CN104327614B - 一种高性能水性膨胀型防火涂料 - Google Patents

一种高性能水性膨胀型防火涂料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能水性膨胀型防火涂料，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液、偏高岭土基地聚物、碳化硅、稻壳灰、新型阻燃剂、蒙脱土、丙二醇苯醚、纳米氢氧化镁、成炭催化剂、成炭剂、消泡剂、发泡剂、颜填料、分散剂、消烟剂、水；新型阻燃剂按以下工艺制备：将聚磷酸铵、双季戊四醇、茶皂素混合均匀后加入乙醇水溶液，升温至85‑98℃后搅拌回流3‑4h，在130‑145℃下干燥20‑30min，研磨后过250‑300目筛。本发明所述高性能水性膨胀型防火涂料，其耐热性好，强度高，防火性能优异，使用寿命长。

Description

一种高性能水性膨胀型防火涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种高性能水性膨胀型防火涂料。
背景技术
防火涂料从防火机理来讲一般分为膨胀型和非膨胀型两类。非膨胀型防火涂料是靠其自身的高难燃或不燃性来达到阻燃防火的目的，要想达到好的防火效果必须涂得很厚，添加大量含卤素、氮、磷等阻燃剂，产生大量有毒气体。膨胀型防火涂料就是涂膜受热膨胀形成蜂窝状炭化层，使火焰热量受到隔离而减少或减缓对底材的传递，同时在高温时涂料分解出不燃气体，隔绝并稀释了空气，另外涂层在防火时发生的一系列物理和化学反应吸收了大量热量从而起到阻燃和延缓火焰扩展、蔓延，为人们提供灭火的时间。膨胀型防火涂料受热膨胀后，产生的多孔泡沫防御层，比原涂层厚几十甚至几百倍，且膨胀后泡沫层的导热系数比末膨胀前的涂层至少低一个数量级，涂得很薄就可达到很好的防火效果。
膨胀型防火涂料是目前国内外最广泛使用的一种防火涂料，其中水性膨胀型防火涂料因为具有低的VOC和低能耗的优点应用最为广泛。目前，水性膨胀型防火涂料耐热性差、强度低、防火性能差，不能满足现在社会的要求，需要进行改性。
发明内容
本发明提出了一种高性能水性膨胀型防火涂料，其耐热性好，强度高，防火性能优异，使用寿命长。
本发明提出了一种高性能水性膨胀型防火涂料，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物20-30份、碳化硅3-10份、稻壳灰20-35份、新型阻燃剂5-15份、蒙脱土5-12份、丙二醇苯醚0.5-2份、纳米氢氧化镁2-4份、成炭催化剂25-40份、成炭剂10-25份、消泡剂3-5份、发泡剂10-18份、颜填料8-20份、分散剂0.5-1.8份、消烟剂0.8-1.8份、水30-60份；
其中，所述新型阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将聚磷酸铵20-30份、双季戊四醇5-10份、茶皂素2-3份混合均匀后加入80-120份乙醇水溶液，其中，乙醇水溶液中乙醇的质量分数为30-50wt％，然后升温至85-98℃后搅拌回流3-4h，在130-145℃下干燥20-30min，研磨后过250-300目筛。
优选地，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物22-26份、碳化硅4-8份、稻壳灰26-32份、新型阻燃剂7-12份、蒙脱土6-10份、丙二醇苯醚0.9-1.5份、纳米氢氧化镁2.5-3.6份、成炭催化剂27-39份、成炭剂17-23份、消泡剂3.6-4.5份、发泡剂13-15份、颜填料12-16份、分散剂0.9-1.5份、消烟剂1.0-1.5份、水39-55份。
优选地，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物25份、碳化硅4.7份、稻壳灰30份、新型阻燃剂10份、蒙脱土9份、丙二醇苯醚1.3份、纳米氢氧化镁3.2份、成炭催化剂38份、成炭剂19份、消泡剂4.2份、发泡剂13.7份、颜填料15.6份、分散剂1.3份、消烟剂1.25份、水50份。
优选地，所述稻壳灰中二氧化硅的含量大于95wt％。
优选地，所述成炭催化剂为磷酸氢二铵、聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和磷酸二氢铵中的一种或者多种的组合。
