CN110922816B - 一种低voc含量的水性膨胀钢结构防火涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料及其制备方法。该防火涂料通过以下原料制备而成：聚有机硅氧烷乳液、水溶性三聚氰胺甲醛树脂、聚丙烯、阻燃体系、聚乙烯醇、尿素、季戊四醇、二氧化钛。本发明制备的防火涂料，首先采用聚乙二醇单甲醚‑聚乳酸嵌段共聚物对阻燃剂进行包覆，包覆后的阻燃剂能够显著改善其与成膜剂的相容性，且能够增加涂膜的力学性能，制备的涂料具有优异的耐水性、耐候性及抗紫外线性能。本发明制备的防火涂料，防火效率高，形成的膨胀层发泡细而致密，附着力好，形成的碳化层较硬，且能够增加发泡层的高度，阻燃效果好且稳定性好，不易分层。

Description

一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料及其制备方法。
背景技术
防火涂料是一种功能涂料，能有效防止或延缓火势蔓延，与金属类防火材料相比，还具有隔热性好、密度低、易施工、成本低等优点，被广泛应用于钢结构、电缆、隧道和飞机等诸多场所的防火保护。水性膨胀型防火涂料，具有优异的环保特性，用于保护钢结构，同时，还具有装饰性，在耐水性、降低成本等方面也在不断取得进展和突破。
目前的水性防火涂料在应用过程中，因为水的表面张力大，涂膜极易产生缩孔，且对抗机械作用力的分散稳定性较差，涂膜易产生麻点。防火涂料中，阻燃剂的加入能够赋予涂料优异的阻燃性，但是，阻燃剂的加入，体系选择不当，易发生对抗效应，影响阻燃效率，有机磷-氮系阻燃剂加入到涂料体系后，分散稳定性差，与聚合物的相容性差，使聚合物的力学性能、电性能和绝缘性能下降，阻碍了其在工程上的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的水性膨胀型防火涂料的缺点，本发明提供了一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料，该涂料膨胀层厚，导热率非常低，且具有优异的力学性能，阻燃效率高。
本发明还提供了一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料的制备方法。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：
本发明提供了一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料，通过以下重量份原料制备而成：
聚有机硅氧烷乳液 10～15%
水溶性三聚氰胺甲醛树脂 3～5%
聚丙烯 25～30%
阻燃体系 25～28%
聚乙烯醇 5～8%
尿素 10～12%
季戊四醇 8～10%
二氧化钛 2～3%。
本发明所使用的阻燃体系是以聚乳酸-聚乙二醇共聚物为载体负载三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯及6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油
组成。
上述阻燃体系通过以下方法制备而成：
（1）聚合反应釜进行抽真空、氮气置换至氧含量为0后备用，将重量份的聚乙二醇单甲醚加入到反应釜中，套管式加热至130℃，边搅拌边加入L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、十二烷基硫醇和异丙醇铝，搅拌过程中，不断充入氮气；
（2）将混合反应物在120℃下搅拌反应20-24h，然后加入甲醇，边搅拌边加入三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油酯-6-氧化物，继续搅拌40-50min，。
进一步的，所述聚乙二醇单甲醚的分子量为5000；所述聚乙二醇单甲醚、L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、十二烷基硫醇和异丙醇铝的质量比为1：1.0-1.1：0.05-0.06：0.001-0.002。
进一步的，所述混合反应物和甲醇的料液比为1g:0.5mL。
进一步的，所述混合反应物、三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油的质量比为1：0.3：0.7。
本发明还提供了一种上述低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料的制备方法,包括以下步骤：将聚乙烯醇、尿素、季戊四醇、二氧化钛混合均匀后，进行研磨，然后加入阻燃体系，搅拌均匀后加入聚有机硅氧烷乳液、水溶性三聚氰胺甲醛树脂和聚丙烯，搅拌均匀后，即制备成水性膨胀钢结构防火涂料。
本发明的有益效果为：
（1）本发明制备的防火涂料，首先采用聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物对阻燃剂进行包覆，包覆后的阻燃剂能够显著改善其与成膜剂的相容性，且能够增加涂膜的力学性能，制备的涂料具有优异的耐水性、耐候性及抗紫外线性能。
（2）本发明制备的防火涂料，防火效率高，形成的膨胀层发泡细而致密，附着力好，形成的碳化层较硬，且能够增加发泡层的高度，阻燃效果好且稳定性好，不易分层。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
本发明所使用的原料如无特殊说明，均为市售产品。
实施例1
