CN109593458A - 双组分气凝胶防火隔热涂料及其制备方法 - Google Patents

双组分气凝胶防火隔热涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及涂料领域，公开了一种双组分气凝胶防火隔热涂料及其制备方法，所述涂料包括A组分和B组分，所述A组分是由40wt.％‑60wt.％的异氰酸酯和40wt.％‑60wt.％的聚合物多元醇合成的异氰酸酯预聚物；所述B组分包括：25wt.％‑30wt.％的扩链剂、20wt.％‑45wt.％的气凝胶、0.1wt.％‑1wt.％的分散剂、20wt.％‑30wt.％的颜填料和0.1wt.％‑1wt.％的催化剂；所述A组分和所述B组分的重量比为1‑10：1，二者混合形成双组分无溶剂气凝胶涂料。本发明制备的涂料具有优异的耐候性好、抗冲击性好、耐磨性好、耐腐蚀性好、防火性能好、隔热性能好、尺寸稳定性好和耐高温性好的优点。

Description

双组分气凝胶防火隔热涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料领域，具体涉及一种双组分气凝胶防火隔热涂料及其制备方法。
背景技术
热量传递主要有三种方式，即热传导、对流传热、辐射传热。热传导是由于物体分子的热振动具有相互影响的特性而产生的，其趋势是使固体不存在温差；对流传热是气体或液体进行热量交换而产生的；辐射传热是任何温度高于绝对零度的物体以电磁波的形式向外传热的方式。气凝胶具有极高的孔隙率，固含量极低，因此固体热传导很小，可以忽略不计；气凝胶内部平均孔径为20-50nm，而空气分子的平均自由程约为70nm，空气在气凝胶孔洞内无法流动，从而抑制空气的对流辐射；气凝胶内部具有无数的孔洞，每个孔壁均可作为辐射的反射面和折射面，可以很大程度地阻隔辐射传热。因此气凝胶具有非常优异的隔热保温性能。
防火涂料主要有膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料。对于膨胀型防火涂料，气凝胶可以延长发泡时间，增加成炭剂炭化时间，另一方面，气凝胶可以作为增强基，提高炭质层强度，延长炭质层被热流冲掉的时间，进而明显提高膨胀型防火涂料耐火极限；对于非膨胀型防火涂料，气凝胶可以减少隔热填料的用量，延长金属氢氧化物等阻燃剂吸热脱水时间，进而提高非膨胀型防火涂料耐火极限；并且气凝胶具有轻质特性，可以降低涂料质量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的现有防火隔热涂料防火隔热效果不佳以及需添加隔热涂料的量太大的问题，提供一种双组分气凝胶防火隔热涂料及其制备方法，该涂料具有优异的耐候性好、抗冲击性好、耐磨性好、耐腐蚀性好、防火性能好、隔热性能好、尺寸稳定性好和耐高温性好的优点。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种双组分气凝胶防火隔热涂料，包括A组分和B组分；
所述A组分是由40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇合成的异氰酸酯预聚物；
所述B组分包括下列组分：
所述A组分和所述B组分的重量比为1-10：1，二者混合形成双组分无溶剂气凝胶涂料。
优选地，包括A组分和B组分；
所述A组分是由40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇合成的异氰酸酯预聚物；
所述B组分包括下列组分：
所述A组分和所述B组分的重量比为1-10：1，二者混合形成双组分无溶剂气凝胶涂料。
优选地，所述异氰酸酯预聚物的异氰酸酯基团的含量为3.0wt.％-10.0wt.％，优选为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯中一种或多种。
优选地，所述聚合物多元醇是聚醚多元醇和聚酯二元醇中一种或多种，分子量为800-5000。
优选地，所述扩链剂是1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、一缩二乙二醇、甘油、1,2,6-己三醇和甲基丙二醇中的一种或多种。
优选地，所述填料为短切玻璃纤维、氧化铝粉末、碳酸钙粉末、滑石粉和云母粉中的一种或多种。
优选地，所述分散剂为脂肪酸衍生物、聚羧酸盐、聚氨酯共聚物和高分子磷酰胺中的一种或多种。
优选地，所述催化剂为有机锡催化剂、胺类催化剂和有机铋催化剂中的一种或多种。
