CN110643280A - 一种耐高温的阻燃粉末涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温的阻燃粉末涂料及其制备方法，所述粉末涂料由以下重量份数原料制备而成：有机硅树脂30‑60份、环氧树脂30‑60份、改性双氰胺3.4‑6.8份、二甲基咪唑0.2‑0.4份、硅微粉10‑20份、云母粉10‑20份、砂纹剂0.3‑0.6份、阻燃剂30‑60份、碳黑1.2‑2.4份。本发明制备得到的粉末涂料经喷涂固化后形成的涂膜在不影响涂膜流平、抗冲击等机械性能的前提下，兼具优异的耐高温、防火阻燃性能。而且，本发明的粉末涂料，制备方法简单，可进行工业化生产。

Description

一种耐高温的阻燃粉末涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末涂料技术领域，具体是一种耐高温的阻燃粉末涂料及其制备方法。

背景技术

粉末涂料指的是一种新型的不含溶剂100%固体粉末状涂料，由成膜树脂、助剂、颜料、填料等混合、粉碎、过筛而成，涂装施工则需要静电喷涂和烘烤成膜。与普通溶剂型涂料及水性涂料是完全不同的形态，它是以微细粉末的状态存在的，它的分散介质不是溶剂和水，而是空气。它具有无溶剂、无污染、可回收、环保、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点。

阻燃型粉末涂料具有防燃、阻燃、隔热的功能，它主要用于电机、家用电器零配件、电烘箱、发电机组零部件、变压器、防盗门、汽车零部件等用电领域的涂装。随着此类工业的发展，对阻燃涂料功能的要求更为严格。但粉末涂料的主要原料树脂等高分子聚合物一般阻燃性差，在许多领域应用受到限制。目前市场上大多数粉末涂料不具有阻燃性能或者阻燃效果较差，在遇到火灾时，容易被点燃和助燃，给人身安全带来威胁。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温的阻燃粉末涂料及其制备方法，该粉末涂料经喷涂固化后形成的涂膜在不影响涂膜流平、抗冲击等机械性能的前提下，兼具优异的耐高温、防火阻燃性能。而且，本发明的粉末涂料，制备方法简单，可进行工业化生产。

本发明的技术方案以下面方式实现：

一种耐高温的阻燃粉末涂料，由以下重量份数原料制备而成：有机硅树脂30-60份、环氧树脂30-60份、改性双氰胺3.4-6.8份、二甲基咪唑0.2-0.4份、硅微粉10-20份、云母粉10-20份、砂纹剂0.3-0.6份、阻燃剂30-60份、碳黑1.2-2.4份。

所述环氧树脂为双酚A 型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或者两种混合物。

所述改性双氰胺为糠醛改性双氰胺。

所述云母粉为超细白云母粉。

所述阻燃剂包括溴系阻燃剂和磷系阻燃剂，溴系阻燃剂和磷系阻燃剂的重量比优选1:2。

所述溴系阻燃剂为多溴联苯、十溴二苯醚、六溴环十二烷、四溴双酚A中的一种或者两种以上组合物。

所述磷系阻燃剂为聚合度在500以上的聚磷酸铵、磷酸酯中的一种或者其组合物。

本发明所使用的各原料的功能介绍如下：

有机硅树脂通常由有机氯硅烷经水解缩合而成，分子上有活性基团，属热固性树脂。有机硅树脂最突出的性能是优异的热氧化稳定性和电绝缘性，还具有卓越的耐潮、防水、防锈、耐寒、耐臭氧和耐候性能，对绝大多数含水的化学试剂如稀矿物酸的耐腐蚀性能良好，但耐溶剂的性能较差。有机硅树脂中具有-Si-O-Si- 结构，显示出优良的耐候性、耐热性、抗玷污性和化学稳定等性能。硅树脂的固化交联大致有三种方式：一是利用硅原子上的羟基进行缩水聚合交联而成网状结构，这是硅树脂固化所采取的主要方式；二是利用硅原子上连接的乙烯基，采用有机过氧化物为触媒，类似硅橡胶硫化的方式；三是利用硅原子上连接的乙烯基和硅氢键进行加成反应的方式。有机硅树脂具有非常优异的耐水性和低表面张力性，提高了产品涂膜的耐水性，使长期与水接触的涂膜不被水渗透到涂层内部，避免了涂膜被水破坏；同时，它降低了涂膜的表面张力，使得混凝土不易附着在涂膜表面，易于基材清洗重复利用。

