CN110305551A - 新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备工艺，特点是：将15‑30%的膨胀型阻燃剂、10‑15%的钛白粉、0‑10%的多孔粉石英、35‑40%的水及0.75‑1.60%的第一助剂加入到砂磨机中研磨15‑20min，砂磨机的转速为1000‑1500rpm，得到颜料浆；将上述获得的颜料浆加入到15‑20%的水性成膜基体中，然后加入0.75‑3.40%的第二助剂，在高速分散机中分散20‑30min，高速分散机的转速为300~600rpm，过筛出料，即得到新型水性膨胀型阻燃涂料。提高阻燃涂料环保性和耐火性的同时，通过使用新型成炭剂，该成炭剂兼具成炭和发泡的功能，使成膜获得优异阻燃性，提高了涂膜的耐水性，环保。

Description

新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及阻燃涂料技术领域，具体来讲是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法。

背景技术

火灾是当今世界多发性灾害之一，阻燃涂料涂刷于可燃性基材表面，能改变基材表面燃烧性能，阻碍火灾快速蔓延、延长逃生或营救时间，降低火灾带来的危险和财产损失。

膨胀型阻燃涂料以高分子聚合物为成膜物质，添加膨胀型防火体系制备而成。一般防火体系包括发泡剂、成炭剂和成炭催化剂三部分。常用的发泡剂为含氮或卤素的化合物，如三聚氰胺、双氰胺、尿素和氯化石蜡等；常用的成炭剂有蔗糖、山梨糖醇、淀粉、季戊四醇和二聚季戊四醇等；常用的成炭催化剂有磷酸氢二铵、磷酸尿素、磷酸二氢铵、磷酸胍尿素、聚磷酸铵、聚磷酸铵钾和三聚氰胺磷酸盐等。公开号为CN102277030A、名称为“一种用于涂料阻燃的高效环保阻燃剂及其制备方法”的中国发明专利申请，其以茶皂素为气源代替三聚氰胺，消除了膨胀型阻燃涂料气源燃烧时可能产生剧毒氰化氢的危险。公开号为CN104610794A、名称为“磷-氮系膨胀型阻燃剂、其合成方法及其应用”的中国发明专利，其通过磷化试剂、第二含氮发泡剂、第二成炭剂和含羟基多官能交联剂的反应获得一种新型磷-氮系膨胀型阻燃剂。公开号为CN108504266A、名称为“一种膨胀型不饱和聚酯树脂防火阻燃涂料的制备方法”的中国发明专利申请，其将其与三聚氰胺-甲醛预聚物相互作用，经原位缩聚后制得三聚氰胺-甲醛树脂包覆的水镁石粒子，作为集三要素结合为一体的膨胀阻燃剂，具有优异的成炭性能，提高了涂料的阻燃和抑烟性能。公开号为CN107418346A、名称为“一种膨胀型阻燃内墙涂料及其制备方法”的中国发明专利申请，其在涂料中加入了松针粉包覆的空心聚合物、硅藻土，燃烧时候可形成膨胀碳层，起到很好的气相阻隔效果，增强了涂料的防火性能。公开号为CN108912939A、名称为“一种透明膨胀型水性阻燃涂料及其制备方法和应用”的中国发明专利申请，其采用磷酸脒基脲、磷酸脒基脲羟甲基化衍生物、磷酸为成炭催化剂降低了所需温度，提升了阻燃效果。

总的来说，三聚氰胺、季戊四醇、聚磷酸铵是应用最为广泛的防火体系。由于含有卤素、羟基等基团，传统阻燃涂料的耐火性、耐久性、环保等方面的性能还有待提高。开发新的发泡剂、成炭剂和成炭催化剂体系是研究热点之一。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种新型的、环保的水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，同时通过使用兼具发泡与成炭功能的新型成炭剂，使成膜具有优异阻燃性能，提高了涂膜的耐水性，环保。

为了达到上述目的，本发明的一种新型水性膨胀型阻燃涂料是这样实现的，其包括15-20%的水性成膜基体、15-30%的膨胀型阻燃体系、10-15%的钛白粉、0-10%的多孔粉石英、0.75-1.60%的第一助剂、0.75-3.40%的第二助剂及35-50%的水，以上皆为质量百分比。

在本技术方案中，所述膨胀型阻燃体系包括多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝及新型三嗪类成炭剂，多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝与新型三嗪类成炭剂的质量比例为5:1-1:1；其中：

所述多聚磷酸酸铵是高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，结构式为：

，

其中n≥1500；

所述多聚磷酸密胺的结构式为：

，

n≥1000；

所述新型三嗪类成炭剂的结构式为：

式中：X是NH、O或S；R是含1-18个碳的直链或支链烷基或含有氧、氮元素直链或支链烷基或苯基或二苯甲基或二苯酮基或二苯硫醚基或二苯二硫醚基或碳酸二苯酯基或磷酸二苯酯基或其衍生物基。

在本技术方案中，所述水性成膜基体是丙烯酸树脂乳液、聚氨酯乳液、醇酸树脂乳液、环氧树脂乳液、水性丙烯酸树脂溶液、水性聚氨酯溶液、水性醇酸树脂溶液、水性环氧树脂溶液其中的一种。

