CN105694543B - 一种阻燃涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阻燃涂层领域，特别是一种适用于镁合金等轻质合金表面的阻燃涂层及其制备方法。该阻燃涂层主要成分为无机成膜物质和无机填料，无机成膜物质、无机填料的质量比例为(35～65)：(35～65)，无机成膜物质为磷酸盐胶粘剂，无机填料为金属氧化物、碱金属氢氧化物和硼酸按质量比例(55～75)：(20～35)：(5～10)组成。本发明阻燃涂层采用无机成膜物质和不燃填料，添加适当的助剂，应用反应型原理，使涂层在火焰或高温条件下能够形成不可燃性的致密无机“釉膜层”，达到隔绝氧气的作用。本发明阻燃涂层成膜温度低，具有良好的耐热性，遇火不燃烧，并且可以形成致密“釉膜层”，涂装在镁合金表面，可提高其阻燃性。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃涂层领域，特别是一种适用于镁合金等轻质合金表面的阻燃涂层及其制备方法。
背景技术
镁合金作为最轻的结构材料受到越来越多的重视，在汽车、航空航天、电子通讯等领域的应用日益增加，如果能在航空航天器机构上获得普遍的应用，将是减轻航空航天器自身结构的突破性成就。但是，镁合金要想替代铝合金，在航空航天领域获得更大的应用，除了必须要提高一些机械性能外，镁合金的易腐蚀性、高可燃性也是必须要解决的问题。镁合金的可燃性比铝合金高很多，燃烧时发出耀眼白光，火焰温度可高达3900℃，开发阻燃镁合金和阻燃的保护涂层是扩大镁合金应用的重要任务之一。
目前，国内外对镁合金阻燃涂层的研究比较少，还没有成熟产品及技术的应用报道，但是阻燃涂层对镁合金可燃性的改善作用还是很明显的。
另外，有机涂层本身可燃烧，在燃烧时产生有毒物质，对火灾的发展和火灾现场人员的健康都有着不利的影响，无机阻燃涂层主要成分为无机物，遇火不燃烧，无明显黑烟，在有着防火要求的场合正得到越来越广泛的重视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃涂层及其制备方法，解决镁合金存在的高可燃性等问题，可用于金属表面作为饰面防火涂层。
本发明的技术方案是：
一种阻燃涂层，阻燃涂层主要成分为无机成膜物质、无机填料，无机成膜物质、无机填料的质量比例为(35～65)：(35～65)；根据需要添加助剂，助剂占无机成膜物质和无机填料总质量的10％以下；
其中，无机成膜物质为磷酸盐胶粘剂，无机填料为金属氧化物、碱金属氢氧化物和硼酸按质量比例(55～75)：(20～35)：(5～10)组成。
所述的阻燃涂层，无机成膜物质的制备方法为：将氢氧化铝加入到浓度为50wt％的磷酸中，磷酸与氢氧化铝的质量比为1：(1～6)，80±10℃的水浴中搅拌至反应完全，溶液呈透明，制备磷酸盐胶粘剂。
所述的阻燃涂层，无机填料的制备方法为：将金属氧化物、碱金属氢氧化物和硼酸按质量比例(55～75)：(20～35)：(5～10)，在800～1000℃下保温2～5h后制备成熔料，冷却至室温后粉碎并研磨成粉末，粉末粒度在50微米以下。
所述的阻燃涂层，金属氧化物为粉末状的氧化镁、氧化锌、氧化锆、氧化铝、氧化钇中的一种或两种以上的混合物，碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的混合物。
所述的阻燃涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)将无机成膜物质、无机填料粉末和水按质量比例配制好，水占无机成膜物质和无机填料粉末总质量的10～30％，根据需要加入助剂，充分搅拌混合成均匀的浆料；
