CN109370404A - 纳米防火涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种纳米防火涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：水性聚氨酯40～60份、有机硅树脂20～30份、增稠剂6～12份、填料16～26份、改性纳米二氧化硅10～20份、成膜助剂2～6份、消泡剂0.1～0.5份及水20～30份；所述改性纳米二氧化硅主要由纳米二氧化硅、硬脂酸钠与淀粉制备获得。该纳米防火涂料耐火极限高，且力学性能优异。

Description

纳米防火涂料
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米防火涂料。
背景技术
涂料，在中国传统名称为油漆，是涂覆在被保护或被装饰的物体表面，并能与被涂物形成牢固附着的连续薄膜，通常是以树脂、或油、或乳液为主，添加或不添加颜料、填料，添加相应助剂，用有机溶剂或水配制而成的粘稠液体。涂料在人们的生产和生活中应用很多，防火涂料就是其中一种。
现行国内外制备防火涂料的主要成膜物和粘结剂有两类：有机树脂和无机粘结剂。有机树脂有苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液、醋叔乳液、醋酸乙烯乳液、或丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、氟碳树脂等，配以各种阻燃剂、绝热填料、颜料、膨胀粉体等。这类以有机树脂为成膜物和粘结剂的的防火涂料有一定的防火性，同时，防水性、防腐性，附着力、装饰性等技术指标具佳，但都有一个共同的缺陷：由于这类防火涂料的主体成膜物和粘结剂是有机物，在高温下或多或少都有一定的可燃性，一旦遇到火灾，这些有机树脂都要燃烧并产生大量有毒气体，给逃生和求援带来巨大威胁，同时，随着成膜物的燃烧，防火涂料的防火性将大打折扣；无机粘结剂有：硅酸盐、磷酸盐、酞酸盐、铝酸盐以及一些特种水泥，这类以无机物为成膜物和粘结剂的防火涂料的防火性极好，但其防水性、附着力、装饰性等性能较差，并且在高温下易崩裂，严重时漆膜不复存在，完全丧失防火功能。二氧化硅(SiO2)是无机物，具有不燃性，将其纳米化，再经改性处理后加入阻燃涂料中，能改善机体的力学性能、热性能、气体相隔性及耐溶性能，同时涂层的致密性更高，能够减少燃烧热向未燃烧部分反馈以及分解产物向火焰区域的扩散，抑制了挥发物产生的速率，起到了良好的隔热和隔氧的作用，从而延缓涂料的燃烧，具有良好的阻燃效果。然而，纳米材料自身由于自身存在的分散性及容易团聚的问题，导致其阻燃效果不是非常好。
发明内容
本发明提出一种纳米防火涂料，该纳米防火涂料耐火极限高，且力学性能优异。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种纳米防火涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：
水性聚氨酯40～60份、有机硅树脂20～30份、增稠剂6～12份、填料16～26份、改性纳米二氧化硅10～20份、成膜助剂2～6份、消泡剂0.1～0.5份及水20～30份；所述改性纳米二氧化硅主要由纳米二氧化硅、硬脂酸钠与淀粉制备获得。
优选地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括以下步骤：
1)将纳米二氧化硅浸渍在1～2mol/L的硬脂酸钠溶液中超声搅拌2～6h，然后升温至80～100℃，加入淀粉搅拌混合，得到混合液；
2)将混合液降温至60℃～70℃，再加入钛酸酯偶联剂，搅拌反应2～6h，结束后离心真空干燥即可。
优选地，所述纳米二氧化硅与所述淀粉的质量之比为2～4:1，所述纳米二氧化硅与所述钛酸酯偶联剂的质量之比为20～30:1。
优选地，所述钛酸酯偶联剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯。
优选地，所述增稠剂为羟甲基纤维素或者羧甲基纤维素。
优选地，所述填料为滑石粉与膨胀珍珠岩的混合物，所述滑石粉与膨胀珍珠岩的质量之比为1:3～5。
优选地，所述成膜助剂为TEXANOL成膜助剂、十二酯醇成膜助剂、Dowanolpph成膜助剂、Coasol B成膜助剂中的任意一种。
优选地，所述消泡剂为乳化甲基硅油或者非聚硅氧烷矿物油。
本发明的纳米防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
1)先将部分的水性聚氨酯、部分的有机硅树脂、成膜助剂与改性纳米二氧化硅混合后进行超声分散，超声分散时间为60～80min，得到分散液；
2)将步骤1)的分散液水浴升温至40～60℃，加入余下组分，搅拌混合后，冷却至室温即可。
本发明的有益效果：
本发明纳米防火涂料中采用主要由纳米二氧化硅、硬脂酸钠与淀粉制备获得的改性纳米二氧化硅，该纳米二氧化硅经过硬脂酸钠处理后增强了其与基体树脂的亲和力，另外二氧化硅表面引入含羟基的淀粉提高了阻燃性能。含羟基的淀粉的二氧化硅在高温燃烧时候可以发生碳化从而起到隔绝空气作用，提高了耐火极限。
具体实施方式
实施例1
改性纳米二氧化硅的制备方法包括以下步骤：
1)将纳米二氧化硅浸渍在1mol/L的硬脂酸钠溶液中超声搅拌6h，然后升温至100℃，加入淀粉搅拌混合，得到混合液；
