CN104530890B - 一种水性丙烯酸酯防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水性丙烯酸酯防火涂料，以蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液、聚磷酸铵、季戊四醇、淀粉、三聚氰胺、二氧化钛、羟乙基纤维素、分散剂、消泡剂、防霉剂、正辛醇和水为原料制备而成。本发明将传统防火涂料中成本较高的季戊四醇部分用淀粉代替，降低涂料的使用成本；采用蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液作为成膜物乳液，提高涂料的防水性能和热稳定性能；利用所述成膜物乳液的防水性能和防霉剂的杀菌作用有效抑制涂料的生霉现象；并利用二氧化硅与成膜物乳液中有机蒙脱土的协同作用，明显提高涂料的耐火性能。制得的防火涂料具有较好的防潮性、耐水性和阻燃性，且成本低、环境友好，具有重要的实际应用价值。

Description

一种水性丙烯酸酯防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及化工涂料及其合成技术领域，具体涉及一种水性丙烯酸酯防火涂料及其制备方法。

背景技术

防火涂料属于特种功能涂料，涂覆于基材表面，可有效提高材料耐火能力，减缓火焰蔓延速度，或在一定时间内隔离火源，延长基材着火时间，已广泛应用于公用建筑、车辆、飞机、舰船、古代建筑、文物保护、电器、电缆、军工和宇航等领域。防火涂料按防火形式及组成，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、脱水催化剂、成炭剂、发泡剂和颜填料组成。膨胀型防火涂料在受热时，涂层常能炭化膨胀数十倍甚至上百倍，形成类似蜂窝状或海绵状多孔炭层。这种炭层具有较好的隔热作用，同时阻隔了氧气与被保护基材的接触，起到防火阻燃的作用。在成炭发泡过程中发生的如脱水炭化、涂料各组分的受热分解等，也消耗了一定的热，有利于降低体系温度。与此同时，膨胀型防火涂料受热时还能释放如氨气、水蒸气、氮气和二氧化碳等不燃气体，降低被保护基材附近可燃气体和氧气浓度，起到阻燃作用。

现有的膨胀型防火涂料存在涂料膜面附着力、防潮性、耐水性、抗污性、美观性和阻燃性难以兼顾的问题。由于防火涂料在实际工程中的使用量大，会直接影响到整个工程的造价。因此在保证涂料使用性能的同时，必须兼顾其经济性。常用的防火涂料体系中季戊四醇或双季戊四醇的用量较大，由于其价格较贵，影响使用经济性。如专利CN 104130671A中提供了一种用于钢结构的水性超薄膨胀型防火涂料，其中使用的季戊四醇量大，成本高。另一方面，防火涂料的使用与人的生活息息相关，防火涂料必须具有广泛的环境适应性，耐久性，同时还要对人体的毒副作用小，视觉性能良好。

为了克服以上缺点，有必要开发出环保、经济、防潮性、耐水性、抗污性、机械性能、阻燃性等综合性能均较好的新一代防火涂料。

发明内容

本发明目的在于提供一种水性丙烯酸酯防火涂料及其制备方法，所述防火涂料成本低、环境友好，具有较好的防潮性、耐水性、抗污性和阻燃性，且制备方法简单，使用方便。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种新型水性防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液20～30％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇5～10％，淀粉5～10％，三聚氰胺10～14％，二氧化钛3～5％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，防霉剂1～2％，正辛醇0.5～1％，其余为水。