优选地，所述成炭剂为淀粉、糊精、甘露醇、季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、蔗糖、山梨醇中的一种或者多种的组合。
优选地，所述消泡剂为正辛醇、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、乳化甲基硅油、乳化苯甲基硅油中的一种或者多种的组合。
优选地，所述颜填料为钛白粉、氧化锌、铁黄、铁红中的一种或者多种的组合。
优选地，所述消烟剂为氧化铁、氧化锌、硼酸锌、五氧化二钒中的一种或者多种的组合。
本发明中，苯丙乳液具有优异的透明性、成膜性、良好的耐油性、耐候性、机械稳定性、优良的粘附性、对极性和非极性表面均具有很强的附着力，但是其耐沾污性、耐水性、耐热性不够理想，环氧树脂分子中因含有不易水解的脂肪族羟基和醚基，成膜后具有良好的尺寸稳定性、物理机械性能、附着力、防介质渗透性和耐化学品的特点，利用环氧改性苯丙乳液，在丙烯酸分子中添加了环氧基团，可以综合两种树脂的优点，提高涂料的耐热性、耐水性、耐溶剂型和强度；新型阻燃剂中，聚磷酸铵中的磷羟基、双季戊四醇中的羟基分别和茶皂素中的羧基发生了酯化反应，生成了新型阻燃剂，添加到涂料中，新型阻燃剂能与树脂在加热燃烧时膨胀形成坚实致密的膨胀碳层，有效阻止热量的扩散和对基材的侵蚀，具有良好的阻燃效果，添加后能明显提高阻燃涂料的氧指数和耐火性能；蒙脱土为无机硅酸盐片层对热量和挥发性小分子的扩散具有阻隔作用，与新型阻燃剂配合后提高了涂料的热稳定性，使涂料具有优异的防火性能；偏高领土基地聚物是一种无机胶凝材料，具有较好的耐高温性能和优良的隔热性能，制成的涂料在高温环境和酸性介质中具有较高的力学强度和优良的体积稳定性，耐水性好，黏结强度高、干燥时间短，与碳化硅配合后，不出现过渡区，两者有较高的界面结合强度，增强了涂料的热稳定性，提高了涂料的强度，且涂料的强度不受热处理的影响；稻壳灰是一种多孔材料，其纳米尺度的孔隙具有高效的隔热性能，而纳米尺度的硅质粒子还具有良好的耐热性，在燃烧的过程中，纳米空隙中的二氧化碳和氮气等不燃气体可以释放出来，稀释了空气，进一步提高了涂料的防火性和耐热性。
本发明中，通过选择合适的原料，调节各原料的含量处于最佳的比例，使各原料的性能优势互补，得到的高性能水性膨胀型防火涂料具有优异的耐热性、高的强度和防火性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
在具体实施例中，本发明所述高性能水性膨胀型防火涂料，其原料中，环氧改性苯丙乳液的重量份为100份，偏高岭土基地聚物的重量份可以为20.3、21、21.4、22.6、23、23.6、24、24.3、25.9、26.5、27、27.3、28、28.5、29、29.3份，碳化硅的重量份可以为3.5、4.6、5、5.3、6、6.7、7、7.5、8.3、9、9.6份，稻壳灰的重量份可以为20.6、21、22、23、23.6、24、24.5、25、25.7、26.4、27、28、28.3、29、31.6、32.7、33、33.8、34、34.2份，新型阻燃剂的重量份可以为5.6、6、6.4、7.5、8、8.9、9、9.3、11、11.4、12.7、13、13.8、14、14.2份，蒙脱土的重量份可以为5.2、6.9、7、7.4、8、8.9、11、11.3份，丙二醇苯醚的重量份可以为0.6、0.7、0.8、0.96、1.0、1.1、1.2、1.26、1.37、1.4、1.47、1.6、1.7、1.78、1.8、1.9、1.93份，纳米氢氧化镁的重量份可以为2.3、2.8、3、3.4、3.8份，成炭催化剂的重量份可以为25.5、26、26.7、27.8、28.4、29.6、30、31、31.3、32、32.5、33、34.5、35、36、37、37.8份，成炭剂的重量份可以为10.7、11、12、12.4、13、13.7、14、15、15.8、16、16.3、17.6、18、20、20.6、21、21.4、22、22.5、23.4、24、24.7份，消泡剂的重量份可以为3.5、4、4.8份，发泡剂的重量份可以为10.5、11、11.4、12、12.6、13.6、14、14.8、15.3、16、16.5、17、17.8份，颜填料的重量份可以为8.6、9、9.3、10、10.5、11、11.3、12.7、13、13.6、14、15、15.4、17、17.9、18、19、19.4份，分散剂的重量份可以为0.57、0.7、0.98、1.2、1.45、1.56、1.6、1.7、1.75份，消烟剂的重量份可以为0.89、0.9、1.2、1.3、1.36、1.4、1.46、1.58、1.6、1.67、1.76份，水的重量份可以为30.6、31、33、35.6、37、41.3、42、45、47.8、49、51、52.3、54、56.7、58份。
