CN107760155A - 一种长效防火涂层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种长效防火涂层材料及其制备方法，该防火涂层材料该防火涂层材料包括以下重量份数的组分：20‑50份水性固化剂、50‑100份水及80‑200份长效防火涂层材料的母液，所述防火涂层材料的母液由中空介孔二氧化硅微球作为填料，与水和水性环氧树脂混合而成；所述中空介孔二氧化硅微球内部装饰有阻燃剂，所述中空介孔二氧化硅微球表面接枝有多巴胺（DA）。采用该制备方法得到的长效防火涂层材料，能有效改善现有的防火涂层材料因为老化造成阻燃剂吸水潮解，延长阻燃剂失效时间，提升防火涂层的使用年限。

Description

一种长效防火涂层材料及其制备方法

技术领域

本发明属于防火涂料技术领域，尤其涉及一种长效防火涂层材料及其制备方法。

背景技术

防火涂层材料是用于可燃性基材表面，能降低所涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高所涂材料耐火极限的一种特种涂料。

在介孔二氧化硅系列材料中，中空微球是其中具有特殊结构的材料。与同尺寸的一般球形材料相比较，在宏观上，中空微球的显著优点是密度比较低，能够节约材料。另外，从微观上看，中空微球的内部是中空结构，这样就有可能使其具备独特的声学、光学、力学等等性能，目前，中空介孔微球广泛的应用于材料、化学、生物等诸多领域。

传统防火涂料的制备方法是将阻燃剂与涂料通过物理共混的方式混合成。目前，水性防火涂层材料由于其低VOC排放降低了对大气污染成为近年研究的热点。但是水性防火涂料易受阳光、雨霜等环境条件的影响，容易发生老化现象，导致涂层逐渐开裂破坏，使阻燃剂暴露在空气中吸水潮解，从而使涂层失去阻燃的作用。

因此，现在的防火涂料难以满足人们的需要，亟需开发出一种长效多功能环保涂层材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长效防火涂层材料及其制备方法，能有效改善现有的防火涂层材料的吸水潮解和防腐性，使其阻燃性更加持久，提升防火涂层的使用年限。

为实现本发明的上述目的，本发明提供一种长效防火涂层材料，该防火涂层材料包括以下重量份数的组分：20-50份水性固化剂、50-100份水及 80-200份防火涂层材料的母液，所述防火涂层材料的母液由中空介孔二氧化硅微球作为填料，与水和水性环氧树脂混合而成；所述中空介孔二氧化硅微球内部装饰有阻燃剂，所述中空介孔二氧化硅微球表面接枝有多巴胺（DA）。

所述阻燃剂为膨胀型阻燃剂（IFR）。

所述中空介孔二氧化硅微球的粒径为380nm、400nm、420nm、450nm。

所述水性固化剂为Aq419或H228B。

一种长效防火涂层材料所述的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

步骤1：按质量份数取20-40份表面接枝有DA的内部装饰有阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球作为填料，加入到50-100份水和120-220份水性环氧树脂的混合液中，室温下磁力搅拌30-60min，转速为250r/min，即得长效防火涂层材料的母液；

步骤2：取20-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后，再与80-200份长效防火涂层材料的母液混合，即得。

所述水性环氧树脂为H228A环氧树脂、Ar555环氧树脂、E51环氧乳液或E44环氧乳液。

步骤1所述的表面接枝有DA的内部装饰有阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球的制备包括以下步骤。

步骤1：按质量份数取20-40份中空介孔二氧化硅微球，加入装有5-10份分散剂六偏磷酸钠的烧杯中，超声（80-100KHz）处理30-60min；然后将烧杯中分散有中空介孔二氧化硅微球溶液倒入三口瓶，并向三口瓶中加入80-100份乙醇，在50℃的水浴中磁力搅拌（250r/min）10-20min，取1-10份的4,4—二羟基二苯砜（BPS）和1-10份三氯氧磷（POCl₃）加入到三口瓶中，在50℃的水浴中磁力搅拌（250r/min）2-4小时，再取1-10份4,4—二氨基二苯基甲烷（MDA）缓慢加入到三口瓶中，继续在50℃、250r/min的磁力搅拌下反应2-4h，升温到70℃再继续反应1-4小时，经过无水乙醇和乙酸乙酯两次洗涤抽滤后，在室温干燥后得到内部修饰有阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球。

步骤2：取20-40份内部修饰阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球和10-20份DA于烧杯中，配置三羟甲基氨基甲烷（Tris）缓冲液调PH=8.5后加入烧杯中，室温搅拌15-20h，然后用蒸馏水离心清洗后，在50℃下真空干燥后，即得。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果。