环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称，是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。环氧树脂作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水抗渗漏好、强度高等特点，同时具有附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且价格适中。在环氧树脂的结构中有羟基(-CH-OH)、醚基(-O-)和极为活泼的环氧基存在，羟基和醚基有高度的极性，使环氧分子与相邻界面产生了较强的分子间作用力，而环氧基团则与介质表面(特别是金属表面)的游离键起反应，形成化学键。以环氧树脂为基体开发的环氧粉末涂料性能优异，例如具有较低的熔融温度，涂膜流平性及外观质量好；对金属底材的附着力好；固化后的涂膜硬度高，抗拉性好；具有优良的物理力学性能、耐腐蚀性能和耐化学性能等，因而应用广泛。双酚A 型环氧树脂（E型环氧树脂）不仅产量最大，品种最全，而且新的改性品种仍在不断增加，质量正在不断提高。酚醛环氧树脂（F型环氧树脂）环氧基含量高，黏度较大，固化后产物交联密度高，其纤维增强塑料具有良好的物理机械性能，耐热性高于E型环氧树脂。以酚醛环氧树脂为主体的粉末涂料对金属底材有良好的粘附力，且具有优异的机械性能，用有机硅树脂对酚醛环氧树脂改性，可提高此类粉末涂料的耐高温性能。

改性双氰胺为环氧树脂的固化剂，双氰胺作为环氧树脂的固化剂有优异的潜伏性，固化产物有较好的机械性能和电性能。双氰胺是氰胺的二聚体，也是胍的氰基衍生物。糠醛改性双氰胺是一种有工业化价值的潜伏型固化剂，其潜伏性与双氰胺相同，固化温度明显降低，收率达90%以上，且糠醛价格较低。

二甲基咪唑：白色棱状结晶，熔点29-30℃，密度1.0800，沸点204℃。二甲基咪唑主要用作环氧树脂和其他树脂的固化剂，用于有机物合成。二甲基咪唑作为环氧树脂的中温固经剂时，可以单独使用，但主要用作粉末成型和粉末涂装的固化促进剂，和改性双氰胺搭配使用可以有效促进环氧树脂的固化效果。

硅微粉是由天然石英(SiO₂)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO₂)经破碎、球磨(或振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。硅微粉外观为灰色或灰白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热系数高、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能。

云母粉是一种非金属矿物，含有多种成分，其中主要有SiO₂，含量一般在49%左右，Al₂O₃含量在30%左右。云母粉具有良好的弹性、韧性、绝缘性、耐高温、耐酸碱、耐腐蚀、附着力强等特性，是一种优良的添加剂。云母粉是一种层状结构的硅酸盐，结构由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成的复式硅氧层。超细白云母粉可以更好的提高粉末涂料的机械强度，增强韧性、附着力、抗老化、耐腐蚀性以及耐酸性。云母粉是很有价值的阻燃填料，如果配合有机卤阻燃剂，可制得阻燃性和防火性涂料。

砂纹系列助剂利用助剂与熔融涂层的表面张力或者相容性差异，或影响涂层的熔融黏度和固化速度，应用于粉末涂料中起到物理分隔、消光起砂、增加硬度等效果。调整其添加量可作出细小均匀的砂纹粉末，亦可做斑纹粉末或者细桔纹粉末。

