甲基）丙烯酸酯类单体通过自由基聚合中的溶液聚合而成的，根据所需涂料的不同的使用要求，采用合适的软硬单体配比以调整合成树脂的玻璃化温度，可制备所需性能的树脂。引发剂选用偶氮二异丁腈，溶剂选用醋酸丁酯和甲苯的混合溶剂。为了进一步加快聚合反应的速度，并提高单体的转化率，采用分批加入混合单体和引发剂的方法。

丙烯酸树脂涂料合成原理： 

丙烯酸树脂涂料是由丙烯酸脂与甲基丙烯酸脂共聚树脂为主要成膜物质，加入颜料，有机溶剂和其它辅助材料混合调制而成。利用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸经乙酯进行交联反应。

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．防火涂料通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．阻止发生反应的链锁反应，分解气体的燃烧反应是游离基反应，而含氮。磷、滨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．防火涂料通火膨胀发泡，生成一层泡沫隔热层，封闭被保护的基材，阻止基层燃烧。 

丙烯酸系树脂因其耐热性和耐老化性均优于聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯和醋酸纤维素，并具有机械强度大、表面光泽好、透明性好、容易加工等优点，而广泛应用于工程塑料、建筑材料，胶粘剂、涂料及塑料改性剂等领域。但是由于丙烯酸系树脂极易燃烧，极大地限制了其应用。目前，丙烯酸系树脂阻燃主要采用的方法是添加阻燃剂，阻燃剂可以分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。 

本发明通过以下技术方案实现，包括以下重量份的各种组分： 

80－100℃的热塑性丙烯酸树脂：38－60份；分散剂：1－3份；混合溶剂：5－20份；环氧基官能团硅烷偶联剂：1－5份；协效阻燃剂：15－30份；钛酸酯偶联剂：8－15份。

所述的分散剂包括 BYK163或 BYK104。 

所述的混合溶剂是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一种溶剂或几种溶剂的混合物。 

其制备方法包括以下步骤： 

（1）防火助剂混合分散：

 将 TG为 80－100 ℃的热塑性丙烯酸树脂、分散剂按所述的比例混合，并加入混合溶剂，在转速400－800rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1000－1400rpm，分散至细度达 15 u m以下，备用；

（2）制漆：

 取洁净制漆缸，将80－100℃的热塑性丙烯酸树脂及上述步骤中制备的防火助剂、硅烷偶联剂及钛酸酯偶联剂按比例加入，用高速分散机以600－800rpm搅拌10－l5分钟，然后用上述的配套稀释剂调整粘度，用双层400目滤布过滤包装。

本发明的创新点在于： 

（1）采用高分子-无机复合粘结技术、不同耐火等级的复合纤维替代技术、超细活性粉料低温烧结技术、防火防腐蚀技术，提高了防火涂层粘结性能的高温连续性、柔韧性，和涂层的耐酸、耐腐蚀性，实现塑胶机壳涂料的多功能化。

（2）选用了高性能的丙烯酸聚氨酯为涂料的基料，从而使阻燃涂料具有高装饰性，光泽达90%以上，外观平整、光亮、镜面效果好。同时具有耐水、耐腐蚀、耐侯性高、长寿命、使用10—15年。 

（3）由于本项目选用的阻燃剂为有机阻燃剂季戊四醇（PER）-三聚氰胺（MA）与无机阻燃剂聚磷酸铵APP的复合物，能产生协同效应，分解温度大于250℃，使得涂料具有良好的耐热性能，按照美国防火材料标准及测试方法，其防火等级可达UL94 V－0级。 

涂料耐磨性、抗石击性、耐水性、耐火性能检测完全达标，该成果已成功应用于家电企业电器机壳的喷涂，以及汽车配件、建材等领域。 

具体实施方式

本发明包括以下重量份的各种组分： 

80－100℃的热塑性丙烯酸树脂：38－60份；分散剂：1－3份；混合溶剂：5－20份；环氧基官能团硅烷偶联剂：1－5份；协效阻燃剂：15－30份；钛酸酯偶联剂：8－15份。

所述的分散剂包括 BYK163或 BYK104。 

所述的混合溶剂是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一种溶剂或几种溶剂的混合物。 

下面对本发明的优选实施例作进一步说明： 

实施例一包括以下重量份的各种组分，80℃的热塑性丙烯酸树脂：38份；分散剂：3份；混合溶剂：20份；环氧基官能团硅烷偶联剂：5份；协效阻燃剂：25份；钛酸酯偶联剂：9份。

