CN109554081B - 一种水性薄涂型铝合金防火涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种水性薄涂型铝合金防火涂料及其制备方法。该水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：有机硅改性丙烯酸乳液5‑10份、丙烯酸聚酯共聚物25‑30份、季戊四醇三丙烯酸酯5‑10份、聚磷酸铵20‑25份、三聚氰胺3‑5份、双季戊四醇5‑9份、膨润土2‑6份、钛白粉15‑20份、羟乙基纤维素0.2‑0.6份、消泡剂0.1‑0.5份、分散剂0.3‑0.5份、杀菌剂0.1‑0.4份、缓蚀剂0.2‑0.8份、水4‑10份。该水性薄涂型铝合金防火涂料具有细度均匀、粘接强度高、阻燃时间长、耐候性好、涂层薄且环保等优点。该制备方法具有工艺简单、生产效率高、产品质量稳定、对环境友好的特点。

Description

一种水性薄涂型铝合金防火涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于防火涂料及其制备技术领域，尤其涉及一种水性薄涂型铝合金防火涂料及其制备方法。
背景技术
近年来，各行各业都朝着节能环保方向发展，交通运输行业的节能环保意识也在逐步增强，例如汽车、火车、轮船、飞机等交通工具都在朝着轻量化方向转型。轻量化的铝合金由于同时具备优异的力学性能和机械性能，以及较高的性价比，在交通运输业中应用越来越广泛。纵观新闻报道，可以看到交通工具上火灾的发生都会造成巨大的财产损失，有时还会造成严重的人员伤亡，因此有必要对应用于交通工具的铝合金制品采取防火措施。
目前市面上已经有很多水性防火涂料，可以用于金属结构、木结构以及高分子复合材料结构的防火，但是现有的防火涂料对金属结构特别是铝合金材料存在附着力不强、容易干裂、涂层厚度太厚等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种水性薄涂型铝合金防火涂料，该防火涂料具有铝合金表面粘接强度高、阻燃时间长、耐候性好、涂层薄且无毒安全环保等优点，同时还提供该防火涂料的工艺简单、操作方便的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种水性薄涂型铝合金防火涂料，所述水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：
Figure BDA0001867358340000011
Figure BDA0001867358340000021
通过将原料的种类以及原料的重量份协调控制在本发明的范围内，能够得到综合性能优异的水性薄涂型铝合金防火涂料。
上述的水性薄涂型铝合金防火涂料，优选的，所述水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：
Figure BDA0001867358340000022
通过将原料的种类以及原料的重量份协调进一步控制在本发明的上述范围内，能够得到综合性能更加优异的水性薄涂型铝合金防火涂料。上述的水性薄涂型铝合金防火涂料，优选的，所述水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：
Figure BDA0001867358340000023
Figure BDA0001867358340000031
通过将原料的种类以及原料的重量份协调严格控制在本发明的上述范围内，能够得到综合性能最为优异的水性薄涂型铝合金防火涂料。此外，本发明还通过优化原料种类及配比，大大降低涂层的厚度；在耐火极限为1小时的情况下，使用传统涂料的涂层厚度一般需控制在3mm左右，而使用本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，涂层厚度可降至1.5mm。
本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，采用有机硅改性丙烯酸乳液和丙烯酸聚酯共聚物混拼作为主成膜物质。有机硅改性丙烯酸乳液具有附着力好、胶膜透明、耐水、耐擦洗、耐油、耐热、耐老化性能良好等优点；丙烯酸树脂共聚物则具有比有机硅改性丙烯酸乳液更强的耐老化性能，且还具有粒径细、光泽度高、耐候性优良、抗回粘性优良的特点，但其存在热稳定性差、软化点高的缺点。本发明通过将有机硅改性丙烯酸乳液和丙烯酸聚酯共聚物混拼混拼，利用有机硅改性丙烯酸乳液是带有直链或立体结构的有机硅聚合物，具有优异的自交联性、耐水性、耐高温性及防腐蚀性能，其以硅氧键(一Si—O一)为主链，键能比普通有机树脂的碳碳键(—C—C—)高，其硅原子上所连接的烃基受热氧化后，形成交联更加稳定的—Si—O—Si—键，能防止主链断裂降解，并能在涂层表面形成稳定保护层，提高丙烯酸聚酯共聚物的软化点、热稳定性、粘结强度及耐候性。
