CN109913093A - 轨道交通机车/车辆用防火涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轨道交通机车/车辆用防火涂料及其制备方法。该轨道交通机车/车辆用防火涂料是由聚α‑甲基苯乙烯改性环氧树脂、阻燃剂等为漆料组分，改性胺、固化剂促进剂为固化剂组分，施工时配以适量稀释剂而成。本发明的主要用途是获得一种涂膜厚度薄（≤2.0mm）、膨胀系数大、炭层结构强度高、导热系数小、耐火阻燃性能强、粘结性能好、便于喷涂施工等综合性能佳的轨道交通机车/车辆用防火涂料产品。

Description

轨道交通机车/车辆用防火涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及轨道交通机车/车辆用涂料，尤其涉及轨道交通机车/车辆用防火涂料及其制备方法。

背景技术

目前国内防火涂料大多用于工程建筑上，而轨道交通用防火涂料基本上依靠进口，主要品牌有双组份的荷兰西卡、单组份的英国佐敦和德国3KS等。双组份防火涂料的特点是发泡系数大，涂层自干快，与面漆配套好，但它灼烧后由于发泡膨胀，空隙大，结构力弱，易穿孔掉层，影响防火效能；单组份防火涂料的特点是发泡系数中等，表层白色致密结实，内部碳层结构强度高，又呈蜂窝状，隔热效果好，防火能力强，但是涂层不能自干，与面漆配套不够好。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于克服传统溶剂型防火涂料缺陷，提供一种具有膨胀系数大、耐火阻燃性能强、附着力佳的轨道交通机车/车辆用防火涂料产品，以适应轨道交通机车/车辆轮轴用防火涂料涂装要求。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种轨道交通机车/车辆用防火涂料，包括漆料和固化剂，按重量份计，

所述漆料包括：聚α-甲基苯乙烯改性环氧树脂30-40份、阻燃剂40-50份；

所述固化剂包括：改性胺65-75份、固化促进剂8-11份。

优选的，所述漆料与固化剂配比为漆料：固化剂＝100:12。

优选的，所述阻燃剂包括：聚磷酸铵30-35份、膨胀石墨2-4份、氨基树脂8-12份、硼酸锌0.5-1份、季戊四醇三丙烯酸酯2-3份。

优选的，所述的聚α-甲基苯乙烯改性环氧树脂，是由液态环氧树脂、固体环氧树脂中的一种或几种通过聚a-甲基苯乙烯树脂复合改性而成。

在本发明某些优选的实施例中，按重量份计，所述的聚α-甲基苯乙烯改性环氧树脂由25-30份环氧树脂、8-10份聚α-甲基苯乙烯改性而成。

优选的，按重量份计，所述漆料还包括：功能助剂8-10份、颜填料3-6份、活性稀释剂3-6份。

优选的，所述的功能助剂，包括分散剂、消泡剂、触变剂、抗氧剂、增塑剂等。

在本发明某些优选的实施例中，分散剂选用聚酰胺与聚酯混合物型，其对环氧体系的分散效果及贮存稳定性均较佳；消泡剂为有机硅或改性聚硅氧烷类，其具有强力消泡、脱泡作用；触变剂为二氧化硅、聚乙烯蜡等有效解决了功能性无机颜填料在储存过程中的沉降问题，使得涂料在使用过程中具有优良的涂刷性；抗氧剂为酚类抗氧剂，其应用广、用量大，具有抗氧效果好，热稳定性高等特点；增塑剂为磷酸三丁酯，使得产品具有一定的柔韧性。

