CN105713510B - 一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉末涂料制备技术领域，具体为一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料。该涂料包括：聚苯硫醚15%‑55%、二氧化钛0‑10%、云母粉0‑5%、硫酸钡0‑3%、硅烷偶联剂0.5%‑1.5%、可膨胀性石墨粉2.5‑5%、微胶囊改性聚磷酸铵6%‑10%、微胶囊三聚氰胺6%‑10%、微胶囊季戊四醇6%‑10%、分散剂0.5%‑1.5%、流平剂0.5%‑1.5%、脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚3%‑7.5%。该聚苯硫醚粉末涂料适用于钢结构建筑、大型化工反应釜，化工腐蚀性原料输送管道和阀门的防火和防腐防护，具有优良防腐蚀性能以及具有良好的防火性能。

Description

一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料

技术领域

本发明属于粉末涂料制备技术领域，具体为一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料。

背景技术

聚苯硫醚(PPS)是—种综合性能优异的特种工程塑料，具有耐高温、耐辐射、阻燃、无毒、电性能优良等特点，并具有均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性。

近年来，聚苯硫醚粉末涂料在制药、农药、染料和精细化工等行业的反应釜、大型管道、化工阀门、钢结构建筑等方面应用范围不断扩大。但同时，钢材料也存在着无法克服的安全隐患，虽然钢结构是不燃材料，但其耐火性能差。在火灾高温作用下，其弹性模量、荷载能力等力学性能都会随温度的升高而降低。如《聚苯硫醚改性涂料及其应用，ZL201210186275.X》公开了一种聚苯硫醚改性涂料配方，该技术以聚苯硫醚树脂为配方主体，复配聚全氟乙丙烯树脂、乙烯-四氟乙烯树脂等成分，耐腐蚀和耐磨损效果好，但并不具备防火功能。又如《聚苯硫醚专用防腐涂料及聚苯硫醚复合钢管的制备方法，ZL200710050299.1》公开了一种聚苯硫醚专用防腐涂料配方，该专利也是以聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚砜等高分子材料为防腐基层，具有较好的耐腐蚀、耐高温、耐绝缘等性质，但此种聚苯硫醚涂料同样不具有防火功能。

提高钢结构抗火性能的最主要方法就是涂敷防火涂料。将防火涂料涂覆在被保护钢材的表面，改变钢材的燃烧特性，阻止火焰蔓延并形成隔热层，从而提高钢结构的耐火极限。传统防火涂料分为膨胀型和非膨胀型两大类，其中非膨胀型防火涂料在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性延缓钢材的升温，保护钢结构。这类产品通常涂层厚，外观装饰性能较差。膨胀型防火涂料，涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢结构的升温，保护钢构件。

目前，国内外科研机构已在膨胀型防火涂料开展了大量研究，如《水性膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，ZL 201210334941.X》提供了一种水性膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法，该技术采用经典的膨胀体系选用聚磷酸铵/三聚氰胺/季戊四醇体系，并添加改性可膨胀石墨，改性粉煤灰漂珠等物质，从而改善耐火性能。又如《一种水性环保膨胀型防火涂料，ZL201210062375.1》提供了一种水性环保膨胀型防火涂料，由去离子水、颜料、填料、助剂、阻燃原料和基料组成，其阻燃体系仍然采用聚磷酸铵/三聚氰胺/季戊四醇体系，实验测试所得的耐燃时间可≥25min。此类技术方法虽然具有一定的防火效果，但基本并未考虑涂料本身对基材的腐蚀，因此不仅对钢材本身不具有防腐效果，甚至可能加速钢材的腐蚀速度，从而影响了应用范围。

