CN105331217B - 水性环保阻燃隔热保温涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水性环保阻燃隔热保温涂料及其制备方法，所述水性环保阻燃隔热保温涂料的配方以质量百分计包含：水性丙烯酸乳液20～40％、水性环氧树脂乳液10～20％、水性无机阻燃分散体浆料20％～30％、水性隔热保温纳米分散体浆料5％～10％、水性润湿分散剂0.1％～0.3％、水性消泡剂0.1％～1％、硅烷偶联剂1％～3％、无铅颜料5％～10％、成膜助剂0.5％～2.5％和去离子水5％～25％。本发明水性环保阻燃隔热保温涂料可在被涂覆基材表面形成防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护。在燃烧高温条件下，不产生腐蚀性卤气等有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、无滴落，可有效阻止继续燃烧、延缓基材升温导致变形，有效阻燃防火。

Description

水性环保阻燃隔热保温涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及水性阻燃隔热保温材料技术领域，具体说是一种水性环保阻燃隔热保温涂料及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展和进步，人民生活条件的改善和追求环保健康生活理念，水性涂料以其节能环保、健康安全、不燃不爆、挥发性有机物极少等优点，越来越受到消费者喜爱，从建筑涂料到工业防腐涂料再到特种涂料，材质从木质材料、塑胶制品、钢构物件表面，水性涂料的应用已随日新月异的工业发展渗透到了各个应用领域，日常的装潢材料天花板，隔音材料，窗户门楣，座椅侧板到户外钢构，桥梁隧道等构件的材料，都存在火焰传播高温变形的性能，钢结构由于自质量轻、延性好等特点，已成为大空间建筑最主要的结构形式。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能会迅速降低，钢结构很容易垮塌，使生命财产遭受严重损失，所以必须对钢结构进行防火保护。让人们意识到装潢材料引起火灾已经到了一个不可忽视的问题，这一点推动促进涂料行业的技术转型升级，达成装潢材料防火阻燃，以防止燃烧变形性能试验方法的进步。

同时建筑节能是我国节能工作的重点之一，譬如隔热保温已成为建筑节能的主发展方向。对于热工设计时以保温为主的地区，而对于热工设计时一般只考虑隔热的夏热冬暖地区，或热工设计时以隔热为主的夏热冬冷地区，目前的一些隔热保温存在进一步完善的空间。例如在夏热冬暖或夏热冬冷区配合使用隔热保温涂料，随着节能环保战略性新兴产业的推动实施，建筑节能在国民生产中的重要性进一步凸显，现在夏天可以有效阻止大部分太阳辐射热，冬天具有显著的保温效果。

节约资源、节能减排、生态环保、低碳循环经济是经济发展的基本模式。人们越来越多地采用火灾模型来说明日常生活中防火安全可接受的程度，开发生产水性环保阻燃隔热保温涂料，防止和降低建筑物的抗燃烧性，对节约能源、保护环境、创造人与自然的和谐关系具有重要意义。

目前传统溶剂型阻燃涂料，也还存在一些缺点，如成本较高，含有VOC有毒挥发物质，燃烧过程中易形成明火轰燃，某些品种的阻燃涂料物理性能不够理想等等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水性环保阻燃隔热保温涂料，能在被涂覆基材表面形成有效保护，装饰性强、能耗低、防火阻燃、隔热保温且使用寿命长。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种水性环保阻燃隔热保温涂料的制备方法，其工艺简单，易于实施，以便能高效、节能地制备出能在被涂覆基材表面形成有效保护，装饰性强、能耗低、防火阻燃且使用寿命长的水性环保阻燃隔热保温涂料。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种水性环保阻燃隔热保温涂料，其配方以质量百分计包含本发明的目的将通过以下技术措施来实现：生产原料包括质量百分比的下述各组分：水性丙烯酸乳液20～40％、水性环氧树脂乳液10～20％、水性无机阻燃分散体浆料20％～30％、水性隔热保温纳米分散体浆料5％～10％、水性润湿分散剂0.1％～0.3％、水性消泡剂0.1％～1％、硅烷偶联剂1％～3％、无铅颜料5％～10％、成膜助剂0.5％～2.5％和去离子水5％～25％。

进一步地，所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合。

进一步地，所述水性环氧树脂乳液为水性聚氧乙烯接枝环氧树脂乳液或聚氧丙烯链端的环氧树脂乳液中的一种或其组合。

进一步地，所述水性润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述水性消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种；所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂或环氧基有机硅烷偶联剂的一种。