根据上述方案，所述蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液以乳化剂、核单体混合物和壳单体混合物为原料经核壳乳液聚合而成，所述核单体混合物由软单体、硬单体和有机改性蒙脱土组成，壳单体混合物由软单体、硬单体、交联单体和有机改性蒙脱土组成，所述软单体为丙烯酸正丁酯，硬单体为甲基丙烯酸甲酯，交联单体为甲基丙烯酸；所述核单体混合物和壳单体混合物中软、硬单体质量总和的比值为2:3～3:2；核单体混合物中硬单体和软单体的质量比为1:8～1:3，有机蒙脱土的质量分数为原料中全部软、硬单体总质量的0.2～2％；所述壳单体混合物中硬单体和软单体的质量比为2:1～5:1，交联单体的质量分数为原料中全部软、硬单体总质量的1～10％，有机蒙脱土的质量分数为原料中全部软、硬单体总质量的0.2～2％；所述乳化剂由阴离子乳化剂和非离子乳化剂按3:1～1:3的质量比组成，阴离子乳化剂为十二烷基苯硫酸钠或十二烷基硫酸钠的一种，非离子乳化剂为聚乙二醇辛基苯基醚。

根据上述方案，所述有机蒙脱土由钠基蒙脱土经表面活性剂CTAB改性制得，所述表面活性剂CTAB与钠基蒙脱土的质量比为(1～2)：1。

根据上述方案，所述防霉剂为环保型防霉剂DE。

根据上述方案，所述分散剂为润湿分散剂5040。

根据上述方案，所述淀粉为马铃薯淀粉。

根据上述方案，所述水为去离子水。

上述一种水性丙烯酸酯防火涂料的制备方法，包括以下制备步骤：

1)将季戊四醇、三聚氰胺和其他固体原料研磨呈粉状，按照各组份所占质量百分比称取各组分，将季戊四醇、三聚氰胺、淀粉、二氧化钛和去离子水加入研钵内，充分研磨；

2)加入羟乙基纤维素、消泡剂、分散剂和防霉剂，进行充分研磨；

3)加入聚磷酸铵、蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性的丙烯酸酯核壳乳液和正辛醇进行充分研磨，制得所述防火涂料。

本发明将传统防火涂料中成本较高的季戊四醇部分用成本较低、原料易得、天然环保的淀粉代替。在不减弱防火性能及其他综合性能的前提下，大大节约了使用成本，具有广泛的实用前景。但是由于淀粉属于碳水化合物，富有养分，吸水后容易长霉，需采取措施防止淀粉长霉，以免破坏涂料的使用性能。本发明通过提高涂料成膜物的防水性能降低涂料吸水性和在涂料中加入防霉剂两方面来抑制淀粉生霉。为了提高涂料成膜物的防水性，本发明采用蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液作为成膜物乳液，提高了防水性和热稳定性等性能。

所述蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液，具有软核硬壳的结构，壳层“硬”单体铺展在涂膜表面形成一层坚硬的“保护层”，使水分难以侵入，提高了涂料的防水性和耐污性；所述核壳乳液的核、壳层均采用软、硬单体复配，不仅可以调节核壳层的玻璃化温度，还可减小核壳层之间玻璃化温度差，使核壳层之间具有良好的变形相容性，防止涂膜发生开裂，提高涂料的机械性能和热稳定性能；在壳层聚合时掺加交联单体甲基丙烯酸，由于交联反应的发生，形成了一定的交联网络，使形成的涂膜致密度提高，增强了涂料的防水性和耐玷污性；此外，利用蒙脱土的层状特殊结构，将聚合物分子插入蒙脱土层间，进一步提高乳液和涂料的热性稳定性和防水性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明将传统防火涂料体系中的成炭剂季戊四醇部分用价格便宜、原料易得的淀粉代替，在不减弱防火性能及其他综合性能的前提下，大大降低了涂料的使用成本。

2.为防止所述防火涂料在使用过程中产生发霉现象，本发明在涂料中添加环保型防霉剂DE，并利用蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液具备的良好防水性能，有效降低涂料的发霉现象，提高涂料的使用性能。

3.本发明在防火涂料中加入二氧化钛，提高涂料的防火、隔热性能；并利用二氧化硅与成膜物乳液中有机蒙脱土的协同改性作用，进一步提高涂料的耐火性能，延长涂料的耐火时间。

4.本发明制备方法简单，使用的成膜物乳液不含有机溶剂，对环境友好。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实施例中，所述蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的制备方法为：

