CN108373757A - 一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，涉及一种建筑涂料的制备方法，本发明将三聚磷酸根柱撑水滑石（SLDHs）填充水性环氧树脂后，与水性含氟丙烯酸树脂物理共混，制得水性防腐防火一体化涂料。采用自分层技术，利用含氟丙烯酸树脂的低表面能,使含氟丙烯酸树脂分布在上层提供防腐性能，利用水性环氧树脂较好的润性，使其分布在涂料的下层，并且三聚磷酸根柱撑水滑石填充环氧树脂后可同时提供阻燃性能和防腐性能。环氧树脂可固化丙烯酸树脂并提供了层间结合力。该涂层体系避免了多次涂刷来实现防腐防火共同的性能，同时避免了大量添加阻燃剂对涂层防腐性能的破坏，实现涂料的防腐防火一体化。

Description

一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种建筑涂料的制备方法，特别是涉及一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法。

背景技术

在建筑金属结构应用中，金属的防腐和防火两个方面的问题同等重要。所以，在一些大型钢结构建筑上，通常采用防火涂料和防腐涂料配套使用的施工技术，通过涂刷多层涂料来保护金属结构，使其达到防火和防腐蚀的效果。

当然，目前所采用的往往都是“多层涂层配套”的技术方法，即在金属结构表面先涂刷一层防腐底漆，再涂刷一层防火涂料对金属结构进行保护，这样的技术方案有很多优点，但也存在一些弊端。首先就是材料问题。如果防火涂料和防腐涂料两层间结合不好，将直接导致防火涂料的失效；其次就是施工问题，涂刷两层对于大规模施工极其不方便，会造成很多不必要的浪费和环境污染。当然，单一功能的涂料研制比较容易，而相比之下，研制一种同时兼具防火和防腐性能的双功能涂料就比较困难。目前，国内外对这方面的研究还比较少。因此，亟需开发一种防腐防火一体化涂料。

自1976年Funke等首先研制出粉末自分层涂料以来，自分层理论得到广泛关注。1987年苏联把自分层涂料应用于溶剂型涂料，开始生产溶剂型自分层涂料，用作具有底面两层的磁漆； 1989-1993年，欧洲委员会和欧洲涂料聚合物公司共同对自分层涂料的理论和应用进行了大规模的研究，涉及领域主要为溶剂型自分层涂料，研制出溶剂型环氧 -丙烯酸、环氧-氯化橡胶、环氧-氟-氯共聚物等自分层涂料。而后张人韬等研制自分层水性涂料。自分层涂料由2种（或多种）不相容的高聚物组成，涂料一次施工在底材上之后，能自发地直接产生相分离，在成膜过程中分成2个（或多个）连续的不同功能的涂层，形成不同组成的复合涂层系统，每层显示出不同的特性。这种一次施工的多层涂膜，涂装时间和费用大大降低，且涂料的损失减少；其性能明显优于用传统方式施工的涂料。

水滑石是一类特殊的阴离子层状化合物,具有可调变的化学组成和独特的结构与特性。镁铝水滑石分子层间吸附相当量的水分子,表面带有大量的轻基。在高温条件下,填充于聚合物中的水滑石可失去层间水及层板上羟基脱水并以水蒸气形式散发掉,分解释放出的水和CO₂气体,吸收大量的热并且稀释氧气的浓度从而降低聚合物燃烧表面的温度,阻止聚合物的进一步降解,可以起阻燃的作用。此外,由于其特殊的层状结构赋予其较大的表面积和较多的表面吸附活性中心,能吸附有害气体特别是酸性气体,因而具有阻燃抑烟双重功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，本发明利用了自分层技术，将SLDHs填充的水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂共混后，涂层体系自动分层，在一次涂刷的基础上即可实现防腐防火两重效果，避免了多次涂刷，为施工带来了极大地便利。热传导速率大大降低。进一步保护金属基体避免腐蚀达到防腐效果。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，该涂层由水性含氟丙烯酸树脂和改性水性环氧树脂复合而成，其包括以下制备步骤：