进一步地，所述无铅颜料为钛白粉、立德粉、氧化锌或硫酸钡中的一种或几种。

进一步地，成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

另一方面，本发明还提供一种以上任一项所述的水性环保阻燃隔热保温涂料的制备方法，其方法如下：按配方的质量百分比计，把水性环氧树脂乳液滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散5～10min，然后将预先制得的水性无机阻燃分散体浆料、水性隔热保温纳米分散体滴加，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性消泡剂、硅烷偶联剂，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性环保阻燃隔热保温涂料。

进一步地，所述水性无机阻燃分散体浆料按照以下制备工艺制得：依次加入去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入海泡石、勃姆石粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为3～8hr，得到固含量为15～30%、中位粒径在40～80nm浆料。粒子处理后的海泡石、勃姆石在特定的粒径内，具有实现阻燃、抑烟、填充三重功能的防火要求，海泡石在燃烧过程中吸收大量的潜热，勃姆石在燃烧过程中通过受热分解释放出结合水，来降低它所涂覆的基材在火焰中的表面温度；粒子化后的纳米勃姆石具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成后的保护膜涂层又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸汽也可作为一种抑烟剂，具有不产生腐蚀性卤气及有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、无滴落等特点。

进一步地，所述水性隔热保温纳米分散体浆料按照以下制备工艺制得，依次（按质量百分比）加入组分量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入三氧化钨粉体；待粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径在40～80nm之间时，停机得到纳米分散体浆料，纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性。纳米粒子化40～80nm后的三氧化钨分散体在1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用；涂层能够形成有光反射、光选择吸收的光学涂层，具有氧敏、湿敏、气敏的敏感特性等。在涂料中加入可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热保温等效果。尤其具有半导体特性的氧化物粒子，在太阳热能温度下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到保温隔热的作用。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：

建筑材料和五金钢构制品的燃烧性试验规范，对保证建筑物内人的生命安全和财产安全是非常重要的。由于建筑材料和五金钢构制品的燃烧引发的火灾往往会导致人员伤亡和财产损失，才迫使人们不得不制定相应的规范和测试方法来解决这类材料的抗燃烧性能问题。

1.本发明采用水性丙烯酸乳液，协同其他组分，可以实现在被涂覆基材表面有效提高涂层漆膜的连整性、耐水性和耐沾污性，效果明显优于普通的水性塑胶涂料，而且，利用丙烯酸的柔韧性，可以实现在各种形状材质表面以滚涂、淋涂、喷涂、刮涂、刷涂、浸涂的施工。

2.本发明采用水性环氧树脂乳液，协同其他组分，可以有效保证被涂覆基材的封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，耐化学品性，由于基材在户外要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，封闭状态瓷釉质膜层具有独特的致密度，抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀，充分利用材料间的互补优势，可以实现涂覆基材在光照和潮湿环境下整体涂覆体的变色老化性、耐黄变性，对基材的装饰性远远高出其他涂料。

3.本发明的水性环保阻燃隔热保温涂料，利用纳米化粒子处理的海泡石、勃姆石微小粒径，可以实现随涂料渗透进入基材空隙，协同其他助剂，在燃烧条件下产生强烈脱水性物质，使涂层迅速碳化而不易产生可燃性挥发物，从而阻止火焰蔓延；脱水后在可燃物表面生成保护膜，隔绝氧气，可阻止继续燃烧；使可燃性高聚物的浓度下降，脱水放出的水气稀释可燃性气体和氧气的浓度，有效阻止燃烧。

4.本发明的水性环保阻燃隔热保温涂料采用纳米海泡石分散体、纳米勃姆石分散体，采用独特纳米粒子技术，可以实现有效促进碳化层之形成达到绝佳阻燃、抑烟、填充三重功能的防火要求，燃烧过程中通过受热分解释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的材质在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。

5.本发明的涂层在高温明火燃烧下分解生成后的保护膜涂层又是良好的耐火材料，也能帮助提高基材的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂，具有不产生腐蚀性卤气及有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、无滴落等特点。能够在燃烧高温条件下，有效阻止热量向基材传递，有效隔绝氧气，防止滴落、明火蔓延，不会产生有机物高温分解的刺鼻异味及烟雾，可有效阻止继续燃烧、延缓基材升温导致变形，起到阻燃防火保护作用。

6.本发明采用了具有隔热保温效果的纳米三氧化钨分散体，纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性。纳米三氧化钨纳米粒子化40～80nm分散体在1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用；涂层能够形成有光反射、光选择吸收的光学涂层，具有氧敏、湿敏、气敏的敏感特性等。在涂料中加入可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热保温等效果。尤其具有半导体特性的氧化物粒子，在太阳热能温度下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到保温隔热的作用，有效延长基材的使用寿命，并能长久保持。