在本发明某些优选的实施例中，颜填料选用二氧化钛。二氧化钛作为一种无机白色颜料，既能提高涂料的物理化学性能，又能提高涂膜的机械强度、耐候性能。

优选的，所述的活性稀释剂，由单缩水或二缩水甘油醚型活性稀释剂中的一种或几种按比例混合组成。

在本发明某些优选的实施例中，按重量份配比，所述的活性稀释剂中组分配比为：对叔基苯基缩水甘油醚：碳十二至十四烷基缩水甘油醚：聚丙二醇二缩水甘油醚＝1:1:3。

所述对叔基苯基缩水甘油醚，分子内含苯环，在结构上含有刚性链段，耐热性和防腐性能好，具有较强的稀释能力，有助于形成较硬的固化产品，提高固化物的介电性能；所述碳十二至十四烷基缩水甘油醚,具有气味小、毒性低，柔韧性好、挥发性低等特性，对环氧树脂降粘效果好，有优异的颜填料润湿能力；所述聚丙二醇二缩水甘油醚，含有可绕性脂肪长链，可以自由旋转而富有弹性，极大地提高固化物的抗冲击强度和耐冷热冲击性能，改善环氧固化物的脆裂缺陷。

优选的，所述固化剂还包括：偶联剂1-3份、溶剂15-25份。

优选的，所述的改性胺，由异佛尔酮二胺、间苯二甲胺、聚酰胺中的任意2种复合组成。

优选的，所述的固化促进剂，包括DMP-30、水杨酸中的一种或两种。

优选的，所述的偶联剂，由一种或几种硅氧烷复合组成。

所述硅氧烷偶联剂，其通过化学键结合改善了复合材料中有机高聚物和无机填料之间及基材的粘接性，产品性能大大改善。

优选的，所述的溶剂，由醇类中的一种或几种复合组成。

所述醇类溶剂具有适当的极性、能充分溶解固化剂树脂。

本发明还提供了轨道交通机车/车辆用防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

S1、漆料的制备：按上述重量配比，在搅拌下依次添加改性环氧树脂、功能助剂、阻燃剂、颜填料、活性稀释剂，搅拌均匀后、研磨，得漆料组分。

S2、固化剂的制备：将改性胺、固化促进剂、偶联剂、溶剂按上述重量配比搅拌均匀，过滤，得固化剂组分。

S3、活性稀释剂的制备：将活性稀释剂组分按重量配比混合均匀，得活性稀释剂。

S4、轨道交通机车/车辆用防火涂料生产：在施工时按下述重量配比，漆料：固化剂：稀释剂＝100:12:10-20，加入组分，混合均匀，即得本发明的轨道交通机车/车辆用防火涂料。

优选的，步骤S1中，搅拌速度为800-1000转/分钟，时间10-15分钟，研磨至细度≤90μm，S2中搅拌速度600-800转/分钟，时间5-10分钟。

本发明所述方法及步骤制备的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其技术要点是：

本发明以双组份防火涂料为基础，吸取单组份中有效成分，对基料进行环氧树脂-聚α-甲基苯乙烯改性，并添加具有高聚合度的聚磷酸铵与季戊四醇三丙烯酸酯、膨胀石墨、氨基树脂等阻燃剂复配，调整钛白粉等颜、填料用量；通过精选异佛尔酮二胺、间苯二甲胺固化剂树脂与固化促进剂、改性聚硅氧烷等有机搭配。按这个思路进行探索实验数百次，发明了一种双组份防火涂料及其制备方法，以适应轨道交通机车/车辆用防火涂料要求。

本轨道交通机车/车辆用防火涂料选用的环氧树脂成膜好、附着力强，聚a-甲基苯乙烯具有良好的增粘性和耐高温性，通过聚a-甲基苯乙烯将环氧树脂改性并添加适当的活性稀释剂，使得涂料涂层具有优异的基材粘接附着力和耐高温特点，可以较好的适应轨道交通机车/车辆用防火涂料涂装的特殊要求。