一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料,配方为：聚有机硅氧烷乳液10%、水溶性三聚氰胺甲醛树脂5%、聚丙烯28%、阻燃体系27%、聚乙烯醇5%、尿素12%、季戊四醇10%、二氧化钛3%。
所述阻燃体系通过以下方法制备而成：
（1）聚合反应釜进行抽真空、氮气置换至氧含量为0后备用，将10份聚乙二醇单甲醚（分子量为5000）加入到反应釜中，套管式加热至130℃，边搅拌边加入10份L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、0.05份十二烷基硫醇和0.001份异丙醇铝，搅拌过程中，不断充入氮气进行置换；
（2）将混合反应物在120℃下搅拌反应20h，然后每g混合反应物加入0.5mL的甲醇，每份混合反应物中边搅拌边加入0.3份三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和0.7份6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油酯-6-氧化物，继续搅拌50min。
防火涂料制备方法如下：将聚乙烯醇、尿素、季戊四醇、二氧化钛混合均匀后，进行研磨，然后加入阻燃体系，搅拌均匀后加入聚有机硅氧烷乳液、水溶性三聚氰胺甲醛树脂和聚丙烯，搅拌均匀后，即制备成水性膨胀钢结构防火涂料。
实施例2
一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料,配方为：聚有机硅氧烷乳液12%、水溶性三聚氰胺甲醛树脂3%、聚丙烯30%、阻燃体系25%、聚乙烯醇8%、尿素10%、季戊四醇10%、二氧化钛2%。
所述阻燃体系通过以下方法制备而成：
（1）聚合反应釜进行抽真空、氮气置换至氧含量为0后备用，将10份聚乙二醇单甲醚（分子量为5000）加入到反应釜中，套管式加热至130℃，边搅拌边加入11份L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、0.06份十二烷基硫醇和0.001份异丙醇铝，搅拌过程中，不断充入氮气进行置换；
（2）将混合反应物在120℃下搅拌反应24h，然后每g混合反应物加入0.5mL的甲醇，每份混合反应物中边搅拌边加入0.3份三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和0.7份6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油酯-6-氧化物，继续搅拌50min。
防火涂料制备方法同实施例1。
实施例3
一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料,配方为：聚有机硅氧烷乳液15%、水溶性三聚氰胺甲醛树脂4%、聚丙烯25%、阻燃体系28%、聚乙烯醇6%、尿素11%、季戊四醇8%、二氧化钛3%。
所述阻燃体系通过以下方法制备而成：
（1）聚合反应釜进行抽真空、氮气置换至氧含量为0后备用，将10份聚乙二醇单甲醚（分子量为5000）加入到反应釜中，套管式加热至130℃，边搅拌边加入10份L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、0.05份十二烷基硫醇和0.001份异丙醇铝，搅拌过程中，不断充入氮气进行置换；
（2）将混合反应物在120℃下搅拌反应24h，然后每g混合反应物加入0.5mL的甲醇，每份混合反应物中边搅拌边加入0.3份三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和0.7份6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油酯-6-氧化物，继续搅拌50min。
防火涂料制备方法同实施例1。
对比例1
一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料,配方为：聚有机硅氧烷乳液10%、水溶性三聚氰胺甲醛树脂5%、聚丙烯28%、阻燃体系27%、聚乙烯醇5%、尿素12%、季戊四醇10%、二氧化钛3%。
所述阻燃体系是由三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油酯-6-氧化物按质量比3：7组成。
防火涂料制备方法同实施例1。
对比例2
一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料,配方为：聚有机硅氧烷乳液10%、水溶性三聚氰胺甲醛树脂5%、聚丙烯28%、阻燃体系27%、聚乙烯醇5%、尿素12%、季戊四醇10%、二氧化钛3%。
所述阻燃体系通过以下方法制备而成：
（1）聚合反应釜进行抽真空、氮气置换至氧含量为0后备用，将10份聚乙二醇单甲醚（分子量为5000）加入到反应釜中，套管式加热至130℃，边搅拌边加入10份L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、0.05份十二烷基硫醇和0.001份异丙醇铝，搅拌过程中，不断充入氮气进行置换；
（2）将混合反应物在120℃下搅拌反应20h，然后每g混合反应物加入0.5mL的甲醇，每份混合反应物中边搅拌边加入1份三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯，继续搅拌50min。
防火涂料制备方法同实施例1。