在本技术方案中，所述钛白粉为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉其中的一种或两种。

在本技术方案中，所述多孔粉石英为400目、800目、1250目其中的一种。

在本技术方案中，所述的新型水性膨胀型阻燃涂料，其特征在于所述第一助剂包括润湿剂、分散剂、消泡剂、增稠剂，第二助剂包括成膜助剂、杀菌剂、防腐剂、消泡剂、pH调节剂、增稠剂等。

在本技术方案中，所述的新型水性膨胀型阻燃涂料的制备工艺，其特征在于所述方法包括以下步骤：将15-30%的膨胀型阻燃剂、10-15%的钛白粉、0-10%的多孔粉石英、35-40%的水及0.75-1.60%第一助剂加入到砂磨机中研磨15-20min，砂磨机的转速为1000-1500rpm，得到颜料浆；将上述获得的颜料浆加入到15-20%的水性成膜基体中，然后加入第二助剂，在高速分散机中分散20-30min，高速分散机的转速为300-600rpm，过筛出料，即得到新型水性膨胀型阻燃涂料。

本发明与现有技术相比的优点为：提高阻燃涂料环保性和耐火性的同时，通过使用新型成炭剂，该成炭剂兼具成炭和发泡的功能，使成膜获得优异阻燃性，提高了涂膜的耐水性，环保。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

CA1 CA2

CA3 CA4

CA5 CA6

CA7 CA8

实施例一

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取30.0g的金红石型钛白粉、10.0g 的800目多孔粉石英、120g的水、40g的多聚磷酸铵（APP）、20g的三嗪类成炭剂（CA1）、0.3g的润湿剂、0.9g的分散剂及0.2g的消泡剂，然后将它们加入砂磨机中研磨15min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1200rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量60g的丙烯酸树脂乳液、3g的成膜助剂Texanol、0.2g 的pH调节剂及0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的颜料浆一起在高速分散机中分散20min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料，高速分散机的转速为600rpm。该涂料制得涂层的氧指数为31.5%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

实施例二

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取45.0g的金红石型钛白粉、110g的水、45g的多聚磷酸密胺（MPP）、15g的三嗪类成炭剂（CA2）、0.35g的润湿剂、0.95g的分散剂及0.2g的消泡剂，加入砂磨机中研磨18min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1000rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量55g的醇酸树脂乳液、3g的成膜助剂Texanol、0.2g 的pH调节剂及0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的颜料浆一起在高速分散机中分散20min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料，高速分散机的转速为600rpm。该涂料制得涂层的氧指数为30.0%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

实施例三

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取30.0g的锐钛型钛白粉、15.0g的1250目多孔粉石英、100g的水、30g的焦磷酸哌嗪（PPAP）、30g的三嗪类成炭剂（CA3）、0.3g的润湿剂、0.9g的分散剂及0.2g的消泡剂，加入砂磨机中研磨20min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1500rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量65g的聚氨酯乳液、5g的成膜助剂Texanol、0.2g的pH调节剂及0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的颜料浆一起在高速分散机中分散30min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料，高速分散机的转速为600rpm。该涂料制得涂层的氧指数为31.5%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

实施例四

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取35.0g的金红石型钛白粉、30.0g的800目多孔粉石英、140g的水、48g的次磷酸铝、12g的三嗪类成炭剂（CA4）、0.4g的润湿剂、1g的分散剂及0.3g的消泡剂，加入砂磨机中研磨19min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1500rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量50g的环氧树脂乳液、2.5g的成膜助剂Texanol、0.3g 的pH调节剂及0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的颜料浆一起在高速分散机中分散30min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料，高速分散机的转速为600rpm。该涂料制得涂层的氧指数为31.5%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

实施例五

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取30.0g的锐钛型钛白粉、30.0g的400目多孔粉石英、110g的水、50g的多聚磷酸铵（APP）、10g的三嗪类成炭剂（CA5）、0.2g的润湿剂、0.8g的分散剂及0.1g的消泡剂，加入砂磨机中研磨15min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1200rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量80g的水性丙烯酸树脂溶液、3g的成膜助剂Texanol、0.1g 的pH调节剂及0.1g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的颜料浆一起在高速分散机中分散30min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料，高速分散机的转速为500rpm。该涂料制得涂层的氧指数为30.5%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

实施例六

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取45.0g的金红石型钛白粉、30.0g的多孔粉石英、105g的水、45g的焦磷酸哌嗪（PPAP）、45g的三嗪类成炭剂（CA6）、0.1g的润湿剂、0.3g的分散剂及0.2g的消泡剂，加入砂磨机中研磨20min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1500rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量85g的水性聚氨酯溶液、4.5g的成膜助剂Texanol、0.1g的 pH调节剂及0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的颜料浆一起在高速分散机中分散30min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料，高速分散机的转速为600rpm。该涂料制得涂层的氧指数为32.5%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