(2)调节浆料粘度为15s～45s，涂4杯；
(3)用浸涂、刷涂或喷涂的方式在金属表面制备涂层；
(4)放入60～120℃烘箱中2～4h使涂层固化，涂层干膜厚度50～200μm。
所述的阻燃涂层的制备方法，金属表面为镁合金表面，或者其他需要进行阻燃防护的金属表面。
本发明的优点和有益效果是：
1、本发明涂层主要由无机成膜物质和不燃填料组成，添加适当的助剂，该涂层成膜温度低，具有良好的耐热性，遇火不燃烧，并且应用反应型原理，使涂层在火焰或高温条件下能够形成不可燃性的致密无机“釉膜层”，涂在易燃基体表面，可以起到隔绝氧气的作用，推迟基体材料的燃烧，提高阻燃性。
2、本发明可用于镁合金表面，亦可用于其他金属表面作为饰面防火涂层。
具体实施方式
在具体实施方式中，本发明适用于镁合金等金属表面的阻燃涂层。主要成分为无机成膜物质和无机填料，无机成膜物质、无机填料的质量比例为(35～65)：(35～65)，优选的质量比例为(40～60)：(40～60)。根据需要添加助剂，助剂占无机成膜物质和无机填料总质量的10％以下(优选0.2～2.0％)。其中，
(1)无机成膜物质为磷酸盐胶粘剂，磷酸盐胶粘剂固化温度低，易于成膜，并且具有较好的高温粘接强度。其制备方法为：将氢氧化铝加入到浓度为50wt％的磷酸中，磷酸与氢氧化铝的质量比为1：(1～6)，80±10℃的水浴中搅拌至反应完全，溶液呈透明，得到的无机成膜物质为磷酸盐胶粘剂。在本发明所述的磷酸与氢氧化铝比例范围中，根据磷酸和氢氧化铝的比例不同，得到的产物成分不同，具体为磷酸二氢铝、磷酸氢二铝、磷酸铝的一种或两种以上的混合物。
(2)无机填料为金属氧化物、碱金属氢氧化物和硼酸按质量比例(55～75)：(20～35)：(5～10)组成，无机填料可大大提高涂层的耐高温性能。其制备方法为：将金属氧化物、碱金属氢氧化物和硼酸按质量比例(55～75)：(20～35)：(5～10)，在800～1000℃下保温2～5h后制备成熔料，冷却至室温后粉碎并研磨成粉末，粉末粒度在50微米以下。所述的金属氧化物为粉末状的氧化镁、氧化锌、氧化锆、氧化铝、氧化钇中的一种或两种以上的混合物，在采用两种以上的混合物时，可提高涂层的耐高温性能和结合力。所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的混合物。
(3)助剂包括涂料中常用的分散剂、增稠剂、消泡剂和颜料等之一种或两种以上，可视涂料料浆情况酌情添加。
所述的阻燃涂层的制备方法，包含以下步骤：
(1)将无机成膜物质、无机填料粉末和水按质量比例配制好，水占无机成膜物质和无机填料粉末总质量的10～30％，根据需要加入适当的助剂，充分搅拌混合成均匀的浆料；
(2)调节浆料粘度为15s～45s(涂4杯)；
(3)用浸涂、刷涂或喷涂的方式在金属(铝、镁等轻质合金)表面制备涂层；
(4)放入60～120℃烘箱中2～4h使涂层固化，涂层干膜厚度50～200μm。
下面通过实施例进一步详述本发明。
实施例1
将浓度为50wt％的磷酸与氢氧化铝以质量比2:5混合，放入80℃水浴中，搅拌至溶液完全透明，形成磷酸盐胶粘剂备用。将氧化镁、氧化锌、氧化铝、氢氧化钠、硼酸按质量比例3:4:8:4:1称量混合均匀，放入坩埚中1000℃保温3h，冷却后粉碎并研成粉末，过400目筛制备成无机填料粉末。将磷酸盐胶粘剂、无机填料粉末、水按质量比例1:1:0.2称量，于行星球磨机上搅拌1小时后倒出过400目筛，加入占无机成膜物质和无机填料粉末总质量0.2％的消泡剂(如：BYK055无机硅消泡剂)，用水调节乳液粘度为25s(涂4杯)。用喷涂的方式制备涂层，室温下阴干2～4h，再在120℃烘箱中保温2h烘干涂层，涂层干膜厚度110微米，涂层致密均匀，无缩孔。