本发明第二方面提供一种双组分气凝胶防火隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：称取40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇，将所述聚合物多元醇加热至100-120℃，抽真空脱水1-2h，充入氮气后冷却至室温，加入所述异氰酸酯，加热至60-90℃，保温并搅拌，反应2-5h，将温度降到40-50℃，出料封装得到A组分；
(2)B组分的制备：将扩链剂、分散剂、气凝胶、颜填料和催化剂加入到容器中，用高速分散机分散15-60min，出料封装得到B组分，上述各组分的质量百分数为：
(3)将所述A组分和所述B组分按体积比1-10：1混合均匀，制得所述双组分气凝胶防火隔热涂料。
通过上述技术方案，使用聚氨酯材料使制备出的涂料具有卓越的耐候性、抗冲击性、耐磨性和耐腐蚀性，加入气凝胶使涂料具有优异的防火性能和隔热性能，加入填料使涂料具有良好的尺寸稳定性和耐高温性。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
第一方面，本发明提供一种双组分气凝胶防火隔热涂料，包括A组分和B组分；
所述A组分是由40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇合成的异氰酸酯预聚物；
所述B组分包括下列组分：
所述A组分和所述B组分的重量比为1-10：1，二者混合形成双组分无溶剂气凝胶涂料。
优选地，所述扩链剂的质量百分数为27％-28％，可以为27％、27.2％、27.4％、27.6％、27.8％、28％或上述数值之间的任意值；所述气凝胶的质量百分数为22％-43％，可以为22％、25％、28％、31％、34％、37％、40％、43％或上述数值之间的任意值；所述分散剂的质量百分数为0.2％-0.8％，可以为0.2％、0.4％、0.6％、0.8％或上述数值之间的任意值；所述填颜料的质量百分数为22％-29％，可以为22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或上述数值之间的任意值；所述催化剂的质量百分数为0.4％-0.6％，可以为0.4％、0.5％、0.6％或上述数值之间的任意值。
优选地，所述异氰酸酯预聚物的异氰酸酯基团的含量为3.0wt.％-10.0wt.％，优选为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯中一种或多种。
优选地，所述聚合物多元醇是聚醚多元醇和聚酯二元醇中一种或多种，分子量为800-5000，所述聚酯多元醇的羟值为200-250mg KOH/g。
优选地，所述扩链剂是1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、一缩二乙二醇、甘油、1,2,6-己三醇和甲基丙二醇中的一种或多种。
优选地，所述填料为短切玻璃纤维、氧化铝粉末、碳酸钙粉末、滑石粉和云母粉中的一种或多种。
优选地，所述涂料中还可以加入颜料，所述颜料为钛白粉、炭黑和氧化铁颜料中的一种或多种。
优选地，所述分散剂为脂肪酸衍生物、聚羧酸盐、聚氨酯共聚物和高分子磷酰胺中的一种或多种，包括但不仅限于乙撑基双硬脂酰胺、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯和油酸酰。
优选地，所述催化剂为有机锡催化剂、胺类催化剂和有机铋催化剂中的一种或多种，所述有机锡催化剂包括但不仅限于二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡，所述胺类催化剂包括但不仅限于N,N-二甲基环己胺、三乙醇胺、三乙胺，所述有机铋催化剂包括但不仅限于异辛酸铋、月桂酸铋、新癸酸铋。
第二方面，本发明提供一种双组分气凝胶防火隔热涂料的制备方法，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：称取40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇，将所述聚合物多元醇加热至100-120℃，抽真空脱水1-2h，充入氮气后冷却至室温，加入所述异氰酸酯，加热至60-90℃，保温并搅拌，反应2-5h，将温度降到40-50℃，出料封装得到A组分；
(2)B组分的制备：将扩链剂、分散剂、气凝胶、颜填料和催化剂加入到容器中，用高速分散机分散15-60min，出料封装得到B组分，上述各组分的质量百分数为：
(3)将所述A组分和所述B组分按体积比1-10：1混合均匀，制得所述双组分气凝胶防火隔热涂料。