1)将0.2g聚乙二醇辛基苯基醚和0.4g十二烷基硫酸钠溶解于18mL去离子水中配制成乳化剂水溶液，将其按量平均分成三份，将10g丙烯酸正丁酯、2g甲基丙烯酸甲酯和0.2g有机蒙脱土加入第一份乳化剂水溶液中，边添加边搅拌，在室温下充分搅拌混合，预乳化1h，得核单体预乳化液；将2g丙烯酸正丁酯、6g甲基丙烯酸甲酯、1.2g甲基丙烯酸和0.2g有机蒙脱土加入第二份乳化剂水溶液中，边添加边搅拌，在室温下充分搅拌混合，预乳化1h，得壳单体预乳化液；将0.06g碳酸氢钠溶解于第三份乳化剂水溶液中，得缓冲剂水溶液；将0.1g过硫酸钾溶于6mL去离子水中得引发剂水溶液；

2)在装有搅拌器、冷凝管、氮气导入装置、恒压滴液漏斗的四口烧瓶中通入氮气，排除空气，边高速搅拌边加入缓冲剂水溶液、1.8mL的引发剂水溶液及1/2体积的核预乳化液，升温至70℃，当乳液出现大量蓝光时，保温30min，得到种子乳液；

3)向种子乳液中滴加剩余的核预乳化液和1.8mL的引发剂水溶液，缓慢滴加，调整转速适中，保持温度不变，在1h内滴完，滴完后升温至80℃，保温30min，得到核乳液；

4)往核层乳液中加入剩下的引发剂水溶液和壳预乳化液，在1h内滴完。滴完后升温至85℃，保温30min，然后自然冷却至40℃，过200目筛，调节体系pH值至8，得所述蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性的丙烯酸酯核壳乳液。

所述有机蒙脱土的制备步骤为：将10g钠基蒙脱土分散于200mL的去离子水中，充分搅拌使其均匀分散。再取20g表面活性剂CTAB溶于100mL去离子水中，将其缓慢滴入钠基蒙脱土悬浮液中。待滴加完毕，将混合液在80℃超声分散3h，取出混合液，在室温平衡3h，抽滤，用二次蒸馏水冲洗，再用去离子水冲洗，直至无Br-(用AgNO3稀溶液检测)，将抽滤所得产物置于红外灯下干燥，然后进行研磨，过200目筛，得到所述有机蒙脱土。

实施例1：

一种水性丙烯酸酯防火涂料，各组分及其质量百分比为：蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液20％，聚磷酸铵36％，季戊四醇10％，马铃薯淀粉5％，三聚氰胺10％，二氧化钛3％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂(5040)0.5％，消泡剂(470)0.5％，防霉剂(DE)1％，正辛醇0.5％，去离子水13,％，其制备方法包括以下步骤：

1)按上述各组分所占质量百分比称取原料，将季戊四醇、三聚氰胺和其他固体原料研磨呈粉状，将季戊四醇、三聚氰胺、马铃薯淀粉、二氧化钛和去离子水加入研钵内，充分研磨。

2)然后向研钵内加入羟乙基纤维素、分散剂(5040)、消泡剂(470)和防霉剂(DE)，进行充分研磨。

3)最后，依次加入聚磷酸铵、蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液和正辛醇进行充分研磨，制得所述水性丙烯酸酯防火涂料防火涂料。

实施例2：

一种水性丙烯酸酯防火涂料，各组分及其质量百分比为：蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性的丙烯酸酯核壳乳液25％，聚磷酸铵34％，季戊四醇8％，马铃薯淀粉8％，三聚氰胺12％，二氧化钛3％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂(5040)0.5％，消泡剂(470)0.5％，防霉剂(DE)1％，正辛醇0.5％，去离子水7％，其制备步骤同实施例1。

