CN103911866B

CN103911866B - 阻燃涂料及阻燃织物

Info

Publication number: CN103911866B
Application number: CN201310005898.7A
Authority: CN
Inventors: 刘铮达; 汪玉琦; 徐振明; 陈布伦; 高哲一
Original assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Current assignee: Chi Lin Technology Co Ltd
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: CN103911866A

Abstract

本发明揭示一种阻燃涂料及阻燃织物，所述阻燃涂料包含：一种水性聚氨酯树脂、一种具有多个异氰酸基(-NCO)的异氰酸酯类化合物，以及一种金属氢氧化物，且所述异氰酸酯类化合物的异氰酸基分别与所述水性聚氨酯树脂及所述金属氢氧化物产生键合。所述阻燃涂料不含卤素成份，能提供阻燃性质及符合环保法规。

Description

阻燃涂料及阻燃织物

技术领域

本发明是关于一种阻燃涂料及阻燃织物，特别是关于一种无卤素成份的涂布型阻燃涂料及阻燃织物。

背景技术

为了符合消防安检法规，工业用或室内装潢使用之纺织布料也需要进行阻燃处理，其中现有纺织布料的阻燃技术使用的阻燃涂料大多以卤素化合物为主成份，并再搭配一部份锑系阻燃剂。所述卤素成份例如为聚氯乙烯(PVC)，其具有优异的阻燃效果，并广泛应用于表面贴皮、壁纸等室内装饰。然而，含有PVC等卤素成份的阻燃涂料在火场中受热时容易分解产生戴奥辛等有毒气体；同时，此类阻燃涂料也因添加了卤素成份及大量塑化剂，而造成无法符合欧盟等地区的环保法规，导致其相关产品无法输出至欧洲等地区贩卖。

故，有必要提供一种阻燃涂料及阻燃织物，以解决现有技术所存在的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种阻燃涂料及阻燃织物，其由水性聚氨酯树脂、具有多个异氰酸基的异氰酸酯类化合物以及金属氢氧化物来组成一种无卤素成份的涂布型阻燃涂料，因而不但可提供优良的阻燃性质，而且也可符合无毒涂料环保法规。

为达上述目的，本发明提供一种阻燃涂料，其包含：

(a)一种水性聚氨酯树脂；

(b)一种具有多个异氰酸基的异氰酸酯类化合物；以及

(c)一种金属氢氧化物；

其中所述异氰酸酯类化合物的这些异氰酸基分别与所述水性聚氨酯树脂及所述金属氢氧化物产生键合。

在本发明一实施例中，所述水性聚氨酯树脂、所述异氰酸酯类化合物及所述金属氢氧化物的固体重量比例为50：0.1~1：20~80。

在本发明一实施例中，更包括一种磷系阻燃剂。

在本发明一实施例中，更包括一种膨胀石墨。

在本发明一实施例中，所述水性聚氨酯树脂具有多个磺酸基或羧基的亲水基。

在本发明一实施例中，所述异氰酸酯类化合物为经亲水性改性的基于六亚甲基二异氰酸酯的低聚合物。

在本发明一实施例中，所述金属氢氧化物系为氢氧化铝或氢氧化镁。

在本发明一实施例中，所述金属氢氧化物的平均粒径介于1至15微米(μm)之间。

在本发明一实施例中，所述金属氢氧化物的微粒系经表面改性而具有多个胺基(-NH₂)。

在本发明一实施例中，更包括一种金属粉或金属网。

另外，本发明提供一种阻燃织物，其包含：一布料；以及一如上的阻燃涂料，其涂布在所述布料上。

在本发明一实施例中，所述布料为棉布或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)布。

具体实施方式

为了让本发明上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明优选实施例，作详细说明如下。

根据本发明一优选实施例，本发明提供一种阻燃涂料，其包含一种水性聚氨酯(polyurethane)树脂、一种具有多个异氰酸基(–NCO)的异氰酸酯类(isocyanate)化合物以及一种金属氢氧化物，其中所述异氰酸酯类化合物的这些异氰酸基分别与所述水性聚氨酯树脂及所述金属氢氧化物产生键合，因而形成有机与无机混成的聚合薄膜。