聚苯硫醚粉末涂料防腐蚀、耐磨性、电性质等性能优良，但用于化工大型反应釜、输送管道、钢结构建筑时，由于聚苯硫醚粉末涂料不具备防火性能，因此一旦发生火灾，在高温环境下钢材的力学性能，诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，很快失去支撑能力，导致建筑物或设备垮塌。但如果单纯用防火涂料，主要在钢结构表面上涂覆一层防锈防腐蚀底漆，然后在其之上再涂刷一层防火涂料。这样做的危害在于一是传统防锈底漆要使用大量溶剂，是施工过程前后对环境危害很大；二是防锈防腐蚀底漆和防火涂料之间相容性不好，时间久了表面防火涂料可能脱落，从而降低防火效果。

发明内容

本发明正是针对以上技术问题，提供一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料，该涂料不仅具有良好防火性能和防腐蚀性能，也可以促进防火组分与聚苯硫醚树脂体系相容性，从而保证涂料物理性能，该涂料采用静电涂装施工，基本无溶剂挥发，从而具有良好环境友好性。

本发明的具体技术方案如下：

一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料,该涂料包括以下质量百分含量的组分：

聚苯硫醚：15％-55％、二氧化钛:0-10％、云母粉：0-5％、硫酸钡：0-3％、硅烷偶联剂：0.5％-1.5％、可膨胀性石墨粉：2.5-5％、微胶囊改性聚磷酸铵：6％-10％、微胶囊三聚氰胺：6％-10％、微胶囊季戊四醇：6％-10％、分散剂：0.5％-1.5％、流平剂：0.5％-1.5％、脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚：3％-7.5％，总质量百分含量之和为100％。脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚的制备方法如下：在三口烧瓶中以摩尔比1:0.5:0.1的比例加入AEO-9(脂肪醇聚氧乙烯醚)，NaOH和甲醇钠，并缓慢通入摩尔比为1.8的一氯甲烷气体，控制温度在120℃，在电子恒速搅拌仪以300r/min搅拌速度下，反应2.5h，可以得到粗的封端聚醚产品。在粗产品中加入少量的去离子水，控制温度在60℃，加入HCl进行中和，待中和至中性，加热除去水分，再进行分离，即可得到精制的脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚。

所述的聚苯硫醚为线性聚苯硫醚或支链型聚苯硫醚，聚苯硫醚分子量为20000-50000。

所述的微胶囊改性聚磷酸铵采用原位聚合法制备聚磷酸铵-聚苯丁烯核壳微球，粒径控制在0.5-0.9μm。

所述的微胶囊三聚氰胺采用三聚氰胺-甲醛树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变微胶囊，粒径控制在0.5-1.5μm。

所述的微胶囊季戊四醇采用多苯基多亚甲基多异氰酸酯对季戊四醇进行微胶囊包裹处理，粒径控制在0.5-1.0μm。

所述的硅烷偶联剂采用KH550。

分散剂，优选采用上海锦山化工有限公司JS-V966。

流平剂，优选采用上海锦山化工有限公司JS-3038。

所述的脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚中脂肪醇为月桂醇，聚乙氧基数目为3。

本发明的积极效果体现在：

(一)、以聚苯硫醚树脂作为主体成分，在配方中添加微胶囊改性聚磷酸铵/三聚氰胺/季戊四醇作为防火组分，通过复配脂肪醇聚氧乙烯醚甲基封端聚醚作为增溶剂，最终使用粉末涂料静电涂装施工。这样做的好处在于：一是配方中含有大量聚苯硫醚树脂，使涂料本身保留了聚苯硫醚粉末涂料的耐腐蚀性、耐磨性等优良性质；二是配方中复配加入的微胶囊改性聚磷酸铵/微胶囊三聚氰胺/微胶囊季戊四醇作为防火组分，不仅使涂料具有良好防火性能，也可以促进防火组分与聚苯硫醚树脂体系相容性，从而保证涂料物理性能；三是本涂料采用静电涂装施工，基本无溶剂挥发，从而具有良好环境友好性。

(二)、适用于钢结构建筑、大型化工反应釜，化工腐蚀性原料输送管道和阀门的防火和防腐防护。保证此聚苯硫醚粉末涂料具有优良防腐蚀性能，以及保证此聚苯硫醚粉末涂料具有防火性能。

