CN108997923B - 一种防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防火涂料及其制备方法，所述涂料按重量百分比计，包括以下原料：聚氨酯丙烯酸酯预聚物25‑45，阻燃剂Ⅰ 10‑30，阻燃剂Ⅱ 6‑11，引发剂0.5‑1.5，颜填料6‑14，分散剂2‑4，消泡剂1.5‑3.5，溶剂5‑35。本发明通过向基体树脂内添加反应型阻燃剂Ⅰ和添加型阻燃剂Ⅱ，阻燃剂Ⅰ与聚氨酯丙烯酸酯预聚物形成完全相容的整体，搭配添加型阻燃剂Ⅱ，使制备得到的防火涂料的防火效果得到进一步提高，同时所述防火涂料还具有优异的物理机械性能、对基材具有较强的附着力和具有很好的耐候性的优点。

Description

一种防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明属于涂料领域，具体涉及一种防火涂料及其制备方法。

背景技术

防火涂料就是通过将涂料刷在易燃材料的表面，平时可起到一定的装饰作用，一旦发生火灾，则能够减缓火焰蔓延传播速度，在一定时间内阻止燃烧，达到保护基材、使人们又足够的时间离开火场和组织抢救的目的。防火涂料的防火原理大致可归纳为以下五点：(1)防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度；(2)防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递；(3)防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢；(4)含氮的防火涂料受热分解出NO、NH₃等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度；(5)膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。

丙烯酸树脂是一类非常重要的基体树脂，具有优异的物理机械性能、耐水性、耐候性和耐疲劳性，且价格低廉，因而被广泛用于工程材料、电子、电器、光学仪器及涂料、粘合剂等领域。但因这类聚合物的LOI比较低，在空气中容易被气体物质引燃，并且在燃烧过程中释放出大量烟雾，不仅造成严重的财产损失，还危及到人民群众的生命安全，从而使其在一些特殊领域的应用受到一定的限制。因此，如何使由丙烯酸树脂制备得到的防火涂料具有良好的阻燃效果的同时具备较好的耐候性是众多科研工作者的研究方向。

发明内容

针对现有技术中所存在的技术问题，本发明提出一种防火涂料，可以克服现有技术的不足。本发明产品系列阻燃效果优异、持久，且对基材具有较强的附着力。

本发明提出一种防火涂料，按重量百分比计，所述涂料包括以下原料：

优选的，所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物的制备原料包括异氰酸酯、丙烯酸酯类单体、阻聚剂、催化剂；在通入氮气保护并搅拌的条件下，将所述异氰酸酯与所述催化剂混合均匀，升温至45-55℃，保温1.5-2h后再升温至65-75℃，达到相应温度后向混合物中加入阻聚剂，搅拌均匀后向混合物中滴加所述丙烯酸酯类单体，控制在1-1.5h内滴加完毕，搅拌均匀后保温2.5-3h，之后将反应体系温度降至室温即得到所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物。

优选的，所述阻燃剂Ⅰ的制备原料包括：丙炔酰氯、五溴苯酚和溴水；在搅拌的条件下，将所述丙炔酰氯溶于二氯甲烷当中，混合均匀后向其中滴加所述五溴苯酚，滴加完毕后再加入有缚酸剂，继续搅拌反应经过过滤、旋蒸和提纯后即得到丙炔酸五溴苯酚酯，将制备得到的所述丙炔酸五溴苯酚酯与溴水反应得到所述阻燃剂Ⅰ。