本轨道交通机车/车辆用防火涂料的阻燃剂，选用的聚磷酸铵具有发泡作用，其聚合度大、热稳定性高，同时作为催化剂在受热软化熔融后形成聚磷酸熔融体与多羟基化合物季戊四醇三丙烯酸酯反应形成炭化层，再与发泡材料膨胀石墨、氨基树脂一道促使炭化层形成海绵多孔结构；季戊四醇三丙烯酸酯为成炭剂，膨胀石墨作为发泡剂受热至200℃以上时剧烈发泡膨胀，膨胀率最大可达自身体积的350倍，因此大大提高了涂层的发泡率，发泡层厚度可达涂层厚的30-50倍从而提高了耐火极限；硼酸锌是一种无机阻燃剂在热分解后形成的不挥发固体分作为碳化层的骨架起增强作用。本产品通过优选炭化剂季戊四醇三丙烯酸酯、发泡剂膨胀石墨、氨基树脂和催化剂聚磷酸铵及其配比含量的基础上，添加无机阻燃剂硼酸锌作为炭化层的骨架材料，使得发泡后的炭化层厚度大、炭层结构致密、热导率低、强度高不易被火焰冲破，获得的产品具有高耐火极限的性能。

本轨道交通机车/车辆用防火涂料的二氧化钛作为一种无机白色颜料，既能提高涂料的物理化学性能，又能提高涂膜的机械强度、耐候性能。

本发明的某些优选实施例中的活性稀释剂，由单缩水和二缩水甘油醚型活性稀释剂组成。其中选用的对叔基苯基缩水甘油醚，分子内含苯环，在结构上含有刚性链段，耐热性和防腐性能好，具有较强的稀释能力，有助于形成较硬的固化产品，提高固化物的介电性能；选用的碳十二至十四烷基缩水甘油醚,具有气味小、毒性低，柔韧性好、挥发性低等特性，对环氧树脂降粘效果好，有优异的颜填料润湿能力；选用的聚丙二醇二缩水甘油醚，含有可绕性脂肪长链，可以自由旋转而富有弹性，极大地提高固化物的抗冲击强度和耐冷热冲击性能，改善环氧固化物的脆裂缺陷。

本发明的某些优选的实施例中的固化剂，由异佛尔酮二胺、间苯二甲胺复合再与水杨酸、DMP-30固化促进剂搭配组成。选用的异佛尔酮二胺是一种可在室温条件下与环氧树脂反应的固化剂，间苯二甲胺具有耐热、无毒、加热快速固化的高性能特点，所述水杨酸、DMP-30作为固化促进剂与异佛尔酮二胺、间苯二甲胺搭配后能较好的实现低温、快速固化，同时产品具有很高的硬度和负载下的挠曲温度，此外还具有良好的颜色稳定性和耐化学品性。

本发明的某些优选的实施例中的固化剂还选用了通过精心筛选、科学复配的硅氧烷偶联剂，其通过化学键结合改善了复合材料中有机高聚物和无机填料之间及基材的粘接性，产品性能大大改善；改性环氧固化剂具有良好的干燥速度、适宜的漆膜柔韧性和耐化学品等性能。

本发明的实施例选用了具有适当的极性、能充分溶解固化剂树脂的醇类溶剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、采用了环氧树脂-聚α-甲基苯乙烯改性技术，产品具有优异的粘接附着力，不易被火焰冲破掉层。

2、与传统的P-C系阻燃材料不同，本发明产品创造性的采用了P-C-N协效阻燃系统，其受热分解出NO₂、NH₃等基团，与有机游离基化合，能有效中断连锁反应，降低体系温度。

3、通过对交联固化剂和固化剂促进剂的优选，有效解决了环氧树脂体系在低温下固化慢、脆性大的问题，使产品具有低温固化快、干性好兼具耐高温阻燃的特性。

4、该涂料产品物理机械性能好、对施工环境要求低、涂装简单，可一次成型，充分体现了防火涂料良好性能。

附图说明

图1是本发明的实施例的生产流程工艺图。

具体实施方式

以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

一种轨道交通机车/车辆用防火涂料，包括漆料和固化剂两个组分，按重量份计，所述漆料包括：环氧树脂25份、聚α-甲基苯乙烯树脂9份、阻燃剂49份、磷酸三丁酯6份、二氧化硅2份、抗氧化剂1份、分散剂0.4份、消泡剂0.3份、钛白粉4份、活性稀释剂3.3份；