本发明中，中空介孔二氧化硅微球的内部修饰有阻燃剂，同时表面接枝有DA，以上述材料作为填料与水性环氧树脂复合制成长效防火涂层材料。该长效防火涂层材料采用的是比常规的介孔二氧化硅有更大比表面积的中空介孔二氧化硅微球为载体，内部装饰有膨胀型阻燃剂，使阻燃剂小分子在中空介孔二氧化硅微球内原位聚合生成三位一体大分子阻燃剂，将阻燃剂束缚在中空介孔二氧化硅中，在涂层使用过程中中空介孔二氧化硅的壳结构保护了阻燃剂不受环境影响而发生吸水潮解，从而使涂层的阻燃性能更加持久。由于中空介孔二氧化硅的微球结构，也使填料在涂层中有很好的阻隔作用而起到防腐蚀作用。

同时，本发明还对该中空介孔二氧化硅微球进行了DA接枝，解决了纳米微球易于团聚并且与有机树脂的相容性差的缺点。

附图说明

图1为本发明的制备机理示意图。

图2为不同表面改性剂对中空介孔二氧化硅吸光度的影响示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。

实施例1 本发明长效防火涂层材料的制备。

步骤1、按质量份数取20份中空介孔二氧化硅微球，加入装有8份分散剂六偏磷酸钠的烧杯中，超声（80-100KHz）处理30min；然后将烧杯中分散有中空介孔二氧化硅微球溶液倒入进三口瓶，并向三口瓶中加入100份乙醇，在50℃的水浴中磁力搅拌20min，转速为250r/min，取5份的BPS和10份POCl₃加入到三口瓶中，在50℃的水浴中磁力搅拌（250r/min）2h，再取5份MDA缓慢加入到三口瓶中，继续在50℃、250r/min的磁力搅拌下反应4h，升温到70℃再继续反应4h，经过无水乙醇和乙酸乙酯两次洗涤抽滤后，在室温干燥后得到内部修饰有IFR的中空介孔二氧化硅微球。

步骤2、取30份内部修饰IFR的中空介孔二氧化硅微球和20份DA于烧杯中，配置Tris缓冲液调PH=8.5后加入烧杯中，室温搅拌20h，然后用蒸馏水离心清洗后，在50℃下真空干燥得到表面接枝DA的内部修饰有IFR的中空介孔二氧化硅微球。

步骤3、按质量份数取25份所述表面接枝DA的内部修饰有IFR的中空介孔二氧化硅微球作为填料，加入到150份水和150份E44水性环氧树脂的混合液中，室温下搅拌分散1h，即得长效防火涂层材料的母液。

步骤4、按质量份数取50份H228B水性固化剂与100份水混合均匀后，再与150份长效防火涂层材料的母液按混合制成。

实施例2。

一种长效防火涂层材料，包括以下重量份数的组分：20份Aq419、80份水及200份长效防火涂层材料的母液。

具体的制备方法实施例1。

实施例3 本发明制备的填料与单独的膨胀型阻燃剂的性能比较。

分为两组，第一组：5份的BPS、10份POCl₃和5份MDA混合制备的膨胀型阻燃剂；

第二组：实施例1中步骤2所制备的表面接枝DA的内部修饰有IFR的中空介孔二氧化硅微球填料。

比较两组材料的溶解度和水溶性，具体结果参见表1。

由表1可知，通过本发明制得的填料具有相当低的水溶性，而单独的IFR的水溶性却很高，这是因为本发明制备得到的填料是将IFR修饰在中空介孔二氧化硅微球内部，由于中空介孔二氧化硅的微球结构能够很好阻止水与IFR接触。因此，本发明制备得到的填料可以有很好的防吸水潮解性能。

实施例4 不同涂层材料性能指标的比较。

分为三组，第一组：中空介孔二氧化硅通过物理共混与水性环氧树脂混合制备得到的涂层材料；第二组：膨胀型阻燃剂（5份的BPS、10份POCl₃和5份MDA）通过物理共混与水性环氧树脂混合制备得到的涂层材料；第三组：通过本发明制备得到的涂层材料。

根据涂层材料的检测标准，主要考察附着力、阻燃性能、耐腐蚀性能，具体结果参见表2。

由表2可知，通过本发明制备得到的涂层材料各项性能均优于其他涂层材料，并且在600h人工加速老化试验后再测试大板燃烧法耐燃时间，耐燃时间为32min，仍然达到了1级标准，因此本发明制备的涂层材料在经历老化后仍达到很好的阻燃效果。