优选的，所述丙炔酰氯是由丙炔酸与二氯亚砜在吡啶的催化下加热回流反应制备得到的。

优选的，所述阻燃剂Ⅱ包括聚磷酸铵、红磷和氢氧化铝。

优选的，所述引发剂包括过氧化苯甲酸叔戊酯和/或过氧化苯甲酰和/或过氧化醋酸叔戊酯。

优选的，所述颜填料包括二氧化钛、超细二氧化硅、珍珠岩和云母中的多种；所述分散剂为三聚磷酸钠或焦磷酸钠或硅酸钠。

优选的，所述溶剂包括甲苯、石油醚和丙酮。

优选的，所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

另外，还提供一种防火涂料的制备方法，在搅拌的情况下按相应配比将所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物溶于所述溶剂中，搅拌均匀后按相应配比加入所述阻燃剂Ⅰ，滴加相应配比的所述引发剂，搅拌均匀后，依次加入相应配比的所述阻燃剂Ⅱ、无机颜填料、分散剂和消泡剂，搅拌混合均匀后磨砂至细度5-10μm即形成所述防火涂料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明通过将反应型阻燃剂Ⅰ与聚氨酯丙烯酸酯预聚物反应，将所述阻燃剂Ⅰ引入到所述聚氨酯丙烯酸酯的分子链中，同时，向体系中加入了添加型阻燃剂Ⅱ，反应型阻燃剂Ⅰ和添加型阻燃剂Ⅱ两者配合使用，能达到协同作用，共同促进并提高耐火隔热效果，具有优异的阻燃效果，由于以聚氨酯丙烯酸酯作为基料树脂，所述涂料同时具有优异的耐候性和机械强度高，耐磨性，以及热稳定性好，综合提高了所述防火涂料的性能。

2.所述防火涂料的是由聚氨酯丙烯酸酯预聚物与阻燃剂Ⅰ聚合反应后再加入添加型阻燃剂Ⅱ，在颜填料的作用下，既具有很好的阻燃效果，同时还具有良好的饰面型和优异的物理机械性能、耐水性及耐候性均得到较大提高，同时还对底材具有较强的附着力。

3.由于反应型阻燃剂Ⅰ与聚氨酯丙烯酸酯预聚物形成完全相容的整体，加入了添加型阻燃剂Ⅱ后，相互协同作用，弥补了各方的不足，增强了阻燃效果，因此本发明制备得到的所述防火涂料的阻燃性不会随时间延长而随之下降，具有持久的阻燃性。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案、及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供一种防火涂料，按重量百分比计，所述涂料包括以下原料：

所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物的制备原料包括异氰酸酯、丙烯酸酯类单体、阻聚剂、催化剂；在通入氮气保护并搅拌的条件下，将所述异氰酸酯与所述催化剂混合均匀，升温至45-55℃，保温1.5-2h后再升温至65-75℃，达到相应温度后向混合物中加入阻聚剂，搅拌均匀后向混合物中滴加所述丙烯酸酯类单体，控制在1-1.5h内滴加完毕，搅拌均匀后保温2.5-3h，之后将反应体系温度降至室温即得到所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物，其中，所述异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯和/或甲苯二异氰酸酯；所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸羟乙酯和/或丙烯酸羟丙酯和/或甲基丙烯酸羟乙酯和/或季戊四醇三丙烯酸酯和/或三羟基丙烷二丙烯酸酯；所述催化剂为钛酸四异辛酯和/或N,N-二甲基环己胺和/或N,N-二甲基苄胺和/或N,N'-二甲基吡啶和/或二月桂酸二丁基锡；所述阻聚剂为对苯二酚和/或对羟基苯甲醚和/或叔丁基对苯二酚；所述异氰酸酯与所述丙烯酸酯的重量百分比为1-3.5:2-5.5，所述阻聚剂和所述催化剂的用量为所述丙烯酸酯的用量的0.04-0.12％

所述阻燃剂Ⅰ的制备原料包括：丙炔酰氯、五溴苯酚和溴水；在搅拌的条件下，将所述丙炔酰氯溶于二氯甲烷当中，混合均匀后向其中滴加所述五溴苯酚，滴加完毕后再加入有缚酸剂，继续搅拌反应经过过滤、旋蒸和提纯后即得到丙炔酸五溴苯酚酯，将制备得到的所述丙炔酸五溴苯酚酯与溴水反应得到所述阻燃剂Ⅰ，其中，优选的，所述丙炔酰氯与所述五溴苯酚的摩尔比为2-7:1-5，所述丙烯酸无溴苯酚酯与所述溴水中溴单质的摩尔比为1-3:2-4，所述缚酸剂为有机碱或无机碱，所述有机碱优选三乙胺，所述无机碱优选碳酸钠。

