CN104177965B - 一种有机-无机复合纳米隔热防火涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机‑无机复合纳米隔热防火涂料及其制备方法，将有机成膜物质丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液、环氧树脂、有机膨胀阻燃体系季戊四醇、三聚氰胺和聚磷酸铵，与无机阻燃剂纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁以及填料纳米二氧化钛、陶瓷空心微珠、玻璃空心微珠和部分助剂共混制备而成。该复合涂料不仅具有优良的饰面性和防火性能，同时对太阳辐射具有反射效果，对基材有一定隔热保温性，而且还具有良好的粘结性、力学性能和疏水效果，固化前可通过喷涂或者刷涂成型，是一种新型水性多功能的防火材料。该复合防火涂料不仅可作为通用的建筑墙体防火涂料使用，同时适用于建筑装饰材料、隔热材料、钢结构支架、梁柱、金属屋面等的防火使用。
Description
技术领域
本发明属于化学建材类领域，具体涉及一种复合纳米隔热防火涂料及其制备方法。
技术背景
建筑防火是消防科学技术的一个重要领域，我国高度重视防火问题，许多建筑物在施工设计时就规定必须使用防火涂料。防火涂料涂覆于可燃物基材表面，对基材起装饰与保护作用，可以阻止火势传播和蔓延，延长基材着火时间或绝热性能以推迟基材破坏时间，为保护生命和财产安全提供了有利保障。目前，防火涂料种类繁多，在许多领域都得到广泛的应用。防火涂料根据不同标准有不同的分类方法: 按基料组成成分可以分为无机阻燃涂料和有机阻燃涂料，无机阻燃涂料通常是以硅酸盐、水玻璃为成膜物的无机防火涂料，有机阻燃涂料基料种类较多，常见的有酚醛树脂、过氯乙烯、氯化橡胶、丙烯酸、改性氨基树脂、苯丙树脂、有机硅树脂等。按应用分类分为：饰面型防火涂料；钢结构防火涂料；电缆防火涂料；隧道防火涂料；预应力混凝土楼板防火涂料。最常见的分类方法是按其防火形式及组成来分，可分为非膨胀型和膨胀型两大类，膨胀型防火涂料是目前国内外使用最广泛的一种防火涂料，它主要由成膜物质(树脂基料)、脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、颜填料、助剂和分散介质组成，可分为水性和溶剂性两类。
无机防火涂料通常是以无机粘结剂作为基料，水作溶剂，无机盐为主要添加剂。与其他类型的防火涂料相比，它除了具有水溶性防火涂料的一些优点外，由于它从基料到大多数添加剂都是无机物，因此在所有的防火涂料中，无机防火涂料的价格最低。但无机防火涂料的理化性能和应用性能较差。有机防火涂料虽然防火性能和理化性能好，但成本较高，同时带来一些环境问题。有机-无机复合水溶型防火涂料兼有无机型和有机型防火涂料的特点。有机-无机复合型饰面性防火涂料，它是在无机粘结剂组分中引入一定量的有机物和有利于涂膜耐水、耐候的助剂进行改性，改性后的涂料的理化性能会大大提高，且价格较低，各种性能好。
公开号为CN102977710A的专利申请公开了一种丙烯酸防火涂料及其制备方法，主要由热塑性丙烯酸树脂、混合溶剂、协效阻燃剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和分散剂混合而成。该涂料采用高分子-无机复合技术，提高了防火涂层粘结性能的高温连续性、柔韧性，用丙烯酸酯作为基料，使涂膜的外观平整、光亮、饰面性好，耐水、耐候、寿命长。但是该涂料使用的混合溶剂，在挥发成膜过程中存在有害环境和健康的气体放出，不利于环境保护。
公开号为CN103073963A的专利申请公开了一种阻燃型反射隔热涂料及其制备方法，主要由含磷酸酯基团的丙烯酸乳液、钛白粉、绢云母、热反射隔热粉、空心玻璃微珠、水及其助剂制备而成，该涂料兼具反射隔热性能和阻燃性能，同时具有很好的分散性和贮存稳定性。该发明中起主要阻燃作用的含磷酸酯基团的丙烯酸乳液，在遇到着火情况的初期能有效的起到防止火势迅速扩大的作用，但是随着燃烧的进行，单纯的磷酸酯基团阻止效果受限，存在一定的火灾隐患。
公开号为CN102061119A的专利申请公开了一种无溶剂环氧树脂超薄钢结构防火涂料，主要由无溶剂环氧树脂、膨胀阻燃剂、钛白粉、硼酸锌、可膨胀石墨、抑烟剂和助剂制备而成，该发明有防火特性，同时具有环氧树脂的优点，附着力好、防腐防水性能优异、表面装饰性强。但是由于环氧树脂分子中含有大量的苯环刚性基团，作为膨胀型防火涂料的成膜物质，当受热膨胀时发泡性差，阻燃隔热性能不佳。
发明内容
本发明的目的旨在克服上述缺点，提供一种绿色环保、附着力好、强度高、使用寿命长、防火性能优异且有反射、隔热、疏水性和装饰性的有。
本发明的另一目的是提供一种有机-无机复合纳米隔热防火涂料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下解决方案：一种有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：包括以下重量配比的原料：
丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液10~30份 环氧乳液(EP)5~10份
季戊四醇10~20份 三聚氰胺15~25份
聚磷酸铵10~15份 纳米氢氧化铝5~10份
纳米氢氧化镁2~5份 纳米二氧化钛5~10份
陶瓷空心微珠1~5份 玻璃空心微珠1~5份
疏水剂0.2~0.4份 消泡剂0.05~0.1份
流平剂0.1~0.3份。
上述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液的质量浓度为53～55%。
上述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的纳米氢氧化铝为粒径30～40nm的微球型纳米氢氧化铝。