a.称取去离子水放入加热壶中加热，将盛有煮沸后的去离子水烧杯放入水浴锅中备用，称取硝酸镁、硝酸铝放入烧杯，倒入煮沸过后的去离子水，采用机械搅拌，将混合后的溶液加入到恒压漏斗A当中；称取氢氧化钠、三聚磷酸钠倒入烧杯中，称取煮沸过后的去离子水；采用分散机将溶液搅拌均匀，将所得溶液加入到恒压漏斗B当中；将漏斗A、B分别插入到烧瓶上；向烧瓶中加入煮沸的去离子水中，将烧瓶放入水浴锅当中，在氮气气氛保护下，开始采用机械搅拌，并开始滴定漏斗A、B中的溶液；滴定后，保持pH在8.5-12，之后搅拌速度不变，继续搅拌后，将所得溶液用无水乙醇离心洗涤，将离心所得的产物放入干燥箱干燥，既得三聚磷酸钠柱撑水滑石。

b.称取水性含氟丙烯酸树脂加入烧杯中，再称取去离子水加入烧杯中，超声震荡，制得母液A；并称取母液A备用；

c.称取水性环氧树脂和三聚磷酸钠柱撑水滑石加入到烧杯中，再称取去离子水加入烧杯中，超声震动，制得母液B；

d.称取母液B加入烧杯中，再称取水性固化剂，加入烧杯中机械搅拌，静置后，将称取好的母液A加入烧杯中，采用磁力搅拌，既得。

所述的一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，所述的水性环氧树脂为E20环氧乳、E44环氧乳液、Ar555环氧树脂、E51环氧乳液、H228A环氧树脂。

所述的一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，所述的水性固化剂为Aq419、W651、W650、H228B。

本发明的优点与效果是：

1.本发明制备的水性防腐防火一体化涂料，成功的利用了自分层技术，将SLDHs填充的水性环氧树脂和水性丙烯酸树脂共混后，涂层体系自动分层，在一次涂刷的基础上即可实现防腐防火两重效果，避免了多次涂刷，为施工带来了极大地便利。

2.本发明合成的三聚磷酸柱撑水滑石，在受热时可可失去层间水及层板上羟基脱水并以水蒸气形式散发掉,分解释放出的水和CO₂气体,吸收大量的热并且稀释氧气的浓度从而降低聚合物燃烧表面的温度,阻止聚合物的进一步降解,可以起阻燃的作用。此外,由于其特殊的层状结构赋予其较大的表面积和较多的表面吸附活性中心,能吸附有害气体特别是酸性气体,因而具有阻燃抑烟双重功能。而且层间的三聚磷酸根离子，可以起到磷系阻燃剂的作用，受热分解形成磷酸配合物，配合物具有超强的的脱水性能，能够促进聚合物成炭，形成的炭膜包覆阻隔火焰和凝聚相，使它们之间的热传导速率大大降低。

3.本发明合成的三聚磷酸柱撑水滑石具有层状结构，层状的结构可以提供涂层阻隔性能达到防腐效果，且层状结构还可延缓腐蚀粒子达到金属基体表面的速度，起到缓蚀作用，而层间的三聚磷酸根离子可与金属离子螯合形成保护膜，从而进一步保护金属基体避免腐蚀达到防腐效果。

4.本发明利用水性含氟丙烯酸树脂的低表面能，使其在涂层共混中会自动分布在涂层表面的上方，利用氟原子耐化学性，耐腐蚀性，给涂层体系提供了良好的防腐性能。

5. 本发明利用了水性环氧树脂的较好润侵性，可牢固的粘接在金属基体表面，为涂层体系提供较好的附着力,而且水性环氧树脂采用的胺类固化剂，胺类固化剂上的氨基与SLDHs上的羟基可形成氢键，从而提升填料在环氧树脂中分散性。

