CN106752477A - 具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料及制备方法。该涂料由A、B两组分混合制成，A组分：增稠剂；分散剂；消泡剂；杀菌剂；二氧化钛；水；B组分：改性丙烯酸乳液；季戊四醇；三聚氰胺；聚磷酸铵；氯化石蜡；成膜助剂；水。该涂料是一种环保型水性膨胀防火涂料，具有良好的耐紫外线、吸水率低、耐火性能等特点，克服了国内同类产品理化性能、耐火性能差等缺陷。与国外同类产品相比，提高了产品的理化性能和耐火性能稳定性。同时涂料具有良好的施工性能，装饰性强，产品储存稳定性好，原材料易得，价格适中。产品耐候性能达到标准技术要求。

Description

具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料及制备方法

技术领域

本发明涉及功能涂料制备技术，特别是涉及一种具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料及制备方法。

背景技术

20世纪80年代，我国主要防火材料研究部门开始研发防火涂料，到目前国内防火涂料产品和技术水平已经相近国外发达国家，产品种类已经有多种：饰面型防火涂料、电缆防火涂料、钢结构防火涂料、混凝土结构防火涂料等等，膨胀型防火涂料由于涂层薄，耐火性能优异，装饰性强而受到更多应用领域的青睐。

随着我国对环境保护的不断重视，防火涂料也在环境友好型产品和技术研发等方面取得了一定的成果，在膨胀型防火涂料中应用十分普遍，已经成为今后膨胀型防火涂料的发展方向。水性膨胀型防火涂料一般采用改性丙烯酸乳液作为主要粘接剂，由于我国基础化学工业技术的落后，以丙烯酸乳液作为主要粘接剂的水性膨胀型防火涂料在耐火性能、理化性能等方面存在明显的缺陷。目前主要的丙烯酸乳液生产商仍然是世界大的集团公司生产，例如巴斯夫、罗门哈斯、陶氏化学、日本触媒及阿科玛公司等，这些国际性大公司技术实力雄厚，近年来国外开发了多种应用于水性膨胀型防火涂料的丙烯酸乳液，例如PPG公司、佐敦公司的水性钢结构防火涂料都具有良好的耐火性能（涂层厚度2.0mm，耐火极限1.0小时左右），但是涂料的室外耐候性等指标并不十分理想，耐火性能不稳定。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题和缺陷，本发明提供一种具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料及制备方法。本发明在研制过程中，技术人员选择弹性丙烯酸乳液、VAE乳液（醋酸乙烯－乙烯共聚乳液）、苯丙乳液、硅丙乳液等进行了多次对比性试验，各种乳液对防火涂料膨胀发泡性能的影响不同，涂料的耐水性、耐候性以及耐火性能也相差较大。对于涂料粘接剂-丙烯酸乳液，乳液本身的化学结构、固化交联的化学结构、玻璃化温度等涂料膨胀发泡的主要影响因素之一，适宜的化学结构、玻璃化温度以及在涂料中的合理添加量才能使涂料的膨胀炭层具有良好的强度和膨胀倍数，涂料才具备良好的耐火性能。

本发明为解决其技术问题所采取的技术方案是：一种具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，该涂料由A组分与B组分混合制成，其中A组分由以下按重量份数范围的材料组成：增稠剂：0.2～0.5份；分散剂：2～3份；消泡剂：0.2～0.5份；杀菌剂：0.2～0.5份；二氧化钛：4.0～5.0份；水：9～10份；B组分由以下按重量份数范围的材料组成：改性丙烯酸乳液：20～30份；季戊四醇：8～12份；三聚氰胺：8～12份；聚磷酸铵：22～25份；氯化石蜡：3～4份；成膜助剂：2～3份；水：8～10份。

本发明所述的改性丙烯酸乳液为不含APEO的乙酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-丙烯酸共聚物，玻璃化温度为13℃，最低成膜温度为2℃，固含量为55%。该乳液与膨胀发泡体系配合，在高温下形成的炭层强度较高，膨胀倍数适宜，涂料耐火性能良好，与金属材料粘接强度高。

本发明所述P-N-C（P-N-C为聚磷酸铵（P）、三聚氰胺（N）和季戊四醇（C）三种化合物的简写）采用聚合度为1000的聚磷酸铵工业产品，三聚氰胺含量为99%，季戊四醇（单或双）含量为90%，氯化石蜡采用70%固体粉末产品，以上材料均为国产工业产品。

本发明所述的增稠剂采用改性无机膨润土，改性后的无机膨润土具有较强的化学活性和物理吸附性，起到增稠和防止沉淀的作用，涂料长时间储存后不出现分层、沉淀等现象。

本发明所述的成膜助剂采用AH-16环保型成膜助剂（双酯十四），不含醛类等低沸点物，不含邻苯类增塑剂，可以提高涂层耐擦洗、附着力以及机械强度。

本发明所述的分散剂为聚丙烯酸钠盐类水性分散剂。

本发明所述的消泡剂为含有金属皂和矿物油混合物类消泡剂（通用型消泡剂SC-233，澚汉盛川化工（北京）有限公司）。

本发明所述的一种具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料的制备方法，其特征在于，先分别制备A组分、B组分，然后将A、B组分进行混合，其步骤如下：