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，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

以下实例中采用的原料均为市售。

实施例1：

一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料，该涂料包括以下成分：

聚苯硫醚：40

二氧化钛：5

云母粉：3

硫酸钡：2

硅烷偶联剂：1

可膨胀性石墨粉：3

微胶囊改性聚磷酸铵：10

微胶囊三聚氰胺：10

微胶囊季戊四醇：10

分散剂，采用上海锦山化工有限公司JS-V966：0.5

流平剂，采用上海锦山化工有限公司JS-3038：0.5

脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚：15，

以上原料均以kg为单位。

脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚的制备方法如下：在三口烧瓶中以摩尔比1:0.5:0.1的比例加入AEO-9(脂肪醇聚氧乙烯醚)，NaOH和甲醇钠，并缓慢通入摩尔比为1.8的一氯甲烷气体，控制温度在120℃，在电子恒速搅拌仪以300r/min搅拌速度下，反应2.5h，可以得到粗的封端聚醚产品。在粗产品中加入少量的去离子水，控制温度60℃加入HCl进行中和，待中和至中性，加热除去水分，再进行分离，即可得到精制的脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚。

该聚苯硫醚粉末涂料的制备方法为：按比例称取原料，然后将称取好的原料分别进入高速分散机缸内，首先进行分散处理30分钟后，再用输送泵将分散材料输入卧式砂磨机中进行砂磨，砂磨时间控制在3-5小时，达到标准细度后再泵入静电喷涂机进行喷涂施工。

高速分散机，包括有搅拌轴、分散盘、支柱、液压工作站、防爆电机、皮带轮。该支柱为L型，一端在竖直向上可伸缩地与底座固定连接；该分散杆竖直地与支柱另一端轴连接；液压工作站固定连接在底座上；分散盘固定在分散杆的另一端。

卧式砂磨机，包括内部转子、外部定子及其间隔研磨腔与排料腔的动静环式动态分离器，转子与定子均为圆台形筒体结构。原料经高速分散机均匀混合后，由进料口进入卧式砂磨机筒体中，在研磨区里利用研磨介质相互碰撞摩擦，将原料进一步研磨至理想细度，最后通过筛网过滤掉不合格细度物料，合格物料由出料口至下一工序。

静电喷涂机，包括喷涂主机、喷枪、提料泵、供料管、原料组分、加热软管。物料从提料泵随供料管进入主机，在主机中经过精确计量泵控制体积比为1∶1，同时接受主机的加热和加压。随后，物料流出主机，经过保温软管，到达喷枪，在抠动扳机后，从各自的方向经过过滤网在混合室中高压撞击混合，然后高速喷出，在喷嘴处接收压缩空气形成均匀的扇形或圆形物料面，喷涂到钢结构材料上固化成形。

具体施工工艺如下：

(1)工件表面处理：用细砂纸仔细打磨工件表面，除去表面的氧化层，并擦去基材表面残留的铁屑，提高涂层与基材的附着力；

(2)压静电喷涂枪的参数设定：出气量：0.15Mpa：出粉量：10g/min：静电电压：100KV；

(3)喷涂：将配制好的粉末涂料放入供料筒中，通入压缩空气使粉末处于流化状态；将铁板挂于喷粉室进行喷涂，手持喷涂枪将粉末涂料均匀的喷涂于铁板上，每次喷涂时间约为30s左右：

(4)烘烤：将试样放入330℃的鼓风烘箱中塑化25min后取出，冷却至室温。

(5)将喷涂施工完毕的工件进行性能测试。

实施例2和实施例3,均采用实施例1的制备方法和工艺步骤，仅改变涂料配方，然后将性能测试后的具体指标见表1。

表1实施例1-3各组分用量及测试结果

为了进一步阐明本发明所开发聚苯硫醚粉末涂料同时具有优良防腐和防火性能，选取一组市售聚苯硫醚粉末涂料和一组市售聚磷酸铵防火涂料进行对比测试，配方及性能测试结果见表2和表3.