溴系阻燃剂其主要作用机理是溴系阻燃剂受热分解生成HBr，而HBr能捕获传递燃烧链式反应的活性自由基(如OH·O·和H·)，生成活性较低的溴自由基，致使燃烧减缓或中止。溴系阻燃剂作为有机阻燃剂，价格低廉、稳定性好、添加量少、与合成树脂材料的相容性好，而且能保持阻燃剂制品原有的理化性能。溴系阻燃剂的优点在于它们的分解温度大多在200℃-300℃左右，与各种高聚物的分解温度相匹配，因此能在最佳时刻于气相及凝聚相同时起到阻燃作用，有添加量最小、效果最好的美称。溴系阻燃剂阻燃效率高，是氯系阻燃剂的两倍，因此相对用量少，又由于它与基体树脂互容性好，对材料的力学性能影响小，在阻燃领域有着很重要的地位。溴化物科学与环境论坛(BDEF)、溴系阻燃剂生产商会(BFRIP)和欧洲溴系阻燃剂生产商会(EBFRIP)完成了多项研究报告，显示溴系阻燃剂能显著减少阻燃高聚物燃烧时有毒气体的排放，而有利于环境。

有机磷系阻燃剂大都具有低烟、无毒、低卤、无卤等优点，符合阻燃剂的发展方向，具有很好的发展前景。磷系阻燃剂的作用机理，是阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。

碳黑是一种无定形碳，轻、松而极细的黑色粉末，比表面积非常大，是有机物（天然气、重油、燃料油等）在空气不足的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。碳黑作为粉末涂料的着色剂，成本低，着色效果好。

所述粉末涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）按质量份数称取有机硅树脂、环氧树脂、改性双氰胺、二甲基咪唑、硅微粉、云母粉、砂纹剂、阻燃剂、碳黑，置于高速混料机中充分混合，持续混合15-20min，得混合物料；

（2）将制得的混合物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温熔融共混挤出，得固化料；

（3）将固化料在破碎机中粗粉碎，再采用空气分级磨细粉碎，最后旋风分离后过筛，即得粉末涂料。

步骤（2）中挤出一区温度为100-110℃，挤出二区温度为115-125℃。

本发明的有益效果是：

本发明的粉末涂料以环氧树脂和有机硅树脂为主要成分，环氧树脂的分子结构中存在大量苯环、醚键和羟基，在基材(特别是金属基材)表面具有优异的附着力；有机硅树脂具有优异的热氧化稳定性和电绝缘性；有机硅树脂作为环氧树脂的一种有效改性剂，它能改善环氧树脂的性能。有机硅的主链由Si-O键组成，键能大于C-C键和C-O键，有着更好的柔性，能增加环氧树脂的韧性；此外，-Si-O-Si-键角比通常的四面体键角更大。这些结构特征使聚合物有足够的流动性来吸收冲击能量，从而更大程度地提高聚合物的抗冲击性。有机硅改性环氧树脂聚合物由于骨架上含有Si-O-Si键，且Si-O键比C-C键和C-O键具有更大的键能，从而对所连接的基团起到屏蔽作用，提高了聚合物的耐热性。因此，有机硅改性环氧树脂具有优异的耐热和耐紫外线性能，还具有良好的疏水性、力学性能、电绝缘性能等。

本发明的粉末涂料除了具有优异的耐热性能外，还具有突出的阻燃性能。含有Si-O键或Si-C键的硅氧烷一方面可以隔绝材料与氧气的接触，减少材料的热分解，一方面又可以阻止材料燃烧时分解生成的产物逸出。在本发明中，有机硅树脂、硅微粉、云母粉、磷系阻燃剂、溴系阻燃剂从不同的阻燃机理起协同阻燃效果，使得到的粉末涂料具有更好的阻燃效果，且有机硅树脂、硅微粉、云母粉的使用能减少磷系阻燃剂、溴系阻燃剂的用量。云母粉还能增加环氧树脂的绝缘性能。