实施例1
本发明所述高性能水性膨胀型防火涂料，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物20份、碳化硅10份、稻壳灰20份、新型阻燃剂15份、蒙脱土5份、丙二醇苯醚2份、纳米氢氧化镁2份、成炭催化剂25份、成炭剂10份、消泡剂5份、发泡剂10份、颜填料20份、分散剂0.5份、消烟剂0.8份、水60份；
其中，所述新型阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将聚磷酸铵20份、双季戊四醇10份、茶皂素2份混合均匀后加入120份乙醇水溶液，其中，乙醇水溶液中乙醇的质量分数为30wt％，然后升温至98℃后搅拌回流3h，在145℃下干燥20min，研磨后过300目筛。
按照GB2406-80对本实施例所述高性能水性膨胀型防火涂料进行燃烧性能测试，氧指数为45；根据GB/T1732进行冲击强度性能测试，则冲击强度为48kg.cm。
实施例2
本发明所述高性能水性膨胀型防火涂料，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物30份、碳化硅3份、稻壳灰35份、新型阻燃剂5份、蒙脱土12份、丙二醇苯醚0.5份、纳米氢氧化镁4份、成炭催化剂40份、成炭剂25份、消泡剂3份、发泡剂18份、颜填料8份、分散剂1.8份、消烟剂1.8份、水30份；
其中，所述成炭催化剂为磷酸氢二铵；所述成炭剂为淀粉、糊精、甘露醇、季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、蔗糖、山梨醇按任意重量比的组合；所述消泡剂为正辛醇、磷酸三丁酯按重量份1:1的组合；所述颜填料为钛白粉；所述消烟剂为氧化铁、氧化锌、硼酸锌、五氧化二钒按任意重量比的组合；
所述新型阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将聚磷酸铵30份、双季戊四醇5份、茶皂素3份混合均匀后加入80份乙醇水溶液，其中，乙醇水溶液中乙醇的质量分数为50wt％，然后升温至85℃后搅拌回流4h，在130℃下干燥30min，研磨后过250目筛。
按照GB2406-80对本实施例所述高性能水性膨胀型防火涂料进行燃烧性能测试，氧指数为44；根据GB/T1732进行冲击强度性能测试，则冲击强度为49kg.cm。
实施例3
本发明所述高性能水性膨胀型防火涂料，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物27份、碳化硅7.5份、稻壳灰24.5份、新型阻燃剂9.3份、蒙脱土11份、丙二醇苯醚0.96份、纳米氢氧化镁3.4份、成炭催化剂27.8份、成炭剂13.7份、消泡剂4份、发泡剂12.6份、颜填料15份、分散剂1.56份、消烟剂1.46份、水54份；
其中，所述成炭催化剂为聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和磷酸二氢铵按重量份为1：2:3的组合；所述成炭剂为双季戊四醇；所述消泡剂为正辛醇；所述颜填料为钛白粉、氧化锌按任意重量比的组合；所述消烟剂为氧化锌；
所述新型阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将聚磷酸铵22份、双季戊四醇5.9份、茶皂素2.6份混合均匀后加入111份乙醇水溶液，其中，乙醇水溶液中乙醇的质量分数为37wt％，然后升温至95℃后搅拌回流3.6h，在136℃下干燥26min，研磨后过250目筛。
按照GB2406-80对本实施例所述高性能水性膨胀型防火涂料进行燃烧性能测试，氧指数为49；根据GB/T1732进行冲击强度性能测试，则冲击强度为50kg.cm。
实施例4
本发明所述高性能水性膨胀型防火涂料，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物25份、碳化硅4.7份、稻壳灰30份、新型阻燃剂10份、蒙脱土9份、丙二醇苯醚1.3份、纳米氢氧化镁3.2份、成炭催化剂38份、成炭剂19份、消泡剂4.2份、发泡剂13.7份、颜填料15.6份、分散剂1.3份、消烟剂1.25份、水50份；