一、制备A组分

在不锈钢混合罐中加入9～10份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，慢慢加入0.2～0.5份增稠剂，搅拌10分钟后，再顺序加入2～3份分散剂，0.2～0.5份消泡剂，0.2～0.5份杀菌剂，4.0～5.0份二氧化钛，搅拌10分钟后备用。

二、制备B组分

在不锈钢混合罐中加入20～30份改性丙烯酸乳液和8～10份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，顺序加入8～12份季戊四醇，8～12份三聚氰胺，22～25份聚磷酸铵，3～4份氯化石蜡，2～3份成膜助剂，搅拌10分钟后备用。

三、制备水性膨胀防火涂料

将制备好的A组分倒入制备好的B组分的不锈钢混合罐中，在400～600转/分钟搅拌速度下分散10分钟后，经过滤即为防火涂料成品。

本发明的有益效果是：本发明的水性膨胀防火涂料是一种环保型水性防火涂料，具有良好的耐紫外线、吸水率低、耐火性能等特点，该涂料克服了国内同类产品理化性能、耐火性能差等缺陷。与国外同类产品相比，提高了产品的理化性能和耐火性能稳定性。同时涂料具有良好的施工性能，装饰性强，产品储存稳定性好，原材料易得，价格适中。由于采用改性丙烯酸乳液作为粘接剂，配以P-N-C膨胀发泡体系，提高了膨胀倍数和发泡的梯次性，涂层的膨胀倍数为5至30倍。参照GB14907以及GB9978升温曲线测试，涂料的耐火时间≥1.5小时（涂层厚度2.0mm），产品耐候性能达到标准技术要求。

具体实施方式

以下结合优选实施例对本发明做进一步描述：

实施例1： A组分由以下按重量份数的材料组成：改性无机膨润土：0.3份；聚丙烯酸钠盐类水性分散剂：3份；含有金属皂和矿物油混合物类消泡剂：0.4份；杀菌剂：0.3份；二氧化钛：5.0份；水：10份。

B组分由以下按重量份数的材料组成：改性丙烯酸乳液：20份；季戊四醇：11份；三聚氰胺：10份；聚磷酸铵：24份；氯化石蜡：3份；成膜助剂：3份；水：10份。

（1）制备A组分

在不锈钢混合罐中加入10份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，慢慢加入0.3份改性无机膨润土，搅拌大约10分钟，再顺序加入3份聚丙烯酸钠盐类水性分散剂，0.4份含有金属皂和矿物油混合物类消泡剂，0.3份杀菌剂，5.0份二氧化钛，搅拌10分钟后即为A组分，备用。

（2）制备B组分

在不锈钢混合罐中加入20份不含APEO的乙酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-丙烯酸共聚物，10份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，加入11份单（双）季戊四醇，10份三聚氰胺，24份聚磷酸铵，3份氯化石蜡，3份AH-16环保型成膜助剂，搅拌10分钟后即为B组分，备用。

（3）制备水性膨胀防火涂料

将制备好的A组分倒入制备好的B组分的不锈钢混合罐中，在400～600转/分钟搅拌速度下分散10分钟后，经过滤即为实施例1制备的防火涂料成品。

实施例2：A组分由以下按重量份数的材料组成：改性无机膨润土：0.3份；聚丙烯酸钠盐类水性分散剂：3份；含有金属皂和矿物油混合物类消泡剂：0.4份；杀菌剂：0.3份；二氧化钛：5.0份；水：10份。

B组分由以下按重量份数的材料组成：改性丙烯酸乳液：24份；季戊四醇：11份；三聚氰胺：10份；聚磷酸铵：24份；氯化石蜡：3份；AH-16环保型成膜助剂：3份；水：8份。

（1）制备A组分

在不锈钢混合罐中加入10份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，慢慢加入0.3份改性无机膨润土，搅拌大约10分钟，再顺序加入3份聚丙烯酸钠盐类水性分散剂，0.4份含有金属皂和矿物油混合物类消泡剂，0.3份杀菌剂，5.0份二氧化钛，搅拌10分钟后即为A组分，备用。

（2）制备B组分

在不锈钢混合罐中加入24份不含APEO的乙酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-丙烯酸共聚物，8份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，顺序加入11份单（双）季戊四醇，10份三聚氰胺，24份聚磷酸铵，3份氯化石蜡，3份AH-16环保型成膜助剂，搅拌10分钟后即为B组分，备用。