实施例5 不同表面改性剂对中空介孔二氧化硅分散性的比较。

分别称取0.005g表面改性剂SBDS、DA、KH-570、TEA分别放置在四个试管中，均加入30ml蒸馏水，加入2g中空介孔二氧化硅微球在1600r/min下常温磁力搅拌10min，搅拌均匀后，超声分散20min，静置，观察其沉降情况。

采用721型可见分光光度计在360nm波长下测悬浮液吸光度，筛选出最佳表面改性剂。具体结果参见图2。

对4种悬浮液静置沉降4d后发现，经SDBS、KH-570改性的中空介孔二氧化硅悬浮液静置4d后有分层，但上层液较浑浊，经DA改性的中空介孔二氧化硅悬浮液无明显分层与沉降，即分散较稳定，而经TEA改性的中空介孔二氧化硅悬浮液有明显沉降，沉降后上层液较澄清，分散性较其它三种差。取不同沉降时间后悬浮液上层液3 ml于比色皿中，用721型可见分光光度计测其吸光度( λ= 360 nm)，见图2。由图2可看出，经DA改性后的中空介孔二氧化硅悬浮液的吸光度值明显大于 KH-570、SDBS、TEA的吸光度值，且经DA改性后的中空介孔二氧化硅静置不同时间后其吸光度差值变化也相对比较稳定，表明经DA改性后的中空介孔二氧化硅在水中的分散稳定性与其他三种表面改性剂相比效果最佳。故本发明选取DA对中空介孔二氧化硅微球进行表面接枝。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种长效防火涂层材料，其特征在于该防火涂层材料包括以下重量份数的组分：20-50份水性固化剂、50-100份水及80-200份长效防火涂层材料的母液，所述防火涂层材料的母液由中空介孔二氧化硅微球作为填料，与水和水性环氧树脂混合而成；所述中空介孔二氧化硅微球内部装饰有阻燃剂，所述中空介孔二氧化硅微球表面接枝有多巴胺（DA）。

2.根据权利要求1所述的长效防火涂层材料，其特征在于该防火涂层材料所述阻燃剂为膨胀型阻燃剂（IFR）。

3.根据权利要求1所述的长效防火涂层材料，其特征在于该防火涂层材料所述中空介孔二氧化硅微球的粒径为380nm、400nm、420nm、450nm。

4.根据权利要求1所述的长效防火涂层材料，其特征在于所述水性固化剂为Aq419或H228B。

5.一种如权利要求1所述的长效防火涂层材料所述的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

步骤1：按质量份数取20-40份表面接枝有DA的内部装饰有阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球作为填料，加入到50-100份水和120-220份水性环氧树脂的混合液中，室温下磁力搅拌30-60min，转速为250r/min，即得长效防火涂层材料的母液；

步骤2：取20-50份水性固化剂与50-100份水混合均匀后，再与80-200份长效防火涂层材料的母液混合，即得。

6.根据权利要求5所述的长效防火涂层材料的制备方法，其特征在于所述水性环氧树脂为H228A环氧树脂、Ar555环氧树脂、E51环氧乳液或E44环氧乳液。

7.根据权利要求5所述的长效防火涂层材料的制备方法，其特征在于，步骤1所述的表面接枝有DA的内部装饰有阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球的制备包括以下步骤：

步骤1：按质量份数取20-40份中空介孔二氧化硅微球，加入装有5-10份分散剂六偏磷酸钠的烧杯中，超声（80-100KHz）处理30-60min；然后将烧杯中分散有中空介孔二氧化硅微球溶液倒入三口瓶，并向三口瓶中加入80-100份乙醇，在50℃的水浴中磁力搅拌（250r/min）10-20min，取1-10份的4,4—二羟基二苯砜（BPS）和1-10份三氯氧磷（POCl₃）加入到三口瓶中，在50℃的水浴中磁力搅拌（250r/min）2-4小时，再取1-10份4,4—二氨基二苯基甲烷（MDA）缓慢加入到三口瓶中，继续在50℃、250r/min的磁力搅拌下反应2-4h，升温到70℃再继续反应1-4小时，经过无水乙醇和乙酸乙酯两次洗涤抽滤后，在室温干燥后得到内部修饰有阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球；

步骤2：取20-40份内部修饰阻燃剂的中空介孔二氧化硅微球和10-20份DA于烧杯中，配置三羟甲基氨基甲烷（Tris）缓冲液调PH=8.5后加入烧杯中，室温搅拌15-20h，然后用蒸馏水离心清洗后，在50℃下真空干燥后，即得。