综上所述，水性环保阻燃隔热保温涂料与水性涂料相比，有效防止和降低建筑物、钢构物件等基材的阻燃，可永久性以涂层形式涂覆在多种材质表面，并能可广泛应用于工程机械、五金钢构、水泥、内外墙等范围的材质，更加具备美观装饰性，在一定的温度下不会被熔解，对基材形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护，对发展环保产业、节约能源、保护环境、实现污染物的低排放，促进人与自然和谐发展等循环经济要求，具有重要意义。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本发明提供一种水性环保阻燃隔热保温涂料，其配方以质量百分计包含：

水性丙烯酸乳液20～40％；

水性环氧树脂乳液10～20％；

水性无机阻燃分散体浆料20％～30％；

水性隔热保温纳米分散体浆料5％～10％；

水性润湿分散剂0.1％～0.3％；

水性消泡剂0.1％～1％；

硅烷偶联剂1％～2％；

无铅颜料8％～10％；

成膜助剂0.5％～2.5％；及

去离子水5％～25％。

在具体实施时，所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合，该乳液能有效提高涂层漆膜的连整性、耐水性和抗沾污性，效果明显优于普通的水性丙烯酸涂料。

在一个实施例中，所述水性环氧树脂乳液为水性聚氧乙烯接枝环氧树脂乳液或聚氧丙烯链端的环氧树脂乳液中的一种或其组合。所述水性环氧树脂乳液协同其他组分，可以有效保证被涂覆基材的封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，耐化学品性，由于基材在户外要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，封闭状态瓷釉质膜层具有独特的致密度，抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀，充分利用材料间的互补优势，可以实现涂覆基材在光照和潮湿环境下整体涂覆体的变色老化性、耐黄变性，对基材的装饰性远远高出其他涂料。

在一个实施例中，所述水性润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述水性消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种；所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂或环氧基有机硅烷偶联剂的一种。

在一个实施例中，所述无铅颜料为钛白粉、立德粉、氧化锌或硫酸钡中的一种或几种，进一步地，可以优选金红石型钛白粉。

在一个实施例中，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种或其组合；所述去离子水为去除杂质的自来水。

本发明还提供几个具体实施的配方如下表，表中的百分比均为质量百分比：

另一方面，本发明还提供一种上述水性环保阻燃隔热保温涂料的制备方法，其方法如下：按配方的质量百分比计，把水性环氧树脂乳液滴加到水性丙烯酸乳液中，搅拌分散5～10min，然后将预先制得的水性无机阻燃分散体浆料、水性隔热保温纳米分散体浆料滴加，搅拌分散15～30min，再加入占去离子水总质量的5~10%的去离子水加入到分散缸中，在400～600rmp的转速下搅拌20～30min，然后加入剩下的去离子水组分，再加入水性消泡剂、硅烷偶联剂，在1000～1200rmp的转速下加入成膜助剂，继续分散25min～40min，测得粘度为（35±2）s后过滤后出料，即得到水性环保阻燃隔热保温涂料。

在实施时，对于所述水性无机阻燃分散体，还可以按照以下制备工艺预先制得：依次加入去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入海泡石、勃姆石粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启研磨机，进行循环研磨，研磨时间大约为3～8hr，得到固含量为15～30%、中位粒径（D50）在40～80nm的水性无机阻燃分散体浆料。

获得的粒子处理后的海泡石、勃姆石在特定的粒径内，具有实现阻燃、抑烟、填充三重功能的防火要求，海泡石在燃烧过程中吸收大量的潜热，勃姆石在燃烧过程中通过受热分解释放出结合水，来降低它所涂覆的基材在火焰中的表面温度；粒子化后的纳米勃姆石具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成后的保护膜涂层又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸汽也可作为一种抑烟剂，具有不产生腐蚀性卤气及有害气体、不挥发、效果持久、无毒、无烟、无滴落等特点。

实施时，对于所述水性隔热保温纳米分散体，还可以按照以下制备工艺预先制得：依次（按质量百分比）加入组分量的去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入三氧化钨粉体；待粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径（D50）在40～80nm之间时，停机获得水性隔热保温纳米分散体浆料。

获得的水性隔热保温纳米分散体颗粒粒度分布均匀，且非常稳定，常温下保存期长，与大多成膜物质均有良好的相容性。纳米三氧化钨分散体纳米粒子化40～80nm在1300nm～2500nm（长波近红外线）间有较好的屏蔽作用；涂层能够形成有光反射、光选择吸收的光学涂层，具有氧敏、湿敏、气敏的敏感特性等。在涂料中加入可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热保温等效果。尤其具有半导体特性的氧化物粒子，在太阳热能温度下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到保温隔热的作用。