上述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的纳米氢氧化镁为粒径20～25nm的微球型纳米氢氧化镁。
上述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的纳米二氧化钛为粒径15～60nm的金红石型纳米二氧化钛。
上述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的陶瓷空心微珠为粒径10～100μm的中空微珠。
上述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的玻璃空心微珠为粒径50～150μm的中空微珠。
上述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的疏水剂为含氟丙烯酸共聚物。
一种有机-无机复合纳米隔热防火涂料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
在常温下按质量分数称取10~30份丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入5~10份水性环氧乳液和0.05~0.1份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为500r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料桶中加入10~20份季戊四醇、15~25份三聚氰胺、 10~15份聚磷酸铵、5~10份纳米氢氧化铝、2~5份纳米氢氧化镁、5~10份纳米二氧化钛、1~5份陶瓷空心微珠、1~5份玻璃空心微珠、0.2~0.4份疏水剂、0.1~0.3份流平剂，设定搅拌器转速为1500r/min~2000r/min再次搅拌15～50min，制得有机-无机复合纳米隔热保温防火涂料。
本发明将丙烯酸树脂、苯丙树脂、环氧树脂等有机乳液作为成膜物，添加季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸铵组成的膨胀防火剂，同时加入纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁无机阻燃剂，纳米二氧化钛、空心陶瓷微珠、空心玻璃微珠等反射隔热填料，并加入部分助剂，制备有机-无机复合型纳米改性隔热防火涂料。纳米氢氧化铝和氢氧化镁无机阻燃填料对膨胀型防火剂有协同阻燃的作用，在燃烧初期能够吸收大量的热量，减少有机物燃烧时大量烟气的产生，同时能使膨胀后的泡沫致密而且均匀，不易脱落。纳米二氧化钛对太阳辐射起到很好的反射作用，减少热量的累积，空心陶瓷微珠、空心玻璃微珠具有较低的导热系数，在涂料中加入应用时能够起到隔热保温的作用。疏水剂含有键能较大的C-F键，在涂膜表层富集能较低涂膜的表面能，从而提高涂膜的疏水性。
与现有技术对比，本发明具有如下优点：
1、本发明在使用丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液作为基料的基础上，加入少量水性环氧树脂乳液，能大大提高防火涂料对水泥墙面、保温材料等基材的附着力，并且能提高涂膜的防腐和防水性能，同时当涂膜遇火膨胀时，增加了泡沫的硬度，有效的增加了泡沫的防脱落性。
2、本发明加入了纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁，既起到了填料的作用同时也是优良的无机阻燃剂，根据其纳米特性，具有较大的表面能，有助于形成连续的、抗氧化无机物保护层，可显著提高涂料的氧指数和抗高温氧化性能，在有机膨胀型阻燃剂的基础上结合无机阻燃剂的共同优点，二者的协效作用提高了防火阻燃的效果。
3、本发明中加入了纳米二氧化钛，屏蔽紫外线作用强，防止紫外线的侵害，提高了涂料的使用寿命。同时，其较高的硬度、密度、介电常数及折射率，有助于提高涂料的遮盖力和着色力，而且对阳光中的热辐射有很好的反射作用。
4、本发明中添加了陶瓷空心微珠和玻璃空心微珠，导热率低，能对建筑起到保温隔热的作用，当有热源靠近时能起到隔热的作用，有效的提高了涂膜的着火温度，延长了涂膜的耐火时间，防止火灾迅速发生。
5、疏水剂在涂料中能起到疏水和自清洁作用，并且与涂料体系相容性好，性能稳定。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
常温下按质量分数称取10份丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液于一带有分散乳化的料筒中， 再分别加入10份水性环氧乳液和0.05份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为500r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入10份季戊四醇、25份三聚氰胺、 15份聚磷酸铵、10份纳米氢氧化铝、4份纳米氢氧化镁、10份纳米二氧化钛、5份陶瓷空心微珠、1份玻璃空心微珠、0.2份疏水剂、0.1份流平剂，设定搅拌器转速为1500r/min~2000r/min再次搅拌15～50min，制得有机-无机复合纳米隔热保温防火涂料。
实施例2