表2市售聚苯硫醚粉末涂料配方表

表3市售聚磷酸铵防火涂料配方表

从表1、表2、表3可知，市售聚苯硫醚防火涂料防腐性能优良，但不具备防火性能；市售聚磷酸铵防火涂料防火性能可以达到标准要求，但防腐性能差，不具有实用性。综合来看，本发明实施例子由于配方中既具有防腐蚀组分(聚苯硫醚树脂体系)，也同时具有膨胀型防火组分体系(聚磷酸铵-三聚氰胺-季戊四醇)，因此可同时具备防腐蚀和防火性能。

实施例4:

制备聚苯硫醚粉末涂料，按以下质量比例进行配比，以下原料均市售，且以kg为单位。具体列表如下：

以实施例4为例，简单将防腐组分(如聚苯硫醚)和防火组分(如聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇)简单混合，即便提高用量，也不能达到理想的防腐和防火效果，且涂层物理性能很差，原因在于：本发明技术方案所用聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇均进行微胶囊化处理，同时加入了脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚，这样做的目的是让防火组分在静电喷涂和塑化工序时，可与聚苯硫醚树脂很好相容，这就保证了组分之间良好相容性，最终能形成致密而稳定的涂层；相反，若只对防腐和防火组分简单混合，两者相容性差，不能达到静电施工的技术要求，所得到的涂层厚度、硬度和流平度差，在酸性和高温作用下，涂层极易破损，显然难达到理想的防腐和防火效果。

实施例5：

制备聚苯硫醚粉末涂料，按以下质量比例进行配比，以下原料均市售，且以kg为单位。具体列表如下：

以实施例5为例，将聚苯硫醚、聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇用量降低到本发明保护范围外，防腐和防火效果均不理想。主要缺点有：(1),此技术方案无法使用静电喷涂进行施工，只能采用传统涂料施工工艺，使用环氧树脂E44作为成膜组分，使用二甲苯作为稀释剂，挥发性气体对环境有一定危害；(2)聚苯硫醚在组分中起防腐作用，聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇在组分中起防火作用，将这两类用量大幅降低后，不能达到防腐和防火的效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料,其特征在于该涂料包括以下质量百分含量的组分：

聚苯硫醚：15%-55%、二氧化钛:0-10%、云母粉：0-5%、硫酸钡：0-3%、硅烷偶联剂：0.5%-1.5%、可膨胀性石墨粉：2.5-5%、微胶囊改性聚磷酸铵：6%-10%、微胶囊三聚氰胺：6%-10%、微胶囊季戊四醇：6%-10%、分散剂：0.5%-1.5%、流平剂：0.5%-1.5%、脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚：3%-7.5%，总质量百分含量之和为100；所述的聚苯硫醚为线性聚苯硫醚或支链型聚苯硫醚，聚苯硫醚分子量为20000-50000；所述的脂肪醇聚氧乙烯甲基封端聚醚中脂肪醇为月桂醇，聚乙氧基数目为3。

2.根据权利要求1所述的同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料,其特征在于：所述的微胶囊改性聚磷酸铵采用原位聚合法制备聚磷酸铵-聚苯丁烯核壳微球，粒径控制在0.5-0.9μm。

3.根据权利要求1所述的同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料,其特征在于：所述的微胶囊三聚氰胺采用三聚氰胺-甲醛树脂为壁材，通过原位聚合法制备相变微胶囊，粒径控制在0.5-1.5μm。

4.根据权利要求1所述的同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料,其特征在于：所述的微胶囊季戊四醇采用多苯基多亚甲基多异氰酸酯对季戊四醇进行微胶囊包裹处理，粒径控制在0.5-1.0μm。

5.根据权利要求1所述的同时具有防腐蚀和防火功能的聚苯硫醚粉末涂料,其特征在于：所述的硅烷偶联剂采用KH550。