在本发明未做其他描述的情况下，A组分中各反应物的质量百分比是相对于A组分中反应物的添加量，B组分中各组分的质量百分比是相对于B组分总质量。
在本发明中，多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯和聚合物多元醇购自Huntsman；二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、N,N-二甲基环己胺、三乙醇胺、三乙胺、异辛酸铋、月桂酸铋、新癸酸铋购自江苏凤鸣化学科技有限公司。其他材料通过商购得到。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
(1)将50质量份的聚醚多元醇置于容器中加热至110℃，抽真空脱水1.5h，充入氮气后冷却至室温，加入50质量份的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，加热至80℃，保温并搅拌，反应4h，将温度降到40℃，出料封装得到A组分。
(2)将27.5质量份的1,2-丙二醇、32质量份的气凝胶、0.5质量份的乙撑基双硬脂酰胺、25质量份的短切玻璃纤维和0.5质量份的二丁基锡二月桂酸酯分别加入容器中，用高速分散机分散40min，出料封装得到B组分。
(3)将A组分和B组分按体积比5:1混合均匀后，制得聚氨酯涂料。
实施例2
(1)将50质量份的聚酯二元醇置于容器中加热至110℃，抽真空脱水1.5h，充入氮气后冷却至室温，加入20质量份的二苯基甲烷二异氰酸酯和30质量份的1,6-六亚甲基二异氰酸酯，加热至70℃，保温并搅拌，反应3.5h，将温度降到45℃，出料封装得到A组分。
(2)将27质量份的1,4-丁二醇、43质量份的气凝胶、0.2质量份的硬脂酸单甘油酯、10质量份的短切碳纤氧化铝粉末维、12质量份的碳酸钙粉末、0.2质量份的新癸酸铋和0.2质量份的辛酸亚锡分别加入容器中，用高速分散机分散30min，出料封装得到B组。
(3)将A组分和B组分按体积比3:1混合均匀后，制得聚氨酯组合料。
实施例3
(1)将50质量份的聚醚多元醇置于容器中加热至110℃，抽真空脱水1.5h，充入氮气后冷却至室温，加入10质量份的异佛尔酮二异氰酸酯、20质量份的甲苯二异氰酸酯和20质量份的苯二亚甲基二异氰酸酯，加热至85℃，保温并搅拌，反应3h，将温度降到40℃，出料封装得到A组分。
(2)将10质量份的1,6-己二醇、18质量份的一缩二乙二醇、22质量份的气凝胶、0.4质量份的三硬脂酸甘油酯、0.4质量份的油酸酰、10质量份的短切玻璃纤维、19质量份的云母粉、0.4质量份的三乙醇胺和0.2质量份的二丁基锡二月桂酸酯分别加入容器中，用高速分散机分散50min，出料封装得到B组分。
(3)将A组分和B组分按体积比7:1混合均匀后，制得聚氨酯组合料。
实施例4
(1)将40质量份的聚酯二元醇置于容器中加热至100℃，抽真空脱水1h，充入氮气后冷却至室温，加入20质量份的苯二亚甲基二异氰酸酯和40质量份的三甲基六亚甲基二异氰酸酯，加热至60℃，保温并搅拌，反应2h，将温度降到45℃，出料封装得到A组分。
(2)将10质量份的甘油、15质量份的1,2,6-己三醇、45质量份的气凝胶、0.05质量份的三硬脂酸甘油酯、0.05质量份的硬脂酸单甘油酯、10质量份的氧化铝粉末、10质量份的滑石粉、0.05质量份的N,N-二甲基环己胺和0.05质量份的月桂酸铋分别加入容器中，用高速分散机分散15min，出料封装得到B组分。
(3)将A组分和B组分按体积比1:1混合均匀后，制得聚氨酯组合料。
实施例5
(1)将60质量份的聚酯二元醇置于容器中加热至120℃，抽真空脱水2h，充入氮气后冷却至室温，加入10质量份的甲基环己基二异氰酸酯、10质量份的二环己基甲烷二异氰酸酯和20质量份的四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯，加热至90℃，保温并搅拌，反应5h，将温度降到50℃，出料封装得到A组分。
(2将10质量份的甲基丙二醇、20质量份的1,4-丁二醇、20质量份的气凝胶、、0.5质量份的三硬脂酸甘油酯、0.5质量份的硬脂酸单甘油酯、10质量份的短切玻璃纤维、20质量份的云母粉和1质量份的二丁基锡二月桂酸酯分别加入容器中，用高速分散机分散60min，出料封装得到B组分。
(3)将A组分和B组分按体积比10:1混合均匀后，制得聚氨酯组合料。
对比例1
(1)将50质量份的聚醚多元醇置于容器中加热至110℃，抽真空脱水1.5h，充入氮气后冷却至室温，加入50质量份的多亚甲基多苯基多异氰酸酯，加热至80℃，保温并搅拌，反应4h，将温度降到40℃，出料封装得到A组分。
