CN108485351A - 一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料及其制备方法。采用磷酰氯化合物和氢氧化钠为原料制备磷酰钠溶液；以磷酰根离子为插层阴离子，通过水热法一步合成改性水滑石；然后以改性水滑石、成膜物、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、羟乙基纤维素、消泡剂、分散剂和水为原料制备一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料。本发明所述防火涂料形成的膨胀炭层致密牢固，具有高效耐火阻燃和抑烟性能，且制备方法简单，成膜性能优异，强度高，装饰性好，水性环保，适宜推广和使用。

Description

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料及其制备方法。

背景技术

水性膨胀型防火涂料由于涂层厚度薄、施工方便、装饰性好、水性环保等优点，被广泛应用于防火保护中。但由于膨胀型防火涂料在受热膨胀发泡过程中，会产生大量的烟气，危害人们生命健康安全，破坏生态环境，一直被人们所诟病。如专利CN201410341750.5中提供了一种用于钢结构的水性超薄膨胀型防火涂料，虽有效提升了防火涂料的防火、防腐、附着力、耐候等基本性能，但涂料膨胀发泡时产生的烟气量很大，危害较大。水滑石作为一种层状阴离子黏土，具有阻燃、消烟、抗滴三种功能，兼具了氢氧化铝和氢氧化镁无机阻燃剂的优点，其在涂料中少量的添加量，就具有高效的消烟作用，提升涂料的耐火阻燃性能。

但水滑石存在阻燃性能、稳定性不足，并与高分子材料相容性差等问题，通常需要进一步对水滑石进行插层改性。如专利CN201510788604.1提供了一种阻燃抑烟用有机改性水滑石及其制备方法，通过发生层间阴离子交换，进行有机插层改性，需要提前制备镁铝基硝酸根水滑石，其优选的双螺环磷系化合物，存在溶解性不好，层间阴离子交换不够充分，产率低，实用性不强等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，该防火涂料形成的膨胀炭层致密牢固，具有高效耐火阻燃和抑烟性能，所述改性水滑石通过水热法一步制成，阻燃抑烟效率高，层间距大，与涂料中的高分子材料相容性好；且涉及的制备方法简单、反应条件温和，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石1～5％，成膜物20～25％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水。

优选的，所述改性水滑石所占质量百分比为3～5％。

上述方案中，所述改性水滑石为磷酰根插层的水滑石。

上述方案中，所述磷酰根插层的水滑石采用磷酰钠溶液和水滑石前驱体溶液，进行一步水热反应制备而成。

上述方案中，所述改性水滑石利用磷酰钠溶液，进行一步水热反应制备而成，具体包括以下步骤：

1)将磷酰氯化合物和氢氧化钠溶液混合均匀，升温至80～90℃，再用碱液调解pH＝9～10，溶液变澄清后，冷却至室温，得磷酰钠溶液；

2)配制含铝离子和镁离子溶液，铝离子和镁离子的摩尔比为1:(1～3)，得水滑石前驱体溶液；

3)将1)中的磷酰钠溶液和2)中含有铝镁离子的溶液混合均匀，室温下搅拌1～2h；随后转移到反应釜中，80～100℃，反应12～24h，经冷却、过滤、洗涤、干燥，即得所述改性水滑石。

上述方案中，所述磷酰氯化合物和氢氧化钠的摩尔比为1:(1～3)，氢氧化钠溶液的质量浓度为10～20％。

上述方案中，所述磷酰氯化合物为螺环季戊四醇磷酰氯、新戊四醇磷酰氯、二苯氧基磷酰氯中的一种或多种。

上述方案中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，质量浓度为10～20％。

上述方案中，所述铝离子由硝酸铝提供。

上述方案中，所述镁离子由硝酸镁或六水合氯化镁提供。

上述方案中，所述磷酰根离子与镁铝离子总摩尔量的比值为1:(2～6)。

上述方案中，所述成膜物为水性丙烯酸乳液、水性苯丙乳液、水性环氧改性聚氨酯乳液中的一种或多种。

上述方案中，所述分散剂可选用润湿分散剂5040等。

上述方案中，所述消泡剂可选用有机硅消泡剂470等。

上述方案中，所述水为去离子水。

上述一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料的其制备方法，包括以下制备步骤：

1)原料称取，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石1～5％，成膜物20～25％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水；

2)将改性水滑石、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和水混合，并研磨混合均匀；然后加入羟乙基纤维素、消泡剂和分散剂，继续研磨；

3)最后加入成膜物和正辛醇进研磨混合均匀，即得所述水水性抑烟膨胀型防火涂料。

本发明的原理为：在火灾发生时，改性水滑石受热分解，失去层间的水分子，层间的磷酰根类离子也被释放出来，和季戊四醇一起在高温下与聚磷酸铵反应，脱水成炭，在此过程中吸收大量的热，降低涂料表面的温度，使得防火涂料的耐火阻燃性能更加优异；同时，分解后所产生的镁铝氧化物为碱性多孔的物质，具有很大的比表面积和表面吸附功能，一方面充当催化剂功能，催化促进脱水成炭反应，使得形成的膨胀炭层更加牢固、稳定，另一方面吸收涂料分解产生的有毒酸性气体和烟雾，达到抑烟、消烟的作用。上述组分协同作用，使所得防火涂料表现出高效的耐火阻燃性能和抑烟性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明采用磷酰氯化合物和氢氧化钠为原料制备磷酰钠溶液，然后以磷酰根离子为插层阴离子，通过水热法一步合成磷酰根离子插层的改性水滑石，所得改性水滑石的层间距变大且插层有机磷，与防火涂料其他组分相容性好，有利于进一步提升水滑石的阻燃性能。