实施例二包括以下重量份的各种组分，90℃的热塑性丙烯酸树脂：45份；分散剂：2份；混合溶剂：6份；环氧基官能团硅烷偶联剂：2份；协效阻燃剂：30份；钛酸酯偶联剂：15份。 

实施例一包括以下重量份的各种组分，100℃的热塑性丙烯酸树脂：60份；分散剂：1份；混合溶剂：10份；环氧基官能团硅烷偶联剂：1份；协效阻燃剂：18份；钛酸酯偶联剂：10份。 

其制备方法包括以下步骤： 

（1）防火助剂混合分散：

 将 80－100 ℃的热塑性丙烯酸树脂、分散剂按所述的比例混合，并加入混合溶剂，在转速400－800rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1000－1400rpm，分散至细度达 15 u m以下，备用；

 （2）制漆：

 取洁净制漆缸，将TG为80－100℃的热塑性丙烯酸树脂及上述步骤中制备的防火助剂、硅烷偶联剂及钛酸酯偶联剂按比例加入，用高速分散机以600－800rpm搅拌10－l5分钟，然后用上述的配套稀释剂调整粘度，用双层400目滤布过滤包装。

本发明采用高分子-无机复合粘结技术、不同耐火等级的复合纤维替代技术、超细活性粉料低温烧结技术、防火防腐蚀技术，提高了防火涂层粘结性能的高温连续性、柔韧性，和涂层的耐酸、耐腐蚀性，实现HIPS等塑胶机壳涂料的多功能化； 

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，本发明的涂料可涂饰于各种常见塑胶底材，如 HrS、PS、ABS、PMMA等，且具有良好附着力及综合性能。

2．由于主体采用热塑性丙烯酸树脂，所以涂料具有良好的保光保色性、耐水耐化学性；且施工方便、干燥速度快，节约能源；另外施工重涂和返工后，涂膜仍然有良好的附着力及其他综合性能。 

3．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。 

4．由于本项目选用的阻燃剂为有机阻燃剂与无机阻燃剂的复合物，能产生协同效应，最优化防火效果，按照美国防火材料标准及测试方法，其防火等级可达UL94 V－0级；具体来说： 

①．组分聚磷酸铵APP的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、毒性小等优点；

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。

5．本项目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、颜色可控性明显较优，且总成本较低。 

6．本项目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。 

产品的主要技术特性：耐火、耐水性好，耐石击强、光泽高、附着力好、机械强度高、阻燃性良好。 

各项关键技术指标参见表1 

 表1

产品特点：装饰性好、长寿命、燃烧时低烟低毒的环境友好等特性。

塑胶饰面型防火涂料不仅具有色浅、透明度高、光亮丰满、耐候、保色、保光、附着力强、耐腐蚀、坚硬、柔韧等特点，且可通过选择单体、调整配比、改变制备方法及改变拼用树脂，配制出一系列丙烯酸树脂涂料，而广泛用于飞机、汽车、机床、仪表、家用电器、高级木器及缝纫机、自行车等轻工产品塑胶机壳的防护和装饰性涂装。 

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (4)

1.一种丙烯酸防火涂料，其特征在于：包括以下重量份的各种组分：

80－100℃的热塑性丙烯酸树脂：38－60份；分散剂：1－3份；混合溶剂：5－20份；环氧基官能团硅烷偶联剂：1－5份；协效阻燃剂：15－30份；钛酸酯偶联剂：8－15份。

2.根据权利要求1所述的一种丙烯酸防火涂料，其特征在于：所述的分散剂包括 BYK163或 BYK104。

3.根据权利要求1所述的一种丙烯酸防火涂料，其特征在于：所述的混合溶剂是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一种溶剂或几种溶剂的混合物。

4.一种丙烯酸防火涂料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）防火助剂混合分散：

 将 80－100 ℃的热塑性丙烯酸树脂、分散剂按所述的比例混合，并加入混合溶剂，在转速400－800rpm下，按比例缓慢加入协效阻燃剂，加入完毕后，再提高转速至1000－1400rpm，分散至细度达 15 u m以下；

 （2）制漆：

 取洁净制漆缸，将TG为80－100℃的热塑性丙烯酸树脂及上述步骤中制备的防火助剂、硅烷偶联剂及钛酸酯偶联剂按比例加入，用高速分散机以600－800rpm搅拌10－l5分钟，然后用上述的配套稀释剂调整粘度，用双层400目滤布过滤包装。