本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，采用季戊四醇三丙烯酸酯作为辅成膜物质，其具备典型丙烯酸酯特征，除此之外，分子内还有一个侧链羟基，羟基的存在一方面增强了分子的极性，降低了挥发性，提高在铝合金基材的层间附着力，另一方面，可以作为反应位点，通过接枝的方法连接到其他材料上，用于复合材料的制备，形成交联网络结构，进一步提高涂层的附着力、耐水性及抗干裂性能。为了得到综合性能优异的涂料，需将季戊四醇三丙烯酸酯的添加量控制在本发明的范围内，如果超出本发明的范围，会影响涂层的耐水性及抗干裂性能，如果低于本发明的范围，会导致涂层与铝基材的层间附着力降低。
本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，原料中添加的聚磷酸铵是一种性能优良的非卤阻燃剂，其具有无毒无味、不产生腐蚀气体、吸湿性小、热稳定性高的特点。聚磷酸铵的含磷量高达30％～32％，含氮为14％～16％，磷氮体系产生协同效应，阻燃性好。与多聚磷酸铵相比，聚磷酸铵具有更低的分解温度，阻燃效应更好。为了发挥其优异的效果，需将聚磷酸铵的重量份控制在15份以上，然而其含量过高则会导致涂料的涂覆性和防水性变差，因此最好将重量份控制在30份以下。原料中添加的三聚氰胺是典型的发泡剂，并且具有很好的阻隔作用，能够很好地防止聚磷酸铵阻燃剂等材料的吸湿，从而提高涂料的防水性，并且其对于提高涂膜的透明性也有帮助，然而其含量也不能太高，否则将会影响涂料的阻燃等整体效果，因此需将三聚氰胺的重量份控制在3-5份。
本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，原料中添加的双季戊四醇具有粘附力强、耐摩擦、耐老化优异性能的特点，能有效提升涂膜的耐水性和阻燃效率。
本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，膨胀阻燃体系由聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇组成。这三种物质协同作用，大大提升了涂料的阻燃性能。聚磷酸铵在高温下分解并放出NH3和磷酸，磷酸使双季戊四醇中的羟基脱水碳化，形成均匀致密不燃的三维空间结构碳质层。选用高聚合度聚磷酸铵更能提高涂料碳质层的质量、增强涂层的耐湿热性、避免出现盐析现象。优选的，所述聚磷酸铵聚合度为500。三聚氰胺遇火分解产生不燃性气体，如N2、CO2、NH3、HCL、H2O等，使涂层在达到软化点时发泡膨胀，形成海绵状碳质层，产生隔热阻燃效果，提升耐火性能。双季戊四醇是形成三维空间结构阻燃泡沫碳质层的骨架基础，其与聚磷酸铵及其他组分相容性、配伍性好，因此能形成优质泡沫碳质层，因此能有效提升该防火涂料的防火、阻燃性能；同时双季戊四醇难溶于水，相比于单季戊四醇，对涂膜的耐水性有明显改善。
本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，原料中还添加其他与防火涂料各组分相容性、亲和性、匹配性好的助剂，以提升防火涂料的综合性能。其中，添加的膨润土起到增稠、触变、悬浮及防沉作用，极大地提高了涂料的储存稳定性；添加的钛白粉能够进一步提高涂层遮盖力和耐候性能；添加的羟乙基纤维素，作为胶黏剂，起到了增稠、粘合、乳化、分散、保持水分等作用。
上述的水性薄涂型铝合金防火涂料，优选的，所述杀菌剂为BIT类杀菌剂(BIT具体为1,2-苯并异噻唑啉-3-酮)、缓释甲醛类杀菌剂、均二嗪类杀菌剂、布罗波尔类杀菌剂、DBNPA类杀菌剂(DBNPA具体为2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺)中的至少一种。本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，选用的杀菌剂具有广谱、长效的杀菌效果，毒性低，不含重金属和卤素化合物，不含甲醛，对环境友好。
上述的水性薄涂型铝合金防火涂料，优选的，所述消泡剂为有机硅系消泡剂和/或氟改性硅氧烷类消泡剂。更优选的，所述消泡剂为有机硅系消泡剂和氟改性硅氧烷类消泡剂的混合物。
上述的水性薄涂型铝合金防火涂料，优选的，所述分散剂为聚氨酯类分散剂和/或接枝丙烯酸酯类分散剂。更优选的，所述分散剂为接枝丙烯酸酯类分散剂。
