CN108314960B - 一种防火阻燃水性生态涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防火阻燃水性生态涂料，其是由A组分和B组分制备而成；A组分包括：成膜树脂乳液、水性溶剂A、去离子水、阻燃剂、填料、纳米石墨烯、颜料、防腐剂、流平剂A、润湿剂A、消泡剂A、分散剂A和增稠剂；B组分包括：聚异氰酸酯、水性溶剂B、分散剂B、流平剂B、润湿剂B和消泡剂B。本发明还提供一种防火阻燃水性生态涂料的制备方法。本发明的水性生态涂料健康、安全，防火阻燃、装饰性能好，符合环境保护要求和人类健康要求，有效保障人身与财产安全。

Description

一种防火阻燃水性生态涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂料，尤其涉及一种防火阻燃水性生态涂料及其制备方法。

背景技术

当前在展览馆、办公楼、古建筑、竹木建筑、学校、培训室、会议室、医院、商场、超市、餐厅、酒店、公共交通工具、车站和码头等人员密集区域、场所广泛使用的塑料制品(装饰装修材料及广告装潢材料)以及竹木制品等，均都存在严重的消防安全隐患，一丁点的火星即能引发火灾事故；不论什么原因所引发的火灾事故，都会对人类的生命、财产、社会资源造成巨大的损失。

目前，在国内的涂料行业中，也不乏防火阻燃的涂料产品，没有适用于塑料制品、建材以及竹木制品的防火阻燃涂料；根据专利文献记载，现已公开的或还在审核过程中的防火阻燃涂料，均为含高危有害物质的溶剂型涂料；传统的溶剂型涂料中的各类多种高危有害物质如：镉(cd)、铅(pb)、汞(Hg)、六价铬(Cr⁶⁺)、多溴联苯/多溴二苯醚、邻苯二甲酸二(2-乙基)乙基酯(DEHP)、邻苯二甲酸二正丁酯(DBP)、邻苯二甲酸丁苄酯(BBP)、邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)、游离甲醛)等是引发人类致病、抵抗力降低、免疫系统损坏、基因变异、孕妇流产、胎儿畸形、小孩白血病、成人与老年人的癌症及雾霾的主要原因之一；根据当前国家的环保要求，溶剂型的涂料产品是在被强制淘汰之列。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种防火阻燃水性生态涂料，该水性生态涂料可以用于塑料制品和竹木制品，健康、安全，防火阻燃、装饰性能好，符合环境保护要求和人类健康要求，有效保障人身与财产安全。

本发明的第二个目的是为了提供一种防火阻燃水性生态涂料的制备方法，该方法通过两次研磨、过滤网，得到纳米级粒径的水性生态涂料，使得水性生态涂料能够很好地渗入被涂物体的纤维中，促使被涂物体的纤维形成致密的防火阻燃膜，提高被涂物体的耐温性能。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种防火阻燃水性生态涂料，其是由A组分和B组分以质量比为1:1制备而成；其中，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液30-60％，水性溶剂1-10％，去离子水1-15％，阻燃剂5-30％，填料0-10％，纳米石墨烯0-2％，颜料0-10％，防腐剂0.5-3％，流平剂0.1-5％，润湿剂0.1-3％，消泡剂0.1-3％，分散剂0.5-3％，增稠剂0-2％，上述组分质量百分含量之和为100％；B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯40-80％，水性溶剂10-40％，分散剂0-1％，流平剂0-1％，润湿剂0-1％，消泡剂0-1％，上述组分质量百分含量之和为100％。

进一步地，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液40-55％，水性溶剂3-8％，去离子水3-12％，阻燃剂10-25％，填料2-8％，纳米石墨烯0.5-1.6％，颜料2-7％，防腐剂1-2％，流平剂2-4％，润湿剂1-2.5％，消泡剂1-2％，分散剂1-2.2％，增稠剂1-1.6％，上述组分质量百分含量之和为100％。

进一步地，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液46％，水性溶剂5％，去离子水7％，阻燃剂20％，填料5％，纳米石墨烯1％，颜料5％，防腐剂1.6％，流平剂3.4％，润湿剂1.8％，消泡剂1.2％，分散剂1.7％，增稠剂1.3％。

进一步地，B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯50-70％，水性溶剂20-30％，分散剂0.2-0.8％，流平剂0.1-0.7％，润湿剂0.3-0.8％，消泡剂0.2-0.8％；上述组分质量百分含量之和为100％。