6.本发明采用自分层技术，相比于传统的单层涂层，本发明的双涂层体系具备更好的阻隔性能，因此，具有更好的防腐性能。

7.本发明采用的两种树脂均为水性树脂，相比于传统的溶剂型自分层涂层，水性自分层涂层固化是挥发出去的是水而不再是有机溶剂，而且水的挥发速度快于有机溶剂，因此更加环保、高效。

8.本发明采用的两种树脂为环氧树脂和丙烯酸树脂，环氧树脂上的环氧基团可与丙烯酸树脂上的羧基反应，因此，环氧树脂可以固化丙烯酸树脂，为两种涂层间带来一定的相互作用，提高了两种树脂间的结合力，从而提高了涂料体系整体的附着力。

附图说明

图1水性防腐防火一体化涂料的分层示意；

图2a水性防腐防火一体化涂料的作用机理；

图2b水性防腐防火一体化涂料的作用机理；

图2c水性防腐防火一体化涂料的作用机理；

图3多种涂料经盐雾试验500h后的照片；

图4两种树脂的相互作用式。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，该涂层由水性含氟丙烯酸树脂和改性水性环氧树脂复合而成，其包括以下制备步骤：

a.称取500ml去离子水放入加热壶中加热到100℃煮沸3-5次，将盛有煮沸后的去离子水烧杯放入50-70℃的水浴锅中备用，称取3-5g硝酸镁、3-5g硝酸铝放入烧杯，倒入30-60ml煮沸过后的去离子水，采用机械搅拌，搅拌速度为100-200r/min，搅拌时间为5-10min。将混合后的溶液加入到恒压漏斗A当中。称取2-5氢氧化钠、5-10g三聚磷酸钠倒入烧杯中，称取30-60ml煮沸过后的去离子水。采用分散机将溶液搅拌均匀，分散速度为20000-30000/min，分散时间为5-10min。将所得溶液加入到恒压漏斗B当中。将漏斗A、B分别插入到烧瓶上。向烧瓶中加入80ml煮沸的去离子水中，将烧瓶放入50-70℃的水浴锅当中，在氮气气氛保护下，开始采用机械搅拌，搅拌速度为500r/min,并开始滴定漏斗A、B中的溶液。滴定速度为0.2-0.5滴/秒，滴定1-2h后，保持pH在8.5-12，之后搅拌速度不变，继续搅拌12-24h后，将所得溶液用无水乙醇离心洗涤3-5次，离心速度为2000-3000r/min，离心时间5-10min。将离心所得的产物放入60-95℃干燥箱干燥5-10h，既得三聚磷酸钠柱撑水滑石。

b.称取50-100g水性含氟丙烯酸树脂加入烧杯中，再称取100-200ml去离子水加入烧杯中，超声震荡10-20min,震荡功率为500-700W，制得母液A。并称取50-100g母液A备用。

c.称取50-100g水性环氧树脂和5-10g三聚磷酸钠柱撑水滑石加入到烧杯中，再称取100-200ml去离子水加入烧杯中，超声震动10-20min，震荡功率500-700W，制得母液B。

d.称取50-100g母液B加入烧杯中，再称取10-25g水性固化剂，加入烧杯中机械搅拌10-15min，搅拌速度为200-300r/min,静置三分钟后，将称取好的50-100g母液A加入烧杯中，采用磁力搅拌，搅拌速度为300-500r/min，既得。

水性环氧树脂为E20环氧乳、E44环氧乳液、Ar555环氧树脂、E51环氧乳液、H228A环氧树脂。

水性固化剂为Aq419、W651、W650、H228B。

图a、b、c分别对应实施例中的1、2、3，图中可明显的看出自分层防腐防火一体化涂料防腐性能明显优于单层防腐防火一体化涂料。而单层防腐防火一体化涂料的防腐性能好于普通的防腐涂料。这是因为自分层涂料的双层阻隔性要优越于单层的阻隔性，因此防腐能力最佳，三聚磷酸柱撑水滑石的防腐性能也远大于纳米二氧化钛的防腐能力，因此，虽然较自分层防腐防火一体化涂料的防腐性能差一些，但防腐性能仍优异，且好过与普通防腐涂料。