上述的水性薄涂型铝合金防火涂料，优选的，所述缓蚀剂为无机缓蚀剂、有机化合物类缓蚀剂和/或聚合物类缓蚀剂。更优选的，所述缓蚀剂为有机化合物类缓蚀剂。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种如上述的水性薄涂型铝合金防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
以重量百分比计，将70-90％的水、70-80％的有机硅改性丙烯酸乳液和70-80％的丙烯酸聚酯共聚物、70-80％的消泡剂和全部量的羟乙基纤维素及分散剂混合搅拌分散5-15分钟，分散均匀后加入钛白粉、三聚氰胺、双季戊四醇、季戊四醇三丙烯酸酯、膨润土继续搅拌分散15-25分钟，分散均匀后得到混合浆料；在搅拌下，向混合浆料中加入剩下的20-30％的有机硅改性丙烯酸乳液、20-30％的丙烯酸聚酯共聚物和20-30％的消泡剂，再加入70-80％的聚磷酸铵，搅拌分散15-25分钟；之后在搅拌下，继续加入剩下的20-30％聚磷酸铵和10-30％的水，以及全部量的缓蚀剂和杀菌剂，继续分散10-20分钟，分散均匀后用滤网过滤，收集滤液得到水性薄涂型铝合金防火涂料。
上述的制备方法，优选的，所述搅拌的速度为500-2000r/min。搅拌速度需控制在本发明的范围内，如果超出本发明的范围，可能会导致破乳，如果低于本发明的范围，则达不到高速剪切的效果。
上述的制备方法，优选的，所述滤网为400目。
本发明的制备方法，采用分批加入同时控制分散速度和分散时间的方式，来确保加入的原料都能得到高效的剪切、润湿和分散。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明以有机硅改性丙烯酸树脂、丙烯酸聚酯共聚物为主成膜物质，以季戊四醇三丙烯酸酯为辅成膜物质，采用聚磷酸铵、三聚氰胺和双季戊四醇作为膨胀阻燃体系，同时还采用与前述组分相容性好、亲和性好、匹配性好的助剂，通过各组分间协同作用、相互配合，所得的水性薄涂型铝合金防火涂料具有细度均匀、粘接强度高、阻燃时间长、耐候性好、涂层薄且无毒安全环保等优点。
本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料的制备方法，具有工艺简单、生产效率高、产品质量稳定、对环境友好的特点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，该水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：
Figure BDA0001867358340000061
本实施例的水性薄涂型铝合金防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将90％的水、80％的有机硅改性丙烯酸乳液、80％的丙烯酸聚酯共聚物、消泡剂和全部羟乙基纤维素及分散剂在1000r/min转速下混合搅拌分散5-15分钟，分散均匀后加入钛白粉、三聚氰胺、双季戊四醇、季戊四醇三丙烯酸酯、膨润土，提高转速至1500r/min，继续搅拌分散15-25分钟，分散均匀后得到混合浆料；
(2)向步骤(1)后的混合浆料中边搅拌边加入剩下的20％有机硅改性丙烯酸乳液、丙烯酸聚酯共聚物和消泡剂，以及80％聚磷酸铵，在1800r/min转速下搅拌分散15-25分钟；
(3)向步骤(2)后的滤液中边搅拌边加入剩下的20％聚磷酸铵和10％的水，以及全部量的缓蚀剂和杀菌剂，在1000r/min转速下，继续分散10-20分钟，分散均匀后用400目滤网过滤，取滤液得到水性薄涂型铝合金防火涂料。
实施例2：
一种本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，该水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：
Figure BDA0001867358340000071
本实施例的水性薄涂型铝合金防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将90％的水、80％的有机硅改性丙烯酸乳液、80％的丙烯酸聚酯共聚物、消泡剂和全部羟乙基纤维素及分散剂在1000r/min转速下混合搅拌分散5-15分钟，分散均匀后加入钛白粉、三聚氰胺、双季戊四醇、季戊四醇三丙烯酸酯、膨润土，提高转速至1500r/min，继续搅拌分散15-25分钟，分散均匀后得到混合浆料；
(2)向步骤(1)后的混合浆料中边搅拌边加入剩下的20％有机硅改性丙烯酸乳液、丙烯酸聚酯共聚物和消泡剂，以及80％聚磷酸铵，在1800r/min转速下搅拌分散15-25分钟；