所述丙炔酰氯是由丙炔酸与二氯亚砜在吡啶的催化下加热回流反应制备得到的。

所述阻燃剂Ⅱ包括聚磷酸铵、红磷和氢氧化铝，其中所述阻燃剂Ⅰ为反应型阻燃剂，所述阻燃剂Ⅱ为添加型阻燃剂，两者配合使用，能达到协同作用，共同促进和提高耐火隔热效果，具有良好的阻燃效果，由于以聚氨酯丙烯酸酯作为基料树脂，与所述阻燃剂Ⅰ反应后既具有耐火性，同时还具有对基材较高的附着力，机械强度高，耐磨性，以及热稳定性好，提高了所述防火涂料的综合性能，优选的，所述聚磷酸铵、红磷和氢氧化铝的重量百分比为1-3:2-4:2-5。

所述引发剂包括过氧化苯甲酸叔戊酯和/或过氧化苯甲酰和/或过氧化醋酸叔戊酯。

所述颜填料包括二氧化钛、超细二氧化硅、珍珠岩和云母中的多种；所述分散剂为三聚磷酸钠或焦磷酸钠或硅酸钠，所述分散剂的加入能有效的使所述颜填料均匀分散于树脂当中。

所述溶剂包括甲苯、石油醚和丙酮，所述溶剂为所述甲苯、所述石油醚与所述丙酮按照体积比1-2.5：3-4：5-7混合而成，按照该配比混合的溶剂，能够使基体树脂和所述阻燃剂Ⅰ和所述阻燃剂Ⅱ均匀分散于所述溶剂中。

所述消泡剂为有机硅类消泡剂，所述消泡剂包括聚二甲基硅氧烷或氟硅氧烷或乙二醇硅氧烷，提高了颜填料在树脂中的分散速度、改善贮存稳定性、施工工艺、涂层平整性。

此外，另一实施例还提供一种防火涂料的制备方法，在搅拌的情况下按相应配比将所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物溶于所述溶剂中，搅拌均匀后按相应配比加入所述阻燃剂Ⅰ，滴加相应配比的所述引发剂，搅拌均匀后，依次加入相应配比的所述阻燃剂Ⅱ、无机颜填料、分散剂和消泡剂，搅拌混合均匀后磨砂至细度5-10μm即形成所述防火涂料。

本实施例通过对聚氨酯丙烯酸酯预聚物分子链中引入反应型阻燃剂Ⅰ，使所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物得到相关的物理化学性能的改性，加入了添加型阻燃剂Ⅱ后加强了阻燃效果，利用颜料和无机填料在基体树脂中物理化学稳定的涂料生产技术，使制备得到的所述防火涂料本身具有优异并持久的阻燃效果得到加强，同时还具有优异的物理机械性能、耐水性、耐候性和对基材具有较强的附着力。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例2作为本发明的优选实施例，一种防火涂料，按重量百分比计，包括以下原料：

其中，所述所述丙炔酰氯与所述五溴苯酚的摩尔比为3:1，所述丙烯酸无溴苯酚酯与所述溴水中溴单质的摩尔比为2:3，所述聚磷酸铵、红磷和氢氧化铝的重量百分比为2:3:3.5，所述防火涂料的制备方法同实施例1。

实施例3

在实施例1的基础上，本实施例3作为本发明的优选实施例，一种防火涂料，按重量百分比计，包括以下原料：

其中，所述丙炔酰氯与所述五溴苯酚的摩尔比为3:2，所述丙烯酸无溴苯酚酯与所述溴水中溴单质的摩尔比为1:2，所述聚磷酸铵、红磷和氢氧化铝的重量百分比为1:2:2，所述防火涂料的制备方法同实施例1。

实施例4

在实施例1的基础上，本实施例4作为本发明的优选实施例，一种防火涂料，按重量百分比计，包括以下原料：

其中，所述丙炔酰氯与所述五溴苯酚的摩尔比为4:2.5，所述丙烯酸无溴苯酚酯与所述溴水中溴单质的摩尔比为1.5:4，所述聚磷酸铵、红磷和氢氧化铝的重量百分比为3:4:5，所述防火涂料的制备方法同实施例1。