在本实施例中，所述水性聚氨酯树脂、所述异氰酸酯类化合物、所述金属氢氧化物之固体重量比例可为50：0.1~1：20~80，必要时，也可额外包含一种磷系阻燃剂，例如聚磷酸铵。此时，所述水性聚氨酯树脂、所述异氰酸酯类化合物、所述金属氢氧化物与所述磷系阻燃剂的固体重量比例可为50：0.1~1：20~80：5~40。另外，也可额外包含一种膨胀石墨，以使阻燃涂料适合作为饰板，所述膨胀石墨的固体重量比例则依产品需求调整，本发明并不加以限制。

在本实施例中，所述水性聚氨酯树脂可分为阴离子型、阳离子型及非离子型水性聚氨酯，其中阴离子型又可分为磺酸型及羧酸型两大类，即所述水性聚氨酯树脂可以具有多个磺酸基(-SO₃H)或羧基(-COOH)的亲水基。

再者，所述异氰酸酯类化合物为一种预先经过亲水改性处理的交联剂(crosslinker，又称为架桥剂)，并且各具有多个异氰酸基(-NCO)。所述异氰酸酯类化合物例如为经亲水性改性的基于六亚甲基二异氰酸酯(hexamethylenediisocyanate)的低聚合物(oligomer)，其中所述异氰酸酯类化合物能以其异氰酸基键合在所述水性聚氨酯树脂上。

另外，所述金属氢氧化物指预先进行表面改性处理且具有预定平均粒径的氢氧化铝(Al(OH)₃（aluminumtrihydroxide，ATH)或氢氧化镁(Mg(OH)₂)的微粒，其中所述预定平均粒径优选控制在介于1至15微米(μm)之间。所述金属氢氧化物的微粒经表面改性后各具有多个胺基(-NH₂)，所述胺基只位于所述微粒的表面上，其中各所述微粒经由所述胺基键合在所述异氰酸酯类化合物的其中至少一所述异氰酸基上。待后续所述阻燃涂料在火场中受热时，所述金属氢氧化物的微粒才会受热释放出水气并转而成为氧化铝(Al₂O₃)，以阻隔热能。

在本实施例中，上述阻燃涂料预先被涂布在一布料上，以形成一种阻燃织物，其中所述布料例如为棉布或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)布，但并不限于此。

在本发明一实施例中，上述阻燃涂料及阻燃织物可由下述液态组成物经由混合、涂布及烘干而加以制造，所述液态组成物包含：一种水性聚氨酯分子、一种亲水改性的交联分子、一种表面改性的氢氧化铝微粒以及纯水，其中所述水性聚氨酯分子是以水代替有机溶剂作为分散介质的聚氨酯(polyurethane)体系，所述水性聚氨酯分子各具有多个亲水基，所述亲水基可选自磺酸基(-SO₃H)或羧基(-COOH)，且所述水性聚氨酯分子已预先合成备用。

再者，所述亲水改性的交联分子例如为各具有多个异氰酸基(-NCO)的异氰酸酯类化合物，例如经亲水性改性的基于六亚甲基二异氰酸酯的低聚合物，其中各交联分子在与所述水性聚氨酯分子反应后能以其至少一所述异氰酸基键合在所述水性聚氨酯分子上。在本实施例中，所述交联分子例如具有下述代表式(I)：

(I)。

其中R选自H或C1-C12的直链或支链的烷基或烯基。上述交联分子经过亲水改性处理后具有异氰酸基，因此当其预先在水中调配成反应液时，多个所述交联分子的主分子链部份因同属亲油性质，因而聚集在一起成为乳化微滴状，但所述乳化微滴的表面的交联分子则因异氰酸基与水反应生成聚脲(urea)层做为一亲水性膜层。因此，使得所述交联分子暂时以具有亲水性膜层的乳化微滴的状态均匀散布在水中，进而保护内部未反应的异氰酸基，减缓其消耗速度。

另外，本实施例的表面改性氢氧化铝微粒的预定平均粒径系介于1至15微米之间。所述氢氧化铝微粒经表面改性后各具有多个胺基(-NH₂)，所述胺基只位于所述氢氧化铝微粒的表面上，其中各所述氢氧化铝微粒用以经由所述胺基键合在所述交联分子的其中至少一所述异氰酸基上。待后续所述阻燃涂料在火场中受热时，所述氢氧化铝微粒才会受热释放出水气并转而成为氧化铝，以阻隔热能。

