CN111205714A - 含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料及其制备工艺，特点是：将10‑25%的“三源合一”阻燃剂，0‑15%的钛白粉、30‑40%的水、0.5‑1.2%的第一助剂加入砂磨机中1000‑1500r/min下研磨15‑20min，得到颜料浆；将上述获得的颜料浆加入到25‑45%的水性成膜基体中，然后加入0.75‑2.8%的第二助剂，在高速分散机中300‑600r/min下分散20‑30min，过筛出料，即得到水性膨胀型阻燃涂料。其优点是：集气源、酸源、氮源与一体，即简化了阻燃体系的组成又提高了阻燃效率。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃涂料技术领域，具体来讲是一种含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料及其制备方法。
背景技术
工业上常用的阻燃涂料生产方法是在常规的涂料中添加阻燃剂。最常用的阻燃剂可分为含卤阻燃剂（尤其是含溴阻燃剂）、金属氢氧化物和膨胀型阻燃剂等三类。含卤阻燃剂阻燃效果好，尤其是溴系阻燃剂（如十溴二苯乙烷等）与三氧化二锑（Sb2O3）的复配体系，具有广谱的阻燃性能，但该类阻燃剂燃烧时会释放大量的有毒有害气体（卤代氢和二噁英等），严重危害生命安全和环境安全。金属氢氧化物在燃烧过程中释放出水蒸气，起到稀释可燃性气体，生成的金属氧化物覆盖在材料表面，起到阻隔作用，具有无毒、无污染等优点，但阻燃效率较低、与聚合物基料相容性差。
膨胀型阻燃剂是最为常用的阻燃体系，以磷-氮为主要阻燃元素，燃烧时能形成膨胀致密的炭层，阻隔空气、可燃性物质和热量的传递，从而实现阻燃作用。公开号是CN102277030A、名称是“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。公开号是CN104610794A、名称是“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。公开号是CN108504266A、名称是“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，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。公开号是CN107418346A、名称是“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。公开号是CN108912939A、名称是“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，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，开发新的阻燃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，提供一种含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料及其制备方法，其集气源、酸源、氮源与一体，即简化了阻燃体系的组成又提高了阻燃效率。
为了达到上述目的，本发明的一种含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，其特征在于该阻燃涂料包括25-45%的水性成膜基体、10-25%的“三源合一”阻燃剂、0-15%钛白粉、0.5-1.2%第一助剂、0.75-2.8%第二助剂及30-40%水，以上皆为质量份。
在本技术方案中，所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，其特征在于所述“三源合一”阻燃剂可以单独使用，也可以与多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝复配使用，多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝与 “三源合一”阻燃剂的质量比例为4:1-1:4；其中：
所述“三源合一”阻燃剂的结构式为：
式中：Y为NH或O；X为苯基、苯氧基、苯氨基及带有取代基的苯基或苯氧基或苯氨基中的一种；R为含1-18个碳的直链或支链烷基，対苯基、间苯基或邻苯基中的一种；
所述多聚磷酸铵是高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，聚合度n≥1500；
所述多聚磷酸密胺的聚合度n≥1000。
在本技术方案中，所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，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。
在本技术方案中，所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，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。
在本技术方案中，所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，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%的pH调节剂中的几种。
在本技术方案中，所述的含“三源合一”阻燃剂的水性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10-25%的“三源合一”阻燃剂， 0-15%的钛白粉、30-40%的水、0.5-1.2%的第一助剂加入砂磨机中1000-1500r/min下研磨15-20min，得到颜料浆；将上述获得的颜料浆加入到25-45%的水性成膜基体中，然后加入0.75-2.8%的第二助剂，在高速分散机中300-600r/min下分散20-30min，过筛出料，即得到水性膨胀型阻燃涂料。
本发明与现有技术相比的优点是：其集气源、酸源、氮源与一体，即简化了阻燃体系的组成又提高了阻燃效率。
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。
实施例一
准确称取300g的水、250g的“三源合一”阻燃剂（FR1）、0.2g的润湿剂、0.6g的分散剂及0.2g的消泡剂，并将它们加入砂磨机中，1000rpm下研磨15min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量310g的丙烯酸树脂乳液、100g的水、15g的成膜助剂Texanol、0.2g 的AMP 95及0.5g的碱溶胀型增稠剂，添加至上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在600rpm下分散20min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为28.0%。
（FR1）
实施例二
准确称取50g的金红石型钛白粉、300g的水、160g的多聚磷酸铵（APP）、40g的“三源合一”阻燃剂（FR2）、0.6g的润湿