环氧树脂在未固化前是呈热塑性的线型结构，使用时必须加入固化剂，固化剂与环氧树脂的环氧基等反应，变成网状结构的大分子，成为不溶且不熔的热固性成品。在本发明中使用改性双氰胺作为环氧树脂的固化剂，具有优异的潜伏性，固化产物有较好的机械性能和电性能。二甲基咪唑能促进有机硅树脂固化，同时能促进改性双氰胺对环氧树脂的固化效果。

通过本发明的方法制备得到的阻燃粉末涂料经喷涂固化后形成的涂膜在不影响涂膜流平、抗冲击等机械性能的前提下，兼具优异的耐高温、防火阻燃性能。涂膜的性能如下：最高耐温可达600℃；抗冲击强度可达150kg/cm；粘结强度大于2.5MPa；阻燃性可达UL94标准中的V0级。

具体实施方式

为了更加详细的介绍本发明，下面结合实施例，对本发明做进一步说明。

实施例1

一种耐高温的阻燃粉末涂料，由以下重量份数原料制备而成：有机硅树脂30份、环氧树脂30份、改性双氰胺3.4份、二甲基咪唑0.2份、硅微粉10份、云母粉10份、砂纹剂0.3份、阻燃剂30份、碳黑1.2份。

所述有机硅树脂购自广州融大化工有限公司。

所述环氧树脂为双酚A 型环氧树脂。

所述改性双氰胺为糠醛改性双氰胺。

所述二甲基咪唑购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述硅微粉购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述云母粉为超细白云母粉，购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述砂纹剂购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述阻燃剂包括溴系阻燃剂和磷系阻燃剂，溴系阻燃剂和磷系阻燃剂的重量比为1:2。

所述溴系阻燃剂为六溴环十二烷。

所述磷系阻燃剂为磷酸酯。

所述碳黑购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述粉末涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）按质量份数称取有机硅树脂、环氧树脂、改性双氰胺、二甲基咪唑、硅微粉、云母粉、砂纹剂、阻燃剂、碳黑，置于高速混料机中充分混合，持续混合15min，得混合物料；

（2）将制得的混合物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温熔融共混挤出，得固化料；

（3）将固化料在破碎机中粗粉碎，再采用空气分级磨细粉碎，最后旋风分离后过筛，即得粉末涂料。

步骤（2）中挤出一区温度为100℃，挤出二区温度为115℃。

实施例2

一种耐高温的阻燃粉末涂料，由以下重量份数原料制备而成：有机硅树脂45份、环氧树脂45份、改性双氰胺5.1份、二甲基咪唑0.3份、硅微粉15份、云母粉15份、砂纹剂0.4份、阻燃剂45份、碳黑1.8份。

所述有机硅树脂购自广州融大化工有限公司。

所述环氧树脂为双酚A 型环氧树脂、酚醛环氧树脂的混合物。

所述改性双氰胺为糠醛改性双氰胺。

所述二甲基咪唑购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述硅微粉购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述云母粉为超细白云母粉，购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述砂纹剂购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述阻燃剂包括溴系阻燃剂和磷系阻燃剂，溴系阻燃剂和磷系阻燃剂的重量比为1:2。

所述溴系阻燃剂为四溴双酚A。

所述磷系阻燃剂为聚合度在500以上的聚磷酸铵、磷酸酯的组合物。

所述碳黑购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述粉末涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）按质量份数称取有机硅树脂、环氧树脂、改性双氰胺、二甲基咪唑、硅微粉、云母粉、砂纹剂、阻燃剂、碳黑，置于高速混料机中充分混合，持续混合18min，得混合物料；