本发明将在下文利用多个实施例来说明本发明如何利用上述配方来调配制作阻燃涂料的方法，并对比探讨其阻燃性质是否有所提升。

实施例1：

首先，预调配含一种水性聚氨酯分子的水溶液备用，欲进行下述反应时，则在所述水性聚氨酯分子的水溶液中进一步加入去离子水进行稀释，随后再加入表面改性的氢氧化铝微粒(粒径1及8μm)，并搅拌至均匀分散成为稀释混合水溶液。

接着，预先调配一亲水改性的交联分子的水溶液，使所述交联分子表面的异氰酸基(-NCO)先与水反应而形成乳化微滴状及亲水性膜层。随后，再将此乳化微滴状交联分子的水溶液加入到上述稀释混合水溶液中，并搅拌至均匀，如此即调配完成一液态涂料，此时所述液态涂料仍含有水份，其组成物重量比如下表1所示：

表1、实施例1的组成物重量比例

在上述表1的液态涂料中，水性聚氨酯分子、交联分子、氢氧化铝微粒及磷系阻燃剂(聚磷酸铵)的固体重量比例为50：0.5：40：10。其中，上述表格中，约有45~50g的水重量来自于上述预备调制的水性聚氨酯分子的水溶液的水重量。

最后，再将搅拌均匀的液态涂料以湿式刮涂方式涂布于一布料上，其中所述布料可选自棉布或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)布。接着，以160℃烘干所述液态涂料，待其水份蒸发后即成为一阻燃涂料层。在烘干期间，亲水改性的交联分子的微滴表面的亲水性膜层(聚脲层)因膜层干燥体积压缩而破裂，内部未反应的异氰酸基(－NCO)获得释放，并在高温下与所述水性聚氨酯分子(R-NH-COOR’)进行交联反应，同时表面改性的氢氧化铝微粒(ATH-NH₂)进行接枝反应形成有机/无机混成(hybrid)的阻燃涂料层，其膜厚约0.3毫米。所述阻燃涂料层可以涂布在所述布料的单一表面或两表面，以共同构成一阻燃织物。

接着，所述阻燃织物以30至45度倾角置于一火焰上方进行薄材阻燃试验，测量所述阻燃涂层表面的碳化区面积的结果显示确实可通过加热两分钟的CNS-7614防焰二级标准，详如下表2所示：

表2、实施例1的试样结果栏

其中，余焰时间(秒)、余烬时间(秒)及碳化长度(cm)的经向与纬向测试结果的单位值需分别等于或小于5、60及10。经由经向与纬向分别三次的测试结果，分别皆为0、0及9，显然位于5、60及10的规范内，换言之，本试验结果显示确实可通过加热两分钟的CNS-7614防焰二级标准。

实施例2：

本实施例的阻燃涂料的调配方法相似于实施例1，首先，预调配含水性聚氨酯分子的水溶液备用，欲进行下述反应时，则在所述水性聚氨酯分子的水溶液中进一步加入去离子水进行稀释，随后加入表面改性的氢氧化铝微粒(粒径8μm)以及进一步加入磷系阻燃剂(例如聚磷酸铵)，并搅拌至均匀分散成为稀释混合水溶液。

接着，预先调配亲水改性的交联分子的水溶液，得到乳化微滴状交联分子的水溶液，并将其加入到上述稀释混合水溶液中，并搅拌至均匀，如此即调配完成一液态涂料，此时的液态涂料仍含有水份，其组成物重量比例如下表3所示：

表3、实施例2之组成物重量比例

在上述表3的液态涂料中，水性聚氨酯分子、交联分子、氢氧化铝微粒、及磷系阻燃剂(聚磷酸铵)的固体重量比例为50：0.5：25：30。其中，上述表格中，约有45~50g的水重量来自于上述预备调制的水性聚氨酯分子的水溶液的水重量。

最后，同样将搅拌均匀的阻燃涂料以湿式刮涂方式涂布于一布料上，并以160℃烘干所述液态涂料，待其水份蒸发后即成为一阻燃涂料层，其膜厚约0.5mm。所述阻燃涂料层可以涂布在所述布料的单一表面或两表面，以共同构成一阻燃织物。

接着，本实施例的阻燃织物同样以30至45度倾角置于一火焰上方进行薄材阻燃性质试验，测量所述阻燃涂料层表面的碳化区面积的结果显示确实可通过CNS-10285A1阻燃标准，详如下表4所示：