（3）制备水性膨胀防火涂料

将制备好的A组分倒入制备好的B组分的不锈钢混合罐中，在400～600转/分钟搅拌速度下分散10分钟后，经过滤即为实施例2制备的防火涂料成品。

上述实施例的性能指标检验结果如下：

1、耐水性能：浸泡7天后涂层无起层、脱落、起泡、现象；

2、耐紫外线照射（360hr）：涂层无起层、脱落、起泡、现象；

3、粘接性能：

a.室温干燥10天：实施例1为0.76MPa；实施例2为0.86MPa；

b.耐紫外试验后：实施例1为0.70MPa；实施例2为0.81MPa；

4、耐火性能：

a.涂层厚度：实施例1为2.1mm；实施例2为2.2mm；

b.膨胀最大高度：实施例1为25mm；实施例2为13mm；

以上实施例制备出的水性膨胀丙烯酸防火涂料外观均匀细腻，为假塑性涂料产品，表干时间小于等于1.5小时，施工方便，可以刷涂或喷涂，涂层在高温下膨胀发泡倍数较高，而且膨胀炭层的强度高，能够对基材形成有效的保护，高温试验炉测试耐火时间≥2.5小时（涂层厚度2.2mm，试验炉升温曲线参照GB9978-2008，耐火试验炉尺寸1000mm×1000mm×1000mm）。

实施例1制备出的水性膨胀丙烯酸防火涂料适用于建筑纤维类火灾；实施例2制备出的水性膨胀丙烯酸防火涂料适用于烃类火火灾。

Claims (9)

1.一种具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，该涂料由A组分与B组分混合制成，其中A组分由以下按重量份数范围的材料组成：增稠剂：0.2～0.5份；分散剂：2～3份；消泡剂：0.2～0.5份；杀菌剂：0.2～0.5份；二氧化钛：4.0～5.0份；水：9～10份；

B组分由以下按重量份数范围的材料组成：改性丙烯酸乳液：20～30份；季戊四醇：8～12份；三聚氰胺：8～12份；聚磷酸铵：22～25份；氯化石蜡：3～4份；成膜助剂：2～3份；水：8～10份。

2.根据权利要求1所述的具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，该涂料由A组分与B组分混合制成，其中A组分由以下按重量份数的材料组成：增稠剂：0.3份；分散剂：3份；消泡剂：0.4份；杀菌剂：0.3份；二氧化钛：5.0份；水：10份；

B组分由以下按重量份数的材料组成：改性丙烯酸乳液：20份；季戊四醇：11份；三聚氰胺：10份；聚磷酸铵：24份；氯化石蜡：3份；成膜助剂：3份；水：10份。

3.根据权利要求1所述的具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，该涂料由A组分与B组分混合制成，其中A组分由以下按重量份数的材料组成：增稠剂：0.3份；分散剂：3份；消泡剂：0.4份；杀菌剂：0.3份；二氧化钛：5.0份；水：10份；

B组分由以下按重量份数的材料组成：改性丙烯酸乳液：24份；季戊四醇：11份；三聚氰胺：10份；聚磷酸铵：24份；氯化石蜡：3份；成膜助剂：3份；水：8份。

4.根据权利要求1所述的具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，所述的改性丙烯酸乳液为不含APEO的乙酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯-丙烯酸共聚物，玻璃化温度为13℃，最低成膜温度为2℃，固含量为55%。

5.根据权利要求1所述的具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，所述的分散剂为聚丙烯酸钠盐类水性分散剂。

6.根据权利要求1所述的具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，所述的消泡剂为含有金属皂和矿物油混合物类消泡剂。

7.根据权利要求1所述的具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，所述的增稠剂为改性无机膨润土。

8.根据权利要求1所述的具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料，其特征在于，所述的成膜助剂采用AH-16环保型成膜助剂。

9.一种具有耐候性能及耐火性能的水性膨胀防火涂料的制备方法，其特征在于，先分别制备A组分、B组分，然后将A、B组分进行混合，其步骤如下：

一、制备A组分

在不锈钢混合罐中加入9～10份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，慢慢加入0.2～0.5份增稠剂，搅拌10分钟后，再顺序加入2～3份分散剂，0.2～0.5份消泡剂，0.2～0.5份杀菌剂，4.0～5.0份二氧化钛，搅拌10分钟后备用；

二、制备B组分

在不锈钢混合罐中加入20～30份改性丙烯酸乳液和8～10份水，在200～300转/分钟搅拌速度下，顺序加入8～12份季戊四醇，8～12份三聚氰胺，22～25份聚磷酸铵，3～4份氯化石蜡，2～3份成膜助剂，搅拌10分钟后备用；

三、制备水性膨胀防火涂料

将制备好的A组分倒入制备好的B组分的不锈钢混合罐中，在400～600转/分钟搅拌速度下分散10分钟后，经过滤即为防火涂料成品。