其中，所述稻壳灰中的二氧化硅含量为98wt％；所述成炭催化剂为磷酸氢二铵、聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和磷酸二氢铵按任意重量比的组合；所述成炭剂为糊精、甘露醇、季戊四醇按重量为1:1:5的组合；所述消泡剂为正辛醇、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、乳化甲基硅油、乳化苯甲基硅油按任意重量份之比的组合；所述颜填料为钛白粉、氧化锌、铁黄、铁红按任意重量比的组合；所述消烟剂为氧化铁、硼酸锌、五氧化二钒按任意重量比的组合；
所述新型阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将聚磷酸铵26份、双季戊四醇8.8份、茶皂素2.6份混合均匀后加入98份乙醇水溶液，其中，乙醇水溶液中乙醇的质量分数为43wt％，然后升温至92℃后搅拌回流3.8h，在143℃下干燥29min，研磨后过300目筛。
按照GB2406-80对本实施例所述高性能水性膨胀型防火涂料进行燃烧性能测试，氧指数为51；根据GB/T1732进行冲击强度性能测试，则冲击强度为52kg.cm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物20-30份、碳化硅3-10份、稻壳灰20-35份、阻燃剂5-15份、蒙脱土5-12份、丙二醇苯醚0.5-2份、纳米氢氧化镁2-4份、成炭催化剂25-40份、成炭剂10-25份、消泡剂3-5份、发泡剂10-18份、颜填料8-20份、分散剂0.5-1.8份、消烟剂0.8-1.8份、水30-60份；
其中，所述阻燃剂按照以下工艺进行制备：按重量份将聚磷酸铵20-30份、双季戊四醇5-10份、茶皂素2-3份混合均匀后加入80-120份乙醇水溶液，其中，乙醇水溶液中乙醇的质量分数为30-50wt％，然后升温至85-98℃后搅拌回流3-4h，在130-145℃下干燥20-30min，研磨后过250-300目筛；
所述成炭剂为淀粉、糊精、甘露醇、蔗糖、山梨醇中的一种或者多种的组合。
2.根据权利要求1所述高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物22-26份、碳化硅4-8份、稻壳灰26-32份、阻燃剂7-12份、蒙脱土6-10份、丙二醇苯醚0.9-1.5份、纳米氢氧化镁2.5-3.6份、成炭催化剂27-39份、成炭剂17-23份、消泡剂3.6-4.5份、发泡剂13-15份、颜填料12-16份、分散剂0.9-1.5份、消烟剂1.0-1.5份、水39-55份。
3.根据权利要求1或2所述高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，其原料按重量份数包括：环氧改性苯丙乳液100份、偏高岭土基地聚物25份、碳化硅4.7份、稻壳灰30份、阻燃剂10份、蒙脱土9份、丙二醇苯醚1.3份、纳米氢氧化镁3.2份、成炭催化剂38份、成炭剂19份、消泡剂4.2份、发泡剂13.7份、颜填料15.6份、分散剂1.3份、消烟剂1.25份、水50份。
4.根据权利要求1或2所述高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述稻壳灰中二氧化硅的含量大于95wt％。
5.根据权利要求1或2所述高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述成炭催化剂为磷酸氢二铵、聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和磷酸二氢铵中的一种或者多种的组合。
6.根据权利要求1或2所述高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述消泡剂为正辛醇、磷酸三丁酯、磷酸三苯酯、乳化甲基硅油、乳化苯甲基硅油中的一种或者多种的组合。
7.根据权利要求1或2所述高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述颜填料为钛白粉、氧化锌、铁黄、铁红中的一种或者多种的组合。
8.根据权利要求1或2所述高性能水性膨胀型防火涂料，其特征在于，所述消烟剂为氧化铁、氧化锌、硼酸锌、五氧化二钒中的一种或者多种的组合。
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