2)本发明防火形成的膨胀炭层牢固、稳定，不易被火焰冲破，涂料发烟量少，阻燃隔热效果好，耐久和防污性能优异，无卤、水性环保，经济美观，适应性广。

3)本发明涉及的制备方法简单、原料来源广，适合推广应用。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

以下实例中，采用分散剂为润湿分散剂5040；消泡剂为有机硅消泡剂470。

以下实例中，所述螺环季戊四醇磷酰氯制备方法如下：将13.6g(0.1mol)季戊四醇和168.3g(1.1mol)三氯氧磷混合，加热至80℃反应3h，然后升温至130℃反应10h，过滤，洗涤，60℃下真空干燥12h，得所述螺环季戊四醇磷酰氯。

以下实例中，所述改性水滑石的制备方法包括如下步骤：

1)将5.94g螺环季戊四醇磷酰氯和1.2g氢氧化钠，加入到50ml去离子水中，混合均匀，升温至80℃，用10％氢氧化钠溶液调节pH＝9～10，溶液变澄清后，冷却至室温，得螺环季戊四醇磷酰钠溶液；

2)将7.5g九水硝酸铝和10.25g六水硝酸镁，加入到50ml去离子水中，搅拌溶解；

3)将1)中的磷酰钠溶液和2)中含有铝镁离子的溶液混合均匀，室温下搅拌1h；随后转移到反应釜中，在80℃下反应16h，经冷却、过滤、洗涤、干燥，即得所述改性水滑石。

实施例1

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石1％，聚磷酸铵36％，季戊四醇12％，三聚氰胺12％，水性丙烯酸乳液22％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂0.5％，消泡剂0.5％，正辛醇0.5％，水15％，其制备方法为：

按上述各组分所占质量百分比称取原料，将改性水滑石、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺研磨成粉状，然后加水充分研磨混合均匀；再加入羟乙基纤维素、消泡剂和分散剂，继续充分研磨；最后加入水性丙烯酸乳液和正辛醇充分研磨混合均匀，即制得所述基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料。

实施例2

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石3％，聚磷酸铵36％，季戊四醇12％，三聚氰胺12％，水性丙烯酸乳液22％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂0.5％，消泡剂0.5％，正辛醇0.5％，水13％，其制备方法同实施例1。

实施例3

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石5％，聚磷酸铵36％，季戊四醇12％，三聚氰胺12％，水性丙烯酸乳液22％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂0.5％，消泡剂0.5％，正辛醇0.5％，水11％，其制备方法同实施例1。

对比例1

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：水滑石5％，聚磷酸铵36％，季戊四醇12％，三聚氰胺12％，水性丙烯酸乳液22％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂0.5％，消泡剂0.5％，正辛醇0.5％，水11％，其制备方法同实施例1。

对比例2

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为聚磷酸铵36％，季戊四醇12％，三聚氰胺12％，水性丙烯酸乳液22％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂0.5％，消泡剂0.5％，正辛醇0.5％，水16％，其制备方法同实施例1。

对比例3

一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石7％，聚磷酸铵36％，季戊四醇12％，三聚氰胺12％，水性丙烯酸乳液22％，羟乙基纤维素0.5％，分散剂0.5％，消泡剂0.5％，正辛醇0.5％，水9％，其制备方法同实施例1。将实施例1～3制备的基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料和对比例1、3所得水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料和比例2所得水性膨胀型防火涂料进行性能测试，测试结果如表1所示。

表1实施例1～3和对比例1～3所得基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料的性能测试结果

测试结果表明：本发明制得的基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料耐火时间长，最大烟密度小，附着力优异，干燥时间短，抗裂性好。

本发明涉及的各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如温度、时间等)的下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石1～5％，成膜物20～25％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水。

2.根据权利要求1所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述改性水滑石为磷酰根插层的水滑石。

3.根据权利要求2所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述磷酰根插层的水滑石采用磷酰钠溶液和水滑石前驱体溶液，进行一步水热反应制备而成。

4.根据权利要求2所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述磷酰根插层的水滑石的制备方法具体包括以下步骤：

1)将磷酰氯化合物和氢氧化钠溶液混合均匀，升温至80～90℃，再用碱液调解pH＝9～10，溶液变澄清后，冷却至室温，得磷酰钠溶液；

2)配制含铝离子和镁离子溶液，铝离子和镁离子的摩尔比为1:(1～3)，得水滑石前驱体溶液；

3)将1)中的磷酰钠溶液和2)中含有铝镁离子的溶液混合均匀，室温下搅拌1～2h，；随后转移到反应釜中，80～100℃，反应12～24h，经冷却、过滤、洗涤、干燥，即得所述改性水滑石。

5.根据权利要求4所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述磷酰氯化合物和氢氧化钠的摩尔比为1:(1～3)。

6.根据权利要求4所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述磷酰氯化合物为螺环季戊四醇磷酰氯、新戊四醇磷酰氯、二苯氧基磷酰氯中的一种或多种。

7.根据权利要求4所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液，其摩尔浓度为1～2％。

8.根据权利要求4所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述磷酰根离子与镁铝离子总摩尔量的比值为1:(2～6)。

9.根据权利要求1所述的水性抑烟膨胀型防火涂料，其特征在于，所述成膜物为水性丙烯酸乳液、水性苯丙乳液、水性环氧改性聚氨酯乳液中的一种或多种。

10.权利要求1～9任一项所述基于改性水滑石的水性抑烟膨胀型防火涂料的其制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

1)原料称取，各组分及其所占质量百分比为：改性水滑石1～5％，成膜物20～25％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水；

2)将改性水滑石、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺和水混合，并研磨混合均匀；然后加入羟乙基纤维素、消泡剂和分散剂，继续研磨；

3)最后加入成膜物和正辛醇进研磨混合均匀，即得所述水性抑烟膨胀型防火涂料。