表一为实施例2-4制备的防火涂料的性能测试结果表。

表一

耐爆热性：将所制备的式样垂直防止在(50±2℃)的恒温烘箱中，一定时间后取出，垂直放置在不受阳光直接照射的环境中，自然干燥，观察其表面是否均匀致密，有无龟裂纹和气泡现象。

所述木质基材碳化情况的的测试方法为，将上述实施例2-4中的防火涂料用于木质基材时，照GB12442.1-95进行防火性能测试，以上实施例制备的涂料当干膜厚度为1mm时，用酒精灯烘烤30min后，考察涂层膨胀高度以及木质基材的碳化情况。

由表一可知，实施例2-4制备得到的所述防火涂料的可以耐高温，导热系数低，保温隔热性好，氧指数高、耐爆热性和耐湿热性好，同时具有很好的耐盐雾腐蚀性，具有优异的抗拉强度、对基体具有优异的粘接强度和附着力等级。

综上所述，本发明制备得到的防火涂料不仅具有优异的防火效果，还提高了涂膜物理机械性能例如提高了涂膜粘接能力和对基材的附着力，增强了涂膜的耐溶剂性能，即所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物与反应型阻燃剂Ⅰ反应后再与添加型阻燃剂Ⅱ混合后，阻燃效果得到进一步提高，使得制备得到的所述防火涂料的综合性能得到提高。

本领域技术人员将清楚本发明的范围不限制于以上讨论的示例，有可能对其进行若干改变和修改，而不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围。尽管己经在说明书中详细描述了本发明，但这样的说明和描述仅是说明或示意性的，而非限制性的。本发明并不限于所公开的实施例。

Claims (3)

1.一种防火涂料，其特征在于，按重量百分比计，所述涂料包括以下原料：

其中，所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物的制备原料包括异氰酸酯、丙烯酸酯类单体、阻聚剂、催化剂；在通入氮气保护并搅拌的条件下，将所述异氰酸酯与所述催化剂混合均匀，升温至45-55℃，保温1.5-2h后再升温至65-75℃，达到相应温度后向混合物中加入阻聚剂，搅拌均匀后向混合物中滴加所述丙烯酸酯类单体，控制在1-1.5h内滴加完毕，搅拌均匀后保温2.5-3h，之后将反应体系温度降至室温即得到所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物；

所述阻燃剂Ⅰ的制备原料包括：丙炔酰氯、五溴苯酚和溴水；在搅拌的条件下，将所述丙炔酰氯溶于二氯甲烷当中，混合均匀后向其中滴加所述五溴苯酚，滴加完毕后再加入有缚酸剂，继续搅拌反应经过过滤、旋蒸和提纯后即得到丙炔酸五溴苯酚酯，将制备得到的所述丙炔酸五溴苯酚酯与溴水反应得到所述阻燃剂Ⅰ；

且所述防火涂料的制备方法为：在搅拌的情况下按相应配比将所述聚氨酯丙烯酸酯预聚物溶于所述溶剂中，搅拌均匀后按相应配比加入所述阻燃剂Ⅰ，滴加相应配比的所述引发剂，搅拌均匀后，依次加入相应配比的所述阻燃剂Ⅱ、无机颜填料、分散剂和消泡剂，搅拌混合均匀后磨砂至细度5-10μm即形成所述防火涂料；所述丙炔酰氯是由丙炔酸与二氯亚砜在吡啶的催化下加热回流反应制备得到的；所述阻燃剂Ⅱ包括聚磷酸铵、红磷和氢氧化铝；所述引发剂包括过氧化苯甲酸叔戊酯和/或过氧化苯甲酰和/或过氧化醋酸叔戊酯；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

2.根据权利要求1所述的一种防火涂料，其特征在于，所述颜填料包括二氧化钛、超细二氧化硅、珍珠岩和云母中的多种；所述分散剂为三聚磷酸钠或焦磷酸钠或硅酸钠。

3.根据权利要求1所述的一种防火涂料，其特征在于，所述溶剂包括甲苯、石油醚和丙酮。