(2)将27.5质量份的1,2-丙二醇、32质量份的气凝胶、0.5质量份的乙撑基双硬脂酰胺、25质量份的短切玻璃纤维和0.5质量份的二丁基锡二月桂酸酯分别加入容器中，用高速分散机分散40min，出料封装得到B组分。
(3)将A组分和B组分按体积比1:10混合均匀后，制得聚氨酯组合料。
测试例
根据GB/T1689-1998的方法测试实施例1-5和对比例1中各聚氨酯涂料的耐磨性能；按照GB/T16777-1997的方法测试实施例1-5和对比例1中各聚氨酯涂料的抗拉伸强度；按照GB/T16777的方法测试实施例1-5和对比例1中各聚氨酯涂料的断裂拉伸率；按照ISO0034-1:2004的方法测试实施例1-5和对比例1中各聚氨酯涂料的撕裂强度。上述测量得到下列性能参数：
将实施例1-5中的聚氨酯涂料涂覆在模板上，在125℃的烘箱中烘烤48小时后，涂料还是很好地涂覆在模板表面，没有明显变形或脱落。而且本发明中加入了气凝胶，可以起到很好的防火保温性能。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，包括A组分和B组分；
所述A组分是由40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇合成的异氰酸酯预聚物；
所述B组分包括下列组分：
所述A组分和所述B组分的重量比为1-10：1，二者混合形成双组分无溶剂气凝胶涂料。
2.根据权利要求1所述的双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，包括A组分和B组分；
所述A组分是由40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇合成的异氰酸酯预聚物；
所述B组分包括下列组分：
所述A组分和所述B组分的重量比为1-10：1，二者混合形成双组分无溶剂气凝胶涂料。
3.根据权利要求1或2所述的双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，所述异氰酸酯预聚物的异氰酸酯基团的含量为3.0wt.％-10.0wt.％，优选为多亚甲基多苯基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯中一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，所述聚合物多元醇是聚醚多元醇和聚酯二元醇中一种或多种，分子量为800-5000。
5.根据权利要求1或2所述的双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，所述扩链剂是1,2-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇、一缩二乙二醇、甘油、1,2,6-己三醇和甲基丙二醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，所述填料为短切玻璃纤维、氧化铝粉末、碳酸钙粉末、滑石粉和云母粉中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，所述分散剂为脂肪酸衍生物、聚羧酸盐、聚氨酯共聚物和高分子磷酰胺中的一种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的双组分气凝胶防火隔热涂料，其特征在于，所述催化剂为有机锡催化剂、胺类催化剂和有机铋催化剂中的一种或多种。
9.一种双组分气凝胶防火隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)A组分的制备：称取40wt.％-60wt.％的异氰酸酯和40wt.％-60wt.％的聚合物多元醇，将所述聚合物多元醇加热至100-120℃，抽真空脱水1-2h，充入氮气后冷却至室温，加入所述异氰酸酯，加热至60-90℃，保温并搅拌，反应2-5h，将温度降到40-50℃，出料封装得到A组分；
(2)B组分的制备：将扩链剂、分散剂、气凝胶、填料和催化剂加入到容器中，用高速分散机分散15-60min，出料封装得到B组分，上述各组分的质量百分数为：
(3)将所述A组分和所述B组分按体积比1-10：1混合均匀，制得所述双组分气凝胶防火隔热涂料。
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