常温下按质量分数称取15份丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液于一带有分散乳化的料筒中， 再分别加入6份水性环氧乳液和0.05份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为500r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入14份季戊四醇、25份三聚氰胺、 13份聚磷酸铵、8份纳米氢氧化铝、3份纳米氢氧化镁、8份纳米二氧化钛、3份陶瓷空心微珠、5份玻璃空心微珠、0.2份疏水剂、0.1份流平剂，设定搅拌器转速为1500r/min~2000r/min再次搅拌15～50min，制得有机-无机复合纳米隔热保温防火涂料。
实施例3
常温下按质量分数称取20份丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液于一带有分散乳化的料筒中， 再分别加入8份水性环氧乳液和0.06份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为500r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入15份季戊四醇、20份三聚氰胺、 15份聚磷酸铵、7份纳米氢氧化铝、2份纳米氢氧化镁、6份纳米二氧化钛、3份陶瓷空心微珠、4份玻璃空心微珠、0.3份疏水剂、0.2份流平剂，设定搅拌器转速为1500r/min~2000r/min再次搅拌15～50min，制得有机-无机复合纳米隔热保温防火涂料。
实施例4
常温下按质量分数称取25份丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入5份水性环氧乳液和0.08份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为500r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入20份季戊四醇、19份三聚氰胺、12份聚磷酸铵、5份纳米氢氧化铝、2份纳米氢氧化镁、5份纳米二氧化钛、4份陶瓷空心微珠、3份玻璃空心微珠、0.4份疏水剂、0.2份流平剂，设定搅拌器转速为1500r/min~2000r/min再次搅拌15～50min，制得有机-无机复合纳米隔热保温防火涂料。
实施例5
常温下按质量分数称取30份丙烯酸酯乳液或者苯丙乳液于一带有分散乳化的料筒中， 再分别加入5份水性环氧乳液和0.1份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为500r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入20份季戊四醇、15份三聚氰胺、10份聚磷酸铵、7份纳米氢氧化铝、5份纳米氢氧化镁、5份纳米二氧化钛、1份陶瓷空心微珠、2份玻璃空心微珠、0.4份疏水剂、0.3份流平剂，设定搅拌器转速为1500r/min~2000r/min再次搅拌15～50min，制得有机-无机复合纳米隔热保温防火涂料。
Claims (9)
1.一种有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：包括以下重量配比的原料：
丙烯酸酯乳液10~30份 环氧乳液5~10份
季戊四醇10~20份 三聚氰胺15~25份
聚磷酸铵10~15份 纳米氢氧化铝5~10份
纳米氢氧化镁2~5份 纳米二氧化钛5~10份
陶瓷空心微珠1~5份 玻璃空心微珠1~5份
疏水剂0.2~0.4份 消泡剂0.05~0.1份
流平剂0.1~0.3份。
2.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的丙烯酸酯乳液的质量浓度为53～55%。
3.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的纳米氢氧化铝为粒径30～40nm的微球型纳米氢氧化铝。
4.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的纳米氢氧化镁为粒径20～25nm的微球型纳米氢氧化镁。
5.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的纳米二氧化钛为粒径15～60nm的金红石型纳米二氧化钛。
6.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的陶瓷空心微珠为粒径10～100μm的中空微珠。
7.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的玻璃空心微珠为粒径50～150μm的中空微珠。
8.根据权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料，其特征在于：所述的疏水剂为含氟丙烯酸共聚物。
9.制备如权利要求1所述的有机-无机复合纳米隔热防火涂料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
在常温下按质量份数称取10~30份丙烯酸酯乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入5~10份水性环氧乳液和0.05~0.1份消泡剂，将分散机搅拌器设定转速为500r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料桶中加入10~20份季戊四醇、15~25份三聚氰胺、10~15份聚磷酸铵、5~10份纳米氢氧化铝、2~5份纳米氢氧化镁、5~10份纳米二氧化钛、1~5份陶瓷空心微珠、1~5份玻璃空心微珠、0.2~0.4份疏水剂、0.1~0.3份流平剂，设定搅拌器转速为1500r/min~2000r/min再次搅拌15～50min，制得有机-无机复合纳米隔热防火涂料。
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