（2）将制得的混合物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温熔融共混挤出，得固化料；

（3）将固化料在破碎机中粗粉碎，再采用空气分级磨细粉碎，最后旋风分离后过筛，即得粉末涂料。

步骤（2）中挤出一区温度为105℃，挤出二区温度为120℃。

实施例3

一种耐高温的阻燃粉末涂料，由以下重量份数原料制备而成：有机硅树脂60份、环氧树脂60份、改性双氰胺6.8份、二甲基咪唑0.4份、硅微粉20份、云母粉20份、砂纹剂0.6份、阻燃剂60份、碳黑2.4份。

所述有机硅树脂购自广州融大化工有限公司。

所述环氧树脂为酚醛环氧树脂。

所述改性双氰胺为糠醛改性双氰胺。

所述二甲基咪唑购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述硅微粉购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述云母粉为超细白云母粉，购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述砂纹剂购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述阻燃剂包括溴系阻燃剂和磷系阻燃剂，溴系阻燃剂和磷系阻燃剂的重量比为1:2。

所述溴系阻燃剂为多溴联苯、十溴二苯醚的组合物。

所述磷系阻燃剂为聚合度在500以上的聚磷酸铵。

所述碳黑购自广州圣圻高分子材料科技有限公司。

所述粉末涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）按质量份数称取有机硅树脂、环氧树脂、改性双氰胺、二甲基咪唑、硅微粉、云母粉、砂纹剂、阻燃剂、碳黑，置于高速混料机中充分混合，持续混合20min，得混合物料；

（2）将制得的混合物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温熔融共混挤出，得固化料；

（3）将固化料在破碎机中粗粉碎，再采用空气分级磨细粉碎，最后旋风分离后过筛，即得粉末涂料。

步骤（2）中挤出一区温度为110℃，挤出二区温度为125℃。

应用实施例

分别用实施例1-3制得的粉末涂料采用静电喷枪喷涂在经表面处理后的基材上，将喷涂后的基材置于205±2℃固化10min，即得粉末涂料涂层。测试所得涂层的各种性能指标，测试结果如下表所示：

将本发明的阻燃粉末涂料用于排烟管道、防火钢材上，厚度为58-60μm，排烟管道、防火钢材的防火效果达到2小时以上。

Claims (6)

1.一种耐高温的阻燃粉末涂料，其特征在于，所述粉末涂料由以下重量份数原料制备而成：有机硅树脂30-60份、环氧树脂30-60份、改性双氰胺3.4-6.8份、二甲基咪唑0.2-0.4份、硅微粉10-20份、云母粉10-20份、砂纹剂0.3-0.6份、阻燃剂30-60份、碳黑1.2-2.4份；

所述环氧树脂为双酚A 型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或者两种混合物；

所述改性双氰胺为糠醛改性双氰胺。

2.根据权利要求1所述耐高温的阻燃粉末涂料，其特征在于，所述云母粉为超细白云母粉。

3.根据权利要求1所述耐高温的阻燃粉末涂料，其特征在于，所述阻燃剂包括溴系阻燃剂和磷系阻燃剂。

4.根据权利要求3所述阻燃剂，其特征在于，所述溴系阻燃剂为多溴联苯、十溴二苯醚、六溴环十二烷、四溴双酚A中的一种或者两种以上组合物。

5.根据权利要求3所述阻燃剂，其特征在于，所述磷系阻燃剂为聚合度在500以上的聚磷酸铵、磷酸酯中的一种或者其组合物。

6.根据权利要求1所述耐高温的阻燃粉末涂料，其特征在于，所述粉末涂料的制备方法包括以下步骤：

（1）按质量份数称取有机硅树脂、环氧树脂、改性双氰胺、二甲基咪唑、硅微粉、云母粉、砂纹剂、阻燃剂、碳黑，置于高速混料机中充分混合，持续混合15-20min，得混合物料；

（2）将制得的混合物料加入到双螺杆挤出机的料斗中，经高温熔融共混挤出，得固化料；

（3）将固化料在破碎机中粗粉碎，再采用空气分级磨细粉碎，最后旋风分离后过筛，即得粉末涂料。