本发明的水性环保阻燃隔热保温涂料具有以下有益效果：

1.绿色环保，VOC含量低于50g/L，远低于国家标准GB 24410-2009《室内装饰装修材料水性木器涂料中有害物质限量》要求的300g/L、HJ2537-2014《环境标志产品技术要求水性涂料》要求的80g/L，符合国家绿色建筑要求。

2.阻燃性能突出，建筑材料和木制品燃烧性规范对保证建筑物内人的生命安全和财产安全是极为重要的，产品标准状态下，符合GA111《表面材料的实体房间火试验方法》标准是参照ISO 9705《表面材料全尺寸房间试验》编写的公安行业标准。

3.防轰燃和耗氧性能优秀，符合GB 5464—1999，建筑材料的不燃性试验方法，该试验方法的原理与ISO 1182和ASTM E136类似，用于不燃材料的A级判定。

4.基固性好，本发明产品标准状态下的独有透明膜层，除了应有的装饰性效果，还具备抗黄变、耐老化性优良，防止基材破裂，在户外建材、钢构制品要受到紫外线、可见光、氧气和化学物质和微生物的侵蚀，由于本产品具有反射阻隔太阳热能的独有效果，膜层可以有效延长基材的使用寿命。

5.抗沾污性好，产品标准状态下，涂膜的抗沾污、抗化学品性好，膜层具有独特的致密度，保证了良好的耐化学品性。有效实现对被涂覆材质形成具有封闭性强、防腐蚀、耐磨刮、耐酸碱、抗冲击，阻燃防火的有效保护等性能都能胜出一筹，尤其可抵抗空气中的污染，如：酸雨、烟雾、粉尘、海边的盐碱等物质侵蚀。

6.耐水性优异，本发明产品标准状态下，有效防止水分渗入基材，用水浸泡后不起泡、不发白、轻微泛白后能够迅速恢复，不会剥落。

7.防止基材变形，本发明产品标准状态下，具有保持基材尺寸及外形稳定性和耐久性的特点。由于昼夜的温差变化，户外基材会发生热胀冷缩等形变，水性环保阻燃隔热保温涂料膜层对基材有相当程度的保护性，并且能长久的保持。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (6)

1.一种水性环保阻燃隔热保温涂料，其特征在于，其配方以质量百分计包含：水性丙烯酸乳液20～40％、水性环氧树脂乳液10～20％、水性无机阻燃分散体20％～30％、水性隔热保温纳米分散体5％～10％、水性润湿分散剂0.1％～0.3％、水性消泡剂0.1％～1％、硅烷偶联剂1％～3％、无铅颜料5％～10％、成膜助剂0.5％～2.5％和去离子水5％～25％，所述水性无机阻燃分散体按照以下制备工艺制得：依次加入去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，然后边搅拌边缓慢加入海泡石、勃姆石粉体，粉体加完后高速分散30分钟，开启研磨机，进行循环研磨，研磨时间为3～8hr，得到固含量为15～30％、中位粒径在40～80nm水性无机纳米阻燃分散体浆料，所述水性隔热保温纳米分散体按照以下制备工艺制得：依次加入去离子水、水性润湿分散剂搅拌均匀，边搅拌边缓慢加入三氧化钨粉体；待粉体加完后高速分散30分钟，开启纳米研磨机，进行循环研磨，间隔时间取样检查，中位粒径在40～80nm之间时，停机即可获得到水性隔热保温纳米分散体浆料。

2.如权利要求1所述的水性环保阻燃隔热保温涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸乳液为杂化交联接枝丙烯酸乳液或有机硅接枝的乳液的一种或其组合。

3.如权利要求1所述的水性环保阻燃隔热保温涂料，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液为水性聚氧乙烯接枝环氧树脂乳液或聚氧丙烯链端的环氧树脂乳液中的一种或组合。

4.如权利要求1所述的水性环保阻燃隔热保温涂料，其特征在于，所述水性润湿分散剂为六偏磷酸钠类润湿剂；所述水性消泡剂为水性非硅酮脂肪酸聚合物、改性聚丙烯酸聚合物、聚氧乙烯醚或改性聚硅氧烷其中的一种；所述硅烷偶联剂为改性氨基硅烷偶联剂或环氧基有机硅烷偶联剂的一种。

5.如权利要求1所述的水性环保阻燃隔热保温涂料，其特征在于，所述无铅颜料为钛白粉、立德粉、氧化锌或硫酸钡中的一种或几种。

6.如权利要求5所述的水性环保阻燃隔热保温涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚的一种；所述去离子水为去除杂质的自来水。