实施例2
将浓度为50wt％的磷酸与氢氧化铝以质量比2:3混合，放入80℃水浴中，搅拌至溶液完全透明，形成磷酸盐胶粘剂备用。将氧化镁、氧化锌、氧化铝、氢氧化钠、硼酸按质量比例2:2:2:2:1称量混合均匀，放入坩埚中1000℃保温3h，冷却后粉碎并研成粉末，过400目筛制备成粉末。将磷酸盐胶粘剂、无机填料粉末、水按质量比例1:1:0.5称量，于行星球磨机上搅拌1小时后倒出过400目筛，加入占无机成膜物质和无机填料粉末总质量0.3％的消泡剂(如：BYK055无机硅消泡剂)，调节乳液粘度为25s(涂4杯)。用喷涂的方式制备涂层，室温下阴干2～4h，再在120℃烘箱中保温2h烘干涂层，涂层干膜厚度90微米，涂层致密均匀，无缩孔。
国内目前还没有镁合金阻燃涂层研究的相关报道，普通镁合金熔点较低，并且易燃烧，这也是镁合金虽然是最轻的合金，但是一直得不到广泛应用的主要原因之一。实施例结果表明，本发明提供的涂层成膜温度低，具有良好的耐热性，遇火不燃烧，并且可以形成致密“釉膜层”，涂装在镁合金表面，可提高其阻燃性。涂层可以使镁合金的局部燃烧时间推迟10min左右，此涂层取得了有效的阻燃效果。
Claims (5)
1.一种阻燃涂层，其特征在于，阻燃涂层主要成分为无机成膜物质、无机填料，无机成膜物质、无机填料的质量比例为(35～65)：(35～65)；根据需要添加助剂，助剂占无机成膜物质和无机填料总质量的10％以下；
其中，无机成膜物质为磷酸盐胶粘剂，无机填料为金属氧化物、碱金属氢氧化物和硼酸按质量比例(55～75)：(20～35)：(5～10)组成；
无机填料的制备方法为：将金属氧化物、碱金属氢氧化物和硼酸按质量比例(55～75)：(20～35)：(5～10)，在800～1000℃下保温2～5h后制备成熔料，冷却至室温后粉碎并研磨成粉末，粉末粒度在50微米以下。
2.按照权利要求1所述的阻燃涂层，其特征在于，无机成膜物质的制备方法为：将氢氧化铝加入到浓度为50wt％的磷酸中，磷酸与氢氧化铝的质量比为1：(1～6)，80±10℃的水浴中搅拌至反应完全，溶液呈透明，制备磷酸盐胶粘剂。
3.按照权利要求1所述的阻燃涂层，其特征在于，金属氧化物为粉末状的氧化镁、氧化锌、氧化锆、氧化铝、氧化钇中的一种或两种以上的混合物，碱金属氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种的混合物。
4.一种权利要求1至3之一所述的阻燃涂层的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
(1)将无机成膜物质、无机填料粉末和水按质量比例配制好，水占无机成膜物质和无机填料粉末总质量的10～30％，根据需要加入助剂，充分搅拌混合成均匀的浆料；
(2)调节浆料粘度为15s～45s，涂4杯；
(3)用浸涂、刷涂或喷涂的方式在金属表面制备涂层；
(4)放入60～120℃烘箱中2～4h使涂层固化，涂层干膜厚度50～200μm。
5.按照权利要求4所述的阻燃涂层的制备方法，其特征在于，金属表面为镁合金表面，或者其他需要进行阻燃防护的金属表面。
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