实施例3：

一种水性丙烯酸酯防火涂料，各组分及其质量百分比为：蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性的丙烯酸酯核壳乳液30％，聚磷酸铵30％，季戊四醇6％，马铃薯淀粉9％，三聚氰胺13％，二氧化钛4％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂(5040)0.5％，消泡剂(470)0.5％，防霉剂(DE)2％，正辛醇0.5％，去离子水4％，其制备步骤同实施例1。

实施例4：

一种水性丙烯酸酯防火涂料，各组分及其质量百分比为：蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性的丙烯酸酯核壳乳液26％，聚磷酸铵30％，季戊四醇6％，马铃薯淀粉10％，三聚氰胺14％，二氧化钛4％，羟乙基纤维素1％，分散剂(5040)1％，消泡剂(470)1％，防霉剂(DE)2％，正辛醇1％，去离子水4％，其制备步骤同实施例1。

实施例5：

一种水性丙烯酸酯防火涂料，各组分及其质量百分比为：蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性的丙烯酸酯核壳乳液24％，聚磷酸铵32％，季戊四醇5％，马铃薯淀粉10％，三聚氰胺14％，二氧化钛5％，羟乙基纤维素1％，分散剂(5040)1％，消泡剂(470)1％，防霉剂(DE)2％，正辛醇1％，去离子水4％，其制备步骤同实施例1。

将实施例1～5制备的防火涂料分别进行耐水性、附着力和耐火性等性能测试，结果见表1。

表1实施例1～5制得的防火涂料的性能测试结果

测试结果表明：本发明制得的水性丙烯酸酯防火涂料具有良好的耐水性能和附着力，耐火时间长，干燥时间短，抗裂性能好且成本低、环境友好，具有广泛的应用前景。

本发明涉及的各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如温度、时间等)的下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (7)

1.一种水性丙烯酸酯防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液20～30％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇5～10％，淀粉5～10％，三聚氰胺10～14％，二氧化钛3～5％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，防霉剂1～2％，正辛醇0.5～1％，其余为水；

所述蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液以乳化剂、核单体混合物和壳单体混合物为原料经核壳乳液聚合而成，所述核单体混合物由软单体、硬单体和有机改性蒙脱土组成，壳单体混合物由软单体、硬单体、交联单体和有机改性蒙脱土组成，所述软单体为丙烯酸正丁酯，硬单体为甲基丙烯酸甲酯，交联单体为甲基丙烯酸。

2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述核单体混合物和壳单体混合物中软、硬单体质量总和的比值为2:3～3:2；核单体混合物中硬单体和软单体的质量比为1:8～1:3，有机改性蒙脱土的质量分数为原料中全部软、硬单体总质量的0.2～2％；所述壳单体混合物中硬单体和软单体的质量比为2:1～5:1，交联单体的质量分数为原料中全部软、硬单体总质量的1～10％，有机改性蒙脱土的质量分数为原料中全部软、硬单体总质量的0.2～2％；所述乳化剂由阴离子乳化剂和非离子乳化剂按3:1～1:3的质量比组成，阴离子乳化剂为十二烷基苯硫酸钠或十二烷基硫酸钠的一种，非离子乳化剂为聚乙二醇辛基苯基醚。

3.根据权利要求2所述的防火涂料，其特征在于，所述有机改性蒙脱土由钠基蒙脱土经表面活性剂CTAB改性制得，所述表面活性剂CTAB与钠基蒙脱土的质量比为(1～2)：1。

4.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述防霉剂为环保型防霉剂DE。

5.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述分散剂为润湿分散剂5040。

6.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述淀粉为马铃薯淀粉。

7.根据权利要求1所述的水性丙烯酸酯防火涂料的制备方法，包括以下制备步骤：

1)按照各组分所占质量百分比称取各原料，将季戊四醇、三聚氰胺、淀粉、二氧化钛和水混合，充分研磨；

2)加入羟乙基纤维素、消泡剂、分散剂和防霉剂，充分研磨；

3)加入聚磷酸铵、蒙脱土和甲基丙烯酸复合改性的丙烯酸酯核壳乳液和正辛醇进行充分研磨，制得所述防火涂料。