所述的固化剂包括：异佛尔酮二胺50份、间苯二甲胺23份、DMP-30 10份、水杨酸0.3份、硅氧烷偶联剂1.7份、苯甲醇15份；

所述阻燃剂重量配比为：聚磷酸铵30份、膨胀石墨4份、氨基树脂12份、硼酸锌1份、季戊四醇三丙烯酸酯2份。

其中活性稀释剂按重量配比为：

对叔基苯基缩水甘油醚：碳十二至十四烷基缩水甘油醚：聚丙二醇二缩水甘油醚＝1:1:3。

一种轨道交通机车/车辆用防火涂料的制备方法，其制作工艺如下：

S1、漆料的制备：按总重量为100kg进行配料，将环氧树脂和聚a-甲基苯乙烯，加入移动拉缸中，在低速搅拌下(600-800转/分钟)下依次添加功能助剂、阻燃剂、颜填料、活性稀释剂，加料完毕，在高速搅拌下(800-1000转/分钟)分散约10-15分钟制成预分散浆，然后用三辊机研磨至细度≤90μm出料，即成漆料组分。

S2、固化剂的制备：按总重量为100kg进行配料，将异佛尔酮二胺和间苯二甲胺加入移动拉缸中，开启分散机在低速搅拌下(600-800转/分钟)下依次添加固化促进剂、偶联剂、溶剂，搅拌5-10分钟至原料混合均匀，过滤包装，即得固化剂组分。

S3、活性稀释剂的制备：将各活性稀释剂按重量配比混合均匀、称量包装，即得活性稀释剂。

S4、轨道交通机车/车辆用防火涂料产品的应用是在施工时将各组分按漆料：固化剂：稀释剂＝100:12:20的重量配比进行搅拌混合均匀，即得本发明的轨道交通机车/车辆用防火涂料。

所得防火涂料按照表1进行性能检测，均参照国标GB 12441—2005执行，所得性能结果见表3。

表1防火涂料技术指标

实施例2

一种轨道交通机车/车辆用防火涂料，包括漆料和固化剂两个组分，按重量份计，所述漆料包括：环氧树脂27份、聚α-甲基苯乙烯8份、阻燃剂48份、磷酸三丁酯5份、二氧化硅2.5份、抗氧化剂0.5份、分散剂0.5份、消泡剂0.2份、钛白粉4.5份、活性稀释剂3.8份；

所述的固化剂包括：异佛尔酮二胺45份、间苯二甲胺20份、DMP-30 9份、水杨酸0.4份、硅氧烷偶联剂2.6份、苯甲醇23份；

所述阻燃剂重量配比为：聚磷酸铵32份、膨胀石墨3份、氨基树脂10份、硼酸锌0.5份、季戊四醇三丙烯酸酯2.5份。

其中活性稀释剂配比同实施例1。

制备方法同实施例1，性能结果如表3所示。

实施例3

一种轨道交通机车/车辆用防火涂料，包括漆料和固化剂两个组分，按重量份计，所述漆料包括：环氧树脂28份、聚α-甲基苯乙烯10份、阻燃剂45.8份、磷酸三丁酯4份、二氧化硅2.5份、抗氧化剂0.8份、分散剂0.8份、消泡剂0.1份、钛白粉5份、活性稀释剂3份；