进一步地，B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯63％，水性溶剂35％，分散剂0.5％，流平剂0.4％，润湿剂0.6％，消泡剂0.5％。

进一步地，所述A组分中的水性溶剂为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和乙醇中的一种或任意组合。

进一步地，所述A组分中的填料为纳米硫酸钙、纳米硫酸钡、透明滑石粉和透明玻璃粉中的一种或任意组合。

进一步地，所述A组分中的颜料为红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、黑色颜料或白色颜料。

进一步地，所述黑色颜料为炭黑，所述白色颜料为钛白粉。

实现本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种防火阻燃水性生态涂料的制备方法，包括，

一次混合步骤：按配比将A组分和B组分加入分散机中，启动分散机混合搅拌均匀，得到混合物料；

一次研磨步骤：将混合物料放入微米级研磨机中分散研磨，分散研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到一级涂料，一级涂料的粒径为18-23μm；

二次研磨步骤：将一级涂料放入纳米级研磨机中精细研磨，精细研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到二级涂料，二级涂料的粒径为180-220nm；然后用纱网过滤，纱网的孔径为150-250目，然后包装，得到防火阻燃水性生态涂料。

本发明的有益效果在于：

1、本发明防火阻燃水性生态涂料，该水性生态涂料可以用于塑料制品和竹木制品，健康、安全，防火阻燃、装饰性能好，符合环境保护要求和人类健康要求，有效保障人身与财产安全。；

2、本发明的水性生态涂料，涂覆在物体的表面，一部分防火阻燃的分子与树脂形成致密的保护膜层，由此起到防火阻燃效果；遇火时，通过纳米石墨烯优异的导热性能，受火点能迅速散发热量，涂层能迅速形成致密状无碳火的碳化层，会自然拒火，不燃或难燃，有效阻止火星.火点.火焰的燃烧，对物体具有较强的保护作用，对灭火与人员撤离火灾现场赢得宝贵时间；

3、本发明防火阻燃水性生态涂料的制备方法，该方法通过两次研磨、过滤网，得到纳米级粒径的水性生态涂料，使得水性生态涂料能够很好地渗入被涂物体的纤维中，促使被涂物体的纤维形成致密的防火阻燃膜，提高被涂物体的耐温性能。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

一种防火阻燃水性生态涂料，其是由A组分和B组分以质量比为1:1制备而成；其中，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液30-60％，水性溶剂A 1-10％，去离子水1-15％，阻燃剂5-30％，填料0-10％，纳米石墨烯0-2％，颜料0-10％，防腐剂0.5-3％，流平剂A 0.1-5％，润湿剂A 0.1-3％，消泡剂A 0.1-3％，分散剂A 0.5-3％，增稠剂0-2％，上述组分质量百分含量之和为100％；B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯40-80％，水性溶剂B 10-40％，分散剂B 0-1％，流平剂B 0-1％，润湿剂B 0-1％，消泡剂B 0-1％，上述组分质量百分含量之和为100％。

作为进一步地实施方式，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液40-55％，水性溶剂A 3-8％，去离子水3-12％，阻燃剂10-25％，填料2-8％，纳米石墨烯0.5-1.6％，颜料2-7％，防腐剂1-2％，流平剂A 2-4％，润湿剂A 1-2.5％，消泡剂A 1-2％，分散剂A 1-2.2％，增稠剂1-1.6％，上述组分质量百分含量之和为100％。

作为进一步地实施方式，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液46％，水性溶剂A 5％，去离子水7％，阻燃剂20％，填料5％，纳米石墨烯1％，颜料5％，防腐剂1.6％，流平剂A 3.4％，润湿剂A 1.8％，消泡剂A 1.2％，分散剂A 1.7％，增稠剂1.3％。

作为进一步地实施方式，B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯50-70％，水性溶剂B 20-30％，分散剂B 0.2-0.8％，流平剂B 0.1-0.7％，润湿剂B 0.3-0.8％，消泡剂B 0.2-0.8％；上述组分质量百分含量之和为100％。

作为进一步地实施方式，B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯63％，水性溶剂B 35％，分散剂B 0.5％，流平剂B 0.4％，润湿剂B 0.6％，消泡剂B 0.5％。