表4、实施例2的试样结果栏

其中，由上表得知，经加热或着火反应后，并搭配经向与纬向的试验，其余焰时间(秒)、余烬时间(秒)、碳化面积(cm²)及碳化长度(cm)的单位值皆分别小于3、5、30及20，换言之，本试验结果显示确实可通过CNS-10285A1阻燃标准。

实施例3(对照组)：

本实施例的阻燃涂料的调配方法与实施例1相似，首先预调配含水性聚氨酯分子的水溶液备用，欲进行下述反应时，则在所述水性聚氨酯分子的水溶液中进一步加入去离子水进行稀释，但所述稀释水溶液中并不加入表面改性的氢氧化铝微粒或磷系阻燃剂。

接着，预先调配亲水改性的交联分子的水溶液，得到乳化微滴状交联分子的水溶液，并将其加入到上述稀释混合水溶液中，并搅拌至均匀，如此即调配完成一液态涂料，此时液态涂料仍含有水份，其组成物重量比例如下表5所示：

表5、实施例3(对照组)的组成物重量比例

在上述表5的液态涂料中，水性聚氨酯分子、及交联分子的固体重量比例为50：0.5。其中，上述表格中，约有45~50g的水重量来自于前述预备调制的水性聚氨酯分子的水溶液的水重量。

最后，同样将搅拌均匀的液态涂料以湿式刮涂方式涂布于一布料上，并以160℃烘干所述液态涂料，待其水份蒸发后即成为一阻燃涂料层，其膜厚约30微米。所述阻燃涂料层可以涂布在所述布料的单一表面或两表面，以共同构成一阻燃织物。

接着，本实施例(对照组)之阻燃织物同样以30至45度倾角置于一火焰上方进行薄材阻燃性质试验，结果所述阻燃织物完全烧毁，因此确认无法通过CNS-7614阻燃标准。

如上所述，实施例3的阻燃织物完全烧毁无法通过阻燃标准，本发明实施例1及2由一种水性聚氨酯树脂、一种具有多个异氰酸基的异氰酸酯类化合物以及一种金属氢氧化物来组成一种无卤素成份的涂布型阻燃涂料，其可涂布在所述布料上烘干形成所述阻燃涂料层，其确实能兼顾提供阻燃性质及符合无毒涂料环保法规的双重诉求；在实施例2中，则可进一步加入用量相对较少的磷系阻燃剂(聚磷酸铵)，如此不但能具有实施例1的阻燃优点，而且也能另外提供磷系阻燃剂的阻燃作用，同时也相对减少磷系阻燃剂所造成的耐候性差及易吸湿等缺点。

本发明的阻燃涂料也可另外添加至少一种金属粉或金属网，如此可增加散热性，避免热能集中于阻燃织物单点的功效；更进一步地，甚至可进而避免热量集中而烧穿阻燃织物的情形。

虽然本发明已以优选实施例揭露，然其并非用以限制本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与修饰，因此本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。

Claims

1.一种阻燃涂料，其特征在于，所述阻燃涂料包含：(a)一种水性聚氨酯树脂；(b)一种经亲水改性处理的具有多个异氰酸基的异氰酸酯类化合物；以及(c)一种金属氢氧化物，所述金属氢氧化物的微粒经表面改性而具有多个胺基；其中所述异氰酸酯类化合物的异氰酸基分别与所述水性聚氨酯树脂及所述金属氢氧化物产生键合。

2.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂、所述异氰酸酯类化合物及所述金属氢氧化物的固体重量比例为50：0.1~1：20~80。

3.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，更包括一种磷系阻燃剂。

4.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，更包括一种膨胀石墨。

5.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，所述水性聚氨酯树脂具有多个磺酸基或羧基的亲水基。

6.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，所述异氰酸酯类化合物为经亲水性改性的基于六亚甲基二异氰酸酯的低聚合物。

7.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，所述金属氢氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁。

8.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，所述金属氢氧化物的平均粒径介于1至15微米之间。

9.如权利要求1所述的阻燃涂料，其特征在于，更包括一种金属粉或金属网。

10.一种阻燃织物，其包含：一布料；以及一如权利要求1所述的阻燃涂料，其涂布在所述布料上。

11.如权利要求10所述的阻燃织物，其特征在于，所述布料为棉布或聚对苯二甲酸乙二酯布。