所述的固化剂包括：异佛尔酮二胺40份、间苯二甲胺25份、DMP-30 8份、水杨酸0.6份、硅氧烷偶联剂1.4份、苯甲醇25份；

所述阻燃剂重量配比为：聚磷酸铵32份、膨胀石墨2份、氨基树脂8份、硼酸锌0.8份、季戊四醇三丙烯酸酯3份。

其中活性稀释剂配比同实施例1。

制备方法同实施例1，性能结果如表3所示。

表2各实施例的原料配比表

注：环氧树脂为台湾南亚环氧树脂公司产，氨基树脂为广州联结公司代理，季戊四醇三丙烯酸酯为上海淳安国际贸易公司代理，磷酸三丁酯为天津大茂化学试剂公司产，二氧化硅为德国赢创公司产，钛白粉为上海杜邦钛白科技公司产，聚磷酸铵为山东泰星公司产，膨胀石墨为青岛星远公司产，聚磷睛为威海金威化学公司产，聚α-甲基苯乙烯为无锡市佳盛高新改性材料有限公司产，抗氧剂为南京米兰化工有限公司，分散剂、消泡剂为德国毕克公司产，硼酸锌为上海尾关贸易公司代理，异佛尔酮二胺为山东济宁华凯公司生产，间苯二甲胺为上海菱晓贸易有限公司，DMP-30为南京特种胺公司产，水杨酸为天津光复精细化工公司产，苯甲醇为天津科密欧化学试剂公司产，硅氧烷为江苏南京能德公司产。

表3产品性能检测结果

如表3所示，本发明的实施例1-3均表现出非常好的性能：固化时间快，常温下3-4h即可表干；粘接力强，附着力等级测试均为2级，优于现有市售产品3级；膨胀系数大，发泡层厚度是涂膜厚度的30倍以上，明显优于现有市售产品(约23倍)；炭层结构强度高、质量损失少，只有3.5-4.5g，而同比现有市售产品的质量损失值为6.0g；导热系数小，火焰传播比值小；阻燃性能强，耐燃时间可长达70min，而同比现有市售产品的耐燃时间仅为50min。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种轨道交通机车/车辆用防火涂料，包括漆料和固化剂，其特征在于，按重量份计，所述漆料包括：聚α-甲基苯乙烯改性环氧树脂30-40份、阻燃剂40-50份；

所述固化剂包括：改性胺65-75份、固化促进剂8-11份。

2.根据权利要求1所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，按重量份计，所述漆料与固化剂配比为漆料：固化剂=100:12。

3. 根据权利要求1所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，按重量份计，所述阻燃剂包括：聚磷酸铵30-35份、膨胀石墨2-4份、氨基树脂8-12份、硼酸锌0.5-1份、季戊四醇三丙烯酸酯 2-3份。

4.根据权利要求1所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，所述的聚α-甲基苯乙烯改性环氧树脂，是由液态环氧树脂、固体环氧树脂中的一种或几种通过聚α-甲基苯乙烯复合改性而成。

5.根据权利要求1所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，按重量份计，所述固化剂还包括：偶联剂1-3份、溶剂15-25份。

6.根据权利要求1所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，所述的改性胺，由异佛尔酮二胺、间苯二甲胺、聚酰胺中的任意2种复合改性而成。

7.根据权利要求1所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，所述的固化促进剂，包括DMP-30、水杨酸中的一种或两种。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，按重量份计，所述漆料还包括：功能助剂8-10份、颜填料3-6份、活性稀释剂3-6份，优选的，所述的功能助剂，包括分散剂、消泡剂、触变剂、抗氧剂、增塑剂。

9.根据权利要求6所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料，其特征在于，所述的活性稀释剂，由单缩水或二缩水甘油醚型活性稀释剂中的一种或几种按比例混合组成。

10.如权利要求1-9所述的轨道交通机车/车辆用防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、漆料的制备：按上述重量配比，在搅拌下依次加入环氧树脂、聚α-甲基苯乙烯、功能助剂、阻燃剂、颜填料、活性稀释剂，搅拌均匀后、研磨，得漆料组分；

S2、固化剂的制备：将改性胺、固化促进剂、偶联剂、溶剂按上述重量配比搅拌均匀，过滤，得固化剂组分；

S3、活性稀释剂的制备：将活性稀释剂组分按重量配比混合均匀，得活性稀释剂；

S4、轨道交通机车/车辆用防火涂料生产：在施工时按下述重量配比，漆料：固化剂：稀释剂 =100:12:10-20，加入组分，混合均匀，即得本发明的轨道交通机车/车辆用防火涂料；

优选的，步骤S1中，搅拌速度为800-1000转/分钟，时间10-15分钟，研磨至细度≤90µm，S2中搅拌速度600-800转/分钟，时间5-10分钟。