表1多种涂料的氧指数测试

表1中 a、b、c分别对应实施例中的1、2、3，由于涂料中含有了阻燃剂DOPO，因此实施例1、2的阻燃性相对于实施例3有明显的差距，而实施例1的阻燃性略微高于实施例2，正是由于实施例1中的两种树脂形成的碳层结构不同，彼此覆盖增加隔热性能，因此水性防腐防火一体化涂料相比于单层涂料的阻燃性能更加优越。

表2多种涂料的附着力测试

表2中a、b、c分别对应实施例中的1、2、3，单层水性防腐防火一体化涂料（实施例2）的附着力要好于实施3，是因为实施例2中的SLDHs含有层状金属双氢氧化物，可使涂层力学性性能有一定的提升，而实施例1的附着力性能最好不但是因为含有SLDHs填料，而且是因为两层涂层间的层间作用力，即环氧树脂上的环氧基团与丙烯酸树脂上的羧基反应（图4），因此水性防腐防火一体化涂料的附着力性能最好。表1多种涂料的氧指数测试；

表2多种涂料的附着力测试。

本发明提出使用水性防腐防火一体化涂料的制备方法，所用的方法是利用自分层技术（图1）将防腐和防火性能集于在一个涂料系统当中（图2），避免了多次涂刷带来的不变，并且解决多层涂刷带来的力学性能变差的问题（表2）。而且在具备阻燃性能的基础上（表1），防腐性能要优越于单层涂层（图3）。

实施例1

（1）三聚磷酸柱撑水滑石的制备：

称取500ml去离子水放入加热壶中加热到100℃煮沸3次，将盛有煮沸后的去离子水烧杯放入60℃的水浴锅中备用，称取3g硝酸镁、3g硝酸铝放入烧杯，倒入50ml煮沸过后的去离子水，采用机械搅拌，搅拌速度为100r/min，搅拌时间为5min。将混合后的溶液加入到恒压漏斗A当中。称取3氢氧化钠、8g三聚磷酸钠倒入烧杯中，称取50ml煮沸过后的去离子水。采用分散机将溶液搅拌均匀，分散速度30000/min，分散时间为10min。将所得溶液加入到恒压漏斗B当中。将漏斗A、B分别插入到烧瓶上。向烧瓶中加入80ml煮沸的去离子水中，将烧瓶放入60℃的水浴锅当中，在氮气气氛保护下，开始采用机械搅拌，搅拌速度为500r/min,并开始滴定漏斗A、B中的溶液。滴定速度为0.2滴/秒，滴定1.5h后，保持pH在9，之后搅拌速度不变，继续搅拌24h后，将所得溶液用无水乙醇离心洗涤3次，离心速度为3000r/min，离心时间5min。将离心所得的产物放入60℃干燥箱干燥10h，既得三聚磷酸钠柱撑水滑石。

（2）水性防腐防火一体化涂料的制备：

1）称取60g水性含氟丙烯酸树脂加入烧杯中，再称取100ml去离子水加入烧杯中，超声震荡10min,震荡功率为500W，制得母液A。并称取50g母液A备用。

2）称取100g水性环氧树脂和10gSLDHs加入到烧杯中，再称取100ml去离子水加入烧杯中，超声震动20min，震荡功率600W，制得母液B。

3) 称取100g母液B加入烧杯中，再称取20g水性固化剂，加入烧杯中机械搅拌15min，搅拌速度为300r/min,静置三分钟后，将称取好的50g母液A加入烧杯中，采用磁力搅拌，搅拌速度为500r/min，既得。