作为进一步地实施方式，A组分中的成膜树脂乳液为德国拜耳公司生产的型号为2601的水性聚氨酯树脂乳液、香港宁柏迪有限公司生产的型号为PU40的水性聚氨酯树脂乳液、山东嘉颖化工科技有限公司生产的型号为536#的三聚氰氨水性树脂和济宁华凯树脂有限公司生产的型号为2515的三聚氰氨水性树脂中的一种或任意组合。

作为进一步地实施方式，水性溶剂A和水性溶剂B均为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和乙醇中的一种或任意组合。

作为进一步地实施方式，阻燃剂为江苏利思徳新材料有限公司生产的型号是LFR-8002、LFR-2002、LFR-8020的阻燃剂，镇江星星阻燃剂有限公司生产的型号是APP-1的阻燃剂，东莞市腾美纳米新材料有限公司生产的型号是TM-960的磷酸酯无卥阻燃剂，聚磷酸铵和无卤环保磷氮系复合阻燃剂中的一种或任意组合。

作为进一步地实施方式，A组分中的填料为纳米硫酸钙、纳米硫酸钡、透明滑石粉和透明玻璃粉中的一种或任意组合。

作为进一步地实施方式，A组分中的颜料为红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、黑色颜料或白色颜料。

作为进一步地实施方式，流平剂A和流平剂B均为徳国迪高公司生产的型号为410的流平剂；润湿剂A和润湿剂B均为徳国迪高公司生产的型号为500的润湿剂；消泡剂A和消泡剂B均为徳国迪高公司生产的型号为825N的消泡剂；分散剂A和分散剂B均为广州慧宇化工有限公司生产的型号为FLUIJET1720、FLUIJET1725或FLUIJET1730的分散剂；增稠剂为广州慧宇化工有限公司生产的型号为PS166、PS167、VISCOLAM600的增稠剂中的一种或任意组合。

作为进一步地实施方式，黑色颜料为炭黑，白色颜料为钛白粉。

上述防火阻燃水性生态涂料的制备方法，包括，

一次混合步骤：按配比将A组分和B组分加入分散机中，启动分散机混合搅拌均匀，得到混合物料；

一次研磨步骤：将混合物料放入微米级研磨机中分散研磨，分散研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到一级涂料，一级涂料的粒径为18-23μm；

二次研磨步骤：将一级涂料放入纳米级研磨机中精细研磨，精细研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到二级涂料，二级涂料的粒径为180-220nm；然后用纱网过滤，纱网的孔径为150-250目，然后包装，得到防火阻燃水性生态涂料。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。

实施例1-5：

实施例1-5的组分和配比如表1所示，单位为％，以质量百分比计。

表1实施例1-5组分和配比

其中，实施例1-5的防火阻燃水性生态涂料均按下列制备方法制备而成，方法包括，

一次混合步骤：按配比将A组分和B组分加入分散机中，启动分散机混合搅拌均匀，得到混合物料；

一次研磨步骤：将混合物料放入微米级研磨机中分散研磨，分散研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到一级涂料，一级涂料的粒径为18-23μm；

二次研磨步骤：将一级涂料放入纳米级研磨机中精细研磨，精细研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到二级涂料，二级涂料的粒径为180-220nm；然后用纱网过滤，纱网的孔径为150-250目，然后包装，得到防火阻燃水性生态涂料。

效果评价及性能检测

一、阻燃性能

在22℃、湿度为54％RH条件下，将实施例1-5的防火阻燃水性生态涂料涂覆于样品PA120525009(356mm*102mm*13mm)上，在火焰高度38mm，点火时间15s，最大燃烧速度小于等于102mm/min，测试防火阻燃水性生态涂料的阻燃性能，结果如表2所示。

表2实施例1-5性能检测1结果

二、释放实验

表3实施例1-5性能检测2结果

备注：1)mg/kg＝ppm＝0.0001％

2)N.D.＝未检出(<MDL)

3)“——”＝不适用

4)检测镉(Cd)、铅(Pb)和汞(hg)时，样品完全溶解

三、燃烧实验

根据GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》的要求，将实施例1-5的水性生态涂料每份均涂覆在1500×1000×15(mm)×3块、1500×500×15(mm)×3块、500×500×15(mm)×3块的实木板上，在24℃、相对湿度为54％条件下检测，检测结果如表4所示。