(3)向步骤(2)后的滤液中边搅拌边加入剩下的20％聚磷酸铵和10％的水，以及全部量的缓蚀剂和杀菌剂，在1000r/min转速下，继续分散10-20分钟，分散均匀后用400目滤网过滤，取滤液得到水性薄涂型铝合金防火涂料。
实施例3：
一种本发明的水性薄涂型铝合金防火涂料，该水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：
Figure BDA0001867358340000081
本实施例的水性薄涂型铝合金防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将90％的水、80％的有机硅改性丙烯酸乳液、80％的丙烯酸聚酯共聚物、消泡剂和全部羟乙基纤维素及分散剂在1000r/min转速下混合搅拌分散5-15分钟，分散均匀后加入钛白粉、三聚氰胺、双季戊四醇、季戊四醇三丙烯酸酯、膨润土，提高转速至1500r/min，继续搅拌分散15-25分钟，分散均匀后得到混合浆料；
(2)向步骤(1)后的混合浆料中边搅拌边加入剩下的20％有机硅改性丙烯酸乳液、丙烯酸聚酯共聚物和消泡剂，以及80％聚磷酸铵，在1800r/min转速下搅拌分散15-25分钟；
(3)向步骤(2)后的滤液中边搅拌边加入剩下的20％聚磷酸铵和10％的水，以及全部量的缓蚀剂和杀菌剂，在1000r/min转速下，继续分散10-20分钟，分散均匀后用400目滤网过滤，取滤液得到水性薄涂型铝合金防火涂料。
对上述实施例1-3中制备得到的水性薄涂型铝合金防火涂料的各项性能进行测试，测试结果如表1所示。
表1本发明实施例1-3中水性薄涂型铝合金防火涂料的性能测试结果
Figure BDA0001867358340000082
Figure BDA0001867358340000091
由表1可知，采用本发明的方法制备得到的水性薄涂型铝合金防火涂料具有阻燃时间长、附着强度高、耐候性优异、耐火性能优异的特点。

Claims (8)

1.一种水性薄涂型铝合金防火涂料，其特征在于，所述水性薄涂型铝合金防火涂料由以下重量份的原料混合而成：
有机硅改性丙烯酸乳液 5-6份、
丙烯酸聚酯共聚物 26-28份、
季戊四醇三丙烯酸酯 6-8份、
聚磷酸铵 22-24份、
三聚氰胺 3-4份、
双季戊四醇 5-9份、
膨润土 3-5份、
钛白粉 16-18份、
羟乙基纤维素 0.3-0.5份、
消泡剂 0.2-0.5份、
分散剂 0.2-0.5份、
杀菌剂 0.3-0.4份、
缓蚀剂 0.5-0.7份、
水 4-10份。
2.根据权利要求1所述的水性薄涂型铝合金防火涂料，其特征在于，所述杀菌剂为BIT类杀菌剂、均二嗪类杀菌剂、布罗波尔类杀菌剂、DBNPA类杀菌剂中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的水性薄涂型铝合金防火涂料，其特征在于，所述消泡剂为有机硅系消泡剂和/或氟改性硅氧烷类消泡剂。
4.根据权利要求1所述的水性薄涂型铝合金防火涂料，其特征在于，所述分散剂为聚氨酯类分散剂和/或接枝丙烯酸酯类分散剂。
5.根据权利要求1所述的水性薄涂型铝合金防火涂料，其特征在于，所述缓蚀剂为无机缓蚀剂、有机化合物类缓蚀剂和/或聚合物类缓蚀剂。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的水性薄涂型铝合金防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以重量百分比计，将70-90%的水、70-80%的有机硅改性丙烯酸乳液和70-80%的丙烯酸聚酯共聚物、70-80%的消泡剂和全部量的羟乙基纤维素及分散剂混合搅拌分散5-15分钟，分散均匀后加入钛白粉、三聚氰胺、双季戊四醇、季戊四醇三丙烯酸酯、膨润土继续搅拌分散15-25分钟，分散均匀后得到混合浆料；在搅拌下，向混合浆料中加入剩下的20-30%的有机硅改性丙烯酸乳液、20-30%的丙烯酸聚酯共聚物和20-30%的消泡剂，再加入70-80%的聚磷酸铵，搅拌分散15-25分钟；之后在搅拌下，继续加入剩下的20-30%聚磷酸铵和10-30%的水，以及全部量的缓蚀剂和杀菌剂，继续分散10-20分钟，分散均匀后用滤网过滤，收集滤液得到水性薄涂型铝合金防火涂料。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌的速度为500-2000r/min。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，滤网为400目。
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