对比例3
一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料,配方为：聚有机硅氧烷乳液10%、水溶性三聚氰胺甲醛树脂5%、聚丙烯28%、阻燃体系27%、聚乙烯醇5%、尿素12%、季戊四醇10%、二氧化钛3%。
所述阻燃体系通过以下方法制备而成：
（1）聚合反应釜进行抽真空、氮气置换至氧含量为0后备用，将10份聚乙二醇单甲醚（分子量为5000）加入到反应釜中，套管式加热至130℃，边搅拌边加入10份L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、0.05份十二烷基硫醇和0.001份异丙醇铝，搅拌过程中，不断充入氮气进行置换；
（2）将混合反应物在120℃下搅拌反应20h，然后每g混合反应物加入0.5mL的甲醇，每份混合反应物中边搅拌边加入1份6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油酯-6-氧化物，继续搅拌50min。
防火涂料制备方法同实施例1。
对比例4
一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料,配方为：聚有机硅氧烷乳液10%、水溶性三聚氰胺甲醛树脂5%、聚丙烯28%、阻燃体系27%、尿素12%、季戊四醇10%、二氧化钛3%。
阻燃体系及制备方法同实施例1。
效果实施例1
将实施例及对比例制备的涂料，按照防火涂料施工工艺涂刷在钢板上，每个实验组平行试验10次，涂层厚度为600-700μm，室温下干燥7d，首先观察开裂情况及干燥情况，具体结果见表1。
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE001
将制备的钢板然后进行烃类火灾耐火性能测试：最终统计膨胀层的膨胀高度，耐火时间及起始分解温度，设置条件：温度为1093±80℃，热流量为4500BTU，具体结果见表2。
表2
Figure 302105DEST_PATH_IMAGE002
将火灾模拟后的钢板表面的碳化层发泡情况、及附着力等进行观察统计，具体结果见表3。
表3
Figure DEST_PATH_IMAGE003
效果实施例2
将实施例及对比例制备的涂料按照GB12441-2005进行理化性能检测，储存稳定性按照GB6753.3-86进行检测，具体测试结果见表4。
表4
Figure 547142DEST_PATH_IMAGE004

Claims (5)

1.一种低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，通过以下重量份原料制备而成：
聚有机硅氧烷乳液 10～15%
水溶性三聚氰胺甲醛树脂 3～5%
聚丙烯 25～30%
阻燃体系 25～28%
聚乙烯醇 5～8%
尿素 10～12%
季戊四醇 8～10%
二氧化钛 2～3%；
所述阻燃体系是以聚乳酸-聚乙二醇共聚物为载体负载三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯及6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油组成；
所述阻燃体系通过以下方法制备而成：
（1）聚合反应釜进行抽真空、氮气置换至氧含量为0后备用，将重量份的聚乙二醇单甲醚加入到反应釜中，套管式加热至130℃，边搅拌边加入L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、十二烷基硫醇和异丙醇铝，搅拌过程中，不断充入氮气；
（2）将混合反应物在120℃下搅拌反应20-24h，然后加入甲醇，边搅拌边加入三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油酯-6-氧化物，继续搅拌40-50min即可。
2.根据权利要求1所述的低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，所述聚乙二醇单甲醚的分子量为5000；所述聚乙二醇单甲醚、L-3,6-二甲基-2,5-二酮-1,4-二氧杂环己烷、十二烷基硫醇和异丙醇铝的质量比为1：1.0-1.1：0.05-0.06：0.001-0.002。
3.根据权利要求1-2任一项所述的低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，所述混合反应物和甲醇的料液比为1g:0.5mL。
4.根据权利要求1所述的低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料，其特征在于，所述混合反应物、三（2，6，7-三氧杂-1-氧基磷杂双环[2.2.2]辛烷-4-亚甲基）磷酸酯和6H-二苯并[C,E][1,2]氧代磷酸甘油的质量比为1：0.3：0.7。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的低VOC含量的水性膨胀钢结构防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将聚乙烯醇、尿素、季戊四醇、二氧化钛混合均匀后，进行研磨，然后加入阻燃体系，搅拌均匀后加入聚有机硅氧烷乳液、水溶性三聚氰胺甲醛树脂和聚丙烯，搅拌均匀后，即制备成水性膨胀钢结构防火涂料。
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