实施例七

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取35.0g的金红石型钛白粉、15.0g的多孔粉石英、100g的水、50g的次磷酸铝、25g的三嗪类成炭剂（CA7）、0.2g的润湿剂、0.6g的分散剂及0.2g的消泡剂，加入砂磨机中研磨16min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1200rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量85g的水性环氧树脂溶液、4.5g的成膜助剂Texanol、0.3g 的pH调节剂及0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的颜料浆一起在高速分散机中分散20min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料，高速分散机的转速为600rpm。该涂料制得涂层的氧指数为32.5%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

实施例八

其是一种新型水性膨胀型阻燃涂料及其制备方法，先准确称取35.0g金红石型钛白粉、25.0g多孔粉石英、90g水，40g多聚磷酸密胺（MPP）、20g三嗪类成炭剂（CA8）及0.35g润湿剂、0.95g分散剂、0.2g消泡剂，加入砂磨机中研磨20min，得到颜料浆，砂磨机的转速为1000rpm；将得到的颜料浆转移到高速分散机中，再准确称量90g水性醇酸树脂溶液、5g成膜助剂Texanol、0.2g 的pH调节剂、0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的颜料浆一起在300rpm下分散30min，过筛出料，即得新型水性膨胀型阻燃涂料。该涂料制得涂层的氧指数为30.5%，冷水浸泡48h涂层无起层、发泡、脱落现象。

本发明由于加了膨胀型阻燃剂，提高了产品的使用性能，下面的对比例中没有膨胀型阻燃剂，产品的使用性能不好。

对比例

准确称取35.0g的钛白粉、35.0g的多孔粉石英、120g的水、0.4g的润湿剂、1g的分散剂及0.3g的消泡剂，加入砂磨机中研磨15min，得到浆料，砂磨机的转速为1200rpm；将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量60g的丙烯酸树脂乳液、4.5g的成膜助剂Texanol、0.3g的 AMP 95、0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述高速分散机中，与研磨得到的浆料一起在600rpm下分散20min，过筛出料，即得普通乳胶漆。该涂料制得涂层的氧指数为21%，冷水浸泡40h涂层无起层、发泡、脱落现象。

上述实施例一至实施例八制备的新型水性膨胀型阻燃涂料及对比例制备的普通乳胶漆的阻燃性能、耐水性分别依据标准GB/T 2406.2-2009、GB/T 1733-1993测定。

以上是对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形，仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种新型水性膨胀型阻燃涂料，其特征在于该阻燃涂料包括15-20%的水性成膜基体、15-30%的膨胀型阻燃体系、10-15%的钛白粉、0-10%的多孔粉石英、0.75-1.60%第一助剂、0.75-3.40%第二助剂及35-50%的水，以上皆为质量百分比。

2.根据权利要求1所述的新型水性膨胀型阻燃涂料，其特征在于所述膨胀型阻燃体系包括多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝及新型三嗪类成炭剂，多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝与新型三嗪类成炭剂的质量比例为5:1-1:1；其中：

所述多聚磷酸铵是高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，结构式为：

，

其中n≥1500；

所述多聚磷酸密胺的结构式为：

，

n≥1000；

所述新型三嗪类成炭剂的结构式为：

式中：X是NH、O或S；R是含1-18个碳的直链或支链烷基或含有氧、氮元素直链或支链烷基或苯基或二苯甲基或二苯酮基或二苯硫醚基或二苯二硫醚基或碳酸二苯酯基或磷酸二苯酯基或其衍生物基。

3.根据权利要求1所述的新型水性膨胀型阻燃涂料，其特征在于所述水性成膜基体是丙烯酸树脂乳液、聚氨酯乳液、醇酸树脂乳液、环氧树脂乳液、水性丙烯酸树脂溶液、水性聚氨酯溶液、水性醇酸树脂溶液、水性环氧树脂溶液其中的一种。

4.根据权利要求1所述的新型水性膨胀型阻燃涂料，其特征在于所述钛白粉为金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉其中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的新型水性膨胀型阻燃涂料，其特征在于所述多孔粉石英为400目、800目、1250目其中的一种。

6.根据权利要求1所述的新型水性膨胀型阻燃涂料，其特征在于所述第一助剂包括5-20%的润湿剂、30-70%的分散剂、2-20%的消泡剂及5-30%的增稠剂；第二助剂包括10-40%的成膜助剂、5-20%的消泡剂、1-20%的增稠剂、0-10%杀菌剂、0-10%的防腐剂、0-30%pH调节剂中的几种。

7.根据权利要求1所述的新型水性膨胀型阻燃涂料的制备工艺，其特征在于所述方法包括以下步骤：将15-30%的膨胀型阻燃剂、10-15%的钛白粉、0-10%的多孔粉石英、35-40%的水及0.75-1.60%的第一助剂加入到砂磨机中研磨15-20min，砂磨机的转速为1000-1500rpm，得到颜料浆；将上述获得的颜料浆加入到15-20%的水性成膜基体中，然后加入0.75-3.40%的第二助剂，在高速分散机中分散20-30min，高速分散机的转速为300~600rpm，过筛出料，即得到新型水性膨胀型阻燃涂料。