表4实施例1-5性能检测3结果

四、其他检测

对实施例1-5的水性涂料进行下列检测，结果如下：

1.依据美国FMVSS302机动车内饰材料防火阻燃标准，结果：符合；

2.依据国家标准GB8410-2006机动车内饰材料防火阻燃标准，结果：符合；

3.符合依据欧盟2011/65/EU(RoHS)指令2011/65/EU及其修订指令2015/863/EU对样品中的重金属等有害物质含量进行检测，结果：ND(通过)；

4.依据国家标准GB 18583-2008室内装饰装修材料中有害物质限量，对样品中的游离甲醛含量进行检测，结果：ND(通过)；

5.依据美国食品与药品管理局食品接触测试标准，结果：21CFR175.300符合要求；

从表2-4以及其他检测结果可见，本发明的防火阻燃水性生态涂料，该水性生态涂料可以用于塑料制品和竹木制品，健康、安全，防火阻燃、装饰性能好，符合环境保护要求和人类健康要求，有效保障人身与财产安全。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，其是由A组分和B组分以质量比为1:1混合研磨后，将粒径为180-220nm的涂料经孔径为150-250目的纱网过滤后获得；其中，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液30-60％，水性溶剂A 1-10％，去离子水1-15％，阻燃剂5-30％，填料0-10％，纳米石墨烯0-2％，颜料0-10％，防腐剂0.5-3％，流平剂A0.1-5％，润湿剂A 0.1-3％，消泡剂A 0.1-3％，分散剂A 0.5-3％，增稠剂0-2％，上述组分质量百分含量之和为100％；B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯40-80％，水性溶剂B 10-40％，分散剂B 0-1％，流平剂B 0-1％，润湿剂B 0-1％，消泡剂B 0-1％，上述组分质量百分含量之和为100％；其中，所述成膜树脂乳液为水性聚氨酯树脂乳液和三聚氰胺 水性树脂中的一种或两者组合。

2.如权利要求1所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液40-55％，水性溶剂A 3-8％，去离子水3-12％，阻燃剂10-25％，填料2-8％，纳米石墨烯0.5-1.6％，颜料2-7％，防腐剂1-2％，流平剂A 2-4％，润湿剂A 1-2.5％，消泡剂A 1-2％，分散剂A 1-2.2％，增稠剂1-1.6％，上述组分质量百分含量之和为100％。

3.如权利要求1所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，A组分包括以质量百分含量计的如下组分：成膜树脂乳液46％，水性溶剂A 5％，去离子水7％，阻燃剂20％，填料5％，纳米石墨烯1％，颜料5％，防腐剂1.6％，流平剂A 3.4％，润湿剂A 1.8％，消泡剂A 1.2％，分散剂A 1.7％，增稠剂1.3％。

4.如权利要求1所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯50-70％，水性溶剂B 20-30％，分散剂B 0.2-0.8％，流平剂B0.1-0.7％，润湿剂B 0.3-0.8％，消泡剂B 0.2-0.8％；上述组分质量百分含量之和为100％。

5.如权利要求1所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，B组分包括以质量百分含量计的如下组分：聚异氰酸酯63％，水性溶剂B 35％，分散剂B 0.5％，流平剂B 0.4％，润湿剂B 0.6％，消泡剂B 0.5％。

6.如权利要求1所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，所述水性溶剂A和水性溶剂B均为乙二醇单丁醚、二乙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯和乙醇中的一种或任意组合。

7.如权利要求1所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，所述A组分中的填料为纳米硫酸钙、纳米硫酸钡、透明滑石粉和透明玻璃粉中的一种或任意组合。

8.如权利要求1所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，所述A组分中的颜料为红色颜料、黄色颜料、蓝色颜料、黑色颜料或白色颜料。

9.如权利要求8所述的防火阻燃水性生态涂料，其特征在于，所述黑色颜料为炭黑，所述白色颜料为钛白粉。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的防火阻燃水性生态涂料的制备方法，其特征在于包括，

一次混合步骤：按配比将A组分和B组分加入分散机中，启动分散机混合搅拌均匀，得到混合物料；

一次研磨步骤：将混合物料放入微米级研磨机中分散研磨，分散研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到一级涂料，一级涂料的粒径为18-23μm；

二次研磨步骤：将一级涂料放入纳米级研磨机中精细研磨，精细研磨的温度为25-35℃，研磨1-3次，得到二级涂料，二级涂料的粒径为180-220nm；然后用纱网过滤，纱网的孔径为150-250目，然后包装，得到防火阻燃水性生态涂料。