2)将混合液降温至70℃，再加入三异硬脂酰基钛酸异丙酯，搅拌反应6h，结束后离心真空干燥即可。
纳米二氧化硅与淀粉的质量之比为2:1，纳米二氧化硅与三异硬脂酰基钛酸异丙酯的质量之比为20:1。
实施例2
所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括以下步骤：
1)将纳米二氧化硅浸渍在2mol/L的硬脂酸钠溶液中超声搅拌2h，然后升温至80℃，加入淀粉搅拌混合，得到混合液；
2)将混合液降温至60℃，再加入三异硬脂酰基钛酸异丙酯，搅拌反应2h，结束后离心真空干燥即可。
纳米二氧化硅与淀粉的质量之比为4:1，纳米二氧化硅与三异硬脂酰基钛酸异丙酯的质量之比为30:1。
实施例3
一种纳米防火涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：
水性聚氨酯50份、有机硅树脂25份、羟甲基纤维素8份、填料21份、实施例1的改性纳米二氧化硅15份、TEXANOL成膜助剂4份、乳化甲基硅油0.3份及水25份。填料为滑石粉与膨胀珍珠岩的混合物，滑石粉与膨胀珍珠岩的质量之比为1:4。
实施例4
一种纳米防火涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：
水性聚氨酯42份、有机硅树脂23份、羧甲基纤维素6份、填料10份、实施例2的改性纳米二氧化硅10份、Dowanol pph成膜助剂2份、乳化甲基硅油0.1份及水20份。填料为滑石粉与膨胀珍珠岩的混合物，滑石粉与膨胀珍珠岩的质量之比为1:3。
实施例5
一种纳米防火涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：
水性聚氨酯40份、有机硅树脂30份、羧甲基纤维素10份、填料16份、实施例2的改性纳米二氧化硅12份、Coasol B成膜助剂6份、非聚硅氧烷矿物油0.5份及水30份。填料为滑石粉与膨胀珍珠岩的混合物，滑石粉与膨胀珍珠岩的质量之比为1:5。
实施例6
一种纳米防火涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：
水性聚氨酯60份、有机硅树脂20份、羟甲基纤维素12份、填料26份、实施例2的改性纳米二氧化硅20份、十二酯醇成膜助剂3份、非聚硅氧烷矿物油0.5份及水30份。填料为滑石粉与膨胀珍珠岩的混合物，滑石粉与膨胀珍珠岩的质量之比为1:4。
对比例1
一种纳米防火涂料，按照重量份数计算，包括以下组分：
水性聚氨酯50份、有机硅树脂25份、羟甲基纤维素8份、填料21份、纳米二氧化硅15份、TEXANOL成膜助剂4份、乳化甲基硅油0.3份及水25份。填料为滑石粉与膨胀珍珠岩的混合物，滑石粉与膨胀珍珠岩的质量之比为1:4。
试验例
将实施例3～6得到的纳米防火涂料及对比例1的纳米防火涂料每种样品分别涂覆在试板上，进行性能测试，膜厚40微米，漆膜保养7天后，对其按照国家标准进行性能测试，结果见表1：
表1
附着力 耐冲击性，kg·cm 耐火极限
实施例3 1级 55 86min
实施例4 1级 51 83min
实施例5 1级 56 80min
实施例6 1级 62 90min
对比例1 1级 53 65min
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种纳米防火涂料，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下组分：
水性聚氨酯40～60份、有机硅树脂20～30份、增稠剂6～12份、填料16～26份、改性纳米二氧化硅10～20份、成膜助剂2～6份、消泡剂0.1～0.5份及水20～30份；所述改性纳米二氧化硅主要由纳米二氧化硅、硬脂酸钠与淀粉制备获得。
2.根据权利要求1所述的纳米防火涂料，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括以下步骤：
1)将纳米二氧化硅浸渍在1～2mol/L的硬脂酸钠溶液中超声搅拌2～6h，然后升温至80～100℃，加入淀粉搅拌混合，得到混合液；
2)将混合液降温至60℃～70℃，再加入钛酸酯偶联剂，搅拌反应2～6h，结束后离心真空干燥即可。
3.根据权利要求2所述的纳米防火涂料，其特征在于，所述纳米二氧化硅与所述淀粉的质量之比为2～4:1，所述纳米二氧化硅与所述钛酸酯偶联剂的质量之比为20～30:1。
4.根据权利要求2所述的纳米防火涂料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为三异硬脂酰基钛酸异丙酯。
5.根据权利要求1所述的纳米防火涂料，其特征在于，所述增稠剂为羟甲基纤维素或者羧甲基纤维素。
6.根据权利要求1所述的纳米防火涂料，其特征在于，所述填料为滑石粉与膨胀珍珠岩的混合物，所述滑石粉与膨胀珍珠岩的质量之比为1:3～5。
7.根据权利要求1所述的纳米防火涂料，其特征在于，所述成膜助剂为TEXANOL成膜助剂、十二酯醇成膜助剂、Dowanol pph成膜助剂、Coasol B成膜助剂中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的纳米防火涂料，其特征在于，所述消泡剂为乳化甲基硅油或者非聚硅氧烷矿物油。
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