实施例2

（1）改性水性环氧树脂的制备：

称取500ml去离子水放入加热壶中加热到100℃煮沸3次，将盛有煮沸后的去离子水烧杯放入60℃的水浴锅中备用，称取3g硝酸镁、3g硝酸铝放入烧杯，倒入50ml煮沸过后的去离子水，采用机械搅拌，搅拌速度为100r/min，搅拌时间为5min。将混合后的溶液加入到恒压漏斗A当中。称取3氢氧化钠、8g三聚磷酸钠倒入烧杯中，称取50ml煮沸过后的去离子水。采用分散机将溶液搅拌均匀，分散速度30000/min，分散时间为10min。将所得溶液加入到恒压漏斗B当中。将漏斗A、B分别插入到烧瓶上。向烧瓶中加入80ml煮沸的去离子水中，将烧瓶放入60℃的水浴锅当中，在氮气气氛保护下，开始采用机械搅拌，搅拌速度为500r/min,并开始滴定漏斗A、B中的溶液。滴定速度为0.2滴/秒，滴定1.5h后，保持pH在9，之后搅拌速度不变，继续搅拌24h后，将所得溶液用无水乙醇离心洗涤3次，离心速度为3000r/min，离心时间5min。将离心所得的产物放入60℃干燥箱干燥10h，既得三聚磷酸钠柱撑水滑石。

（2）单层防腐防火水性涂料的制备：

称取100g水性环氧树脂和10gSLDHs加入烧杯中，加入100ml去离子水，机械搅拌10min，搅拌速度为200r/min,再加入20g固化剂，超声震荡20min，震荡功率为600W，既得。

实施例3

水性防腐涂料的制备：

称取100g水性环氧树脂加入烧杯中，加入去离子水100ml，机械搅拌5min，搅拌速度为300r/min，再加入20g固化剂，继续机械搅拌10min，搅拌速度为300r/min，再称取防腐填料纳米二氧化钛5g加入涂料中，并球磨1h,球磨功率为300W,既得。

Claims (3)

1.一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，其特征在于，该涂层由水性含氟丙烯酸树脂和改性水性环氧树脂复合而成，其包括以下制备步骤：

a.称取去离子水放入加热壶中加热，将盛有煮沸后的去离子水烧杯放入水浴锅中备用，称取硝酸镁、硝酸铝放入烧杯，倒入煮沸过后的去离子水，采用机械搅拌，将混合后的溶液加入到恒压漏斗A当中；称取氢氧化钠、三聚磷酸钠倒入烧杯中，称取煮沸过后的去离子水；采用分散机将溶液搅拌均匀，将所得溶液加入到恒压漏斗B当中；将漏斗A、B分别插入到烧瓶上；向烧瓶中加入煮沸的去离子水中，将烧瓶放入水浴锅当中，在氮气气氛保护下，开始采用机械搅拌，并开始滴定漏斗A、B中的溶液；滴定后，保持pH在8.5-12，之后搅拌速度不变，继续搅拌后，将所得溶液用无水乙醇离心洗涤，将离心所得的产物放入干燥箱干燥，既得三聚磷酸钠柱撑水滑石；

b.称取水性含氟丙烯酸树脂加入烧杯中，再称取去离子水加入烧杯中，超声震荡，制得母液A；并称取母液A备用；

c.称取水性环氧树脂和三聚磷酸钠柱撑水滑石加入到烧杯中，再称取去离子水加入烧杯中，超声震动，制得母液B；

d.称取母液B加入烧杯中，再称取水性固化剂，加入烧杯中机械搅拌，静置后，将称取好的母液A加入烧杯中，采用磁力搅拌，既得。

2.按权利要求1所述的一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，其特征在于，所述的水性环氧树脂为E20环氧乳、E44环氧乳液、Ar555环氧树脂、E51环氧乳液、H228A环氧树脂。

3.按权利要求1所述的一种水性防腐防火一体化涂料的制备方法，其特征在于，所述的水性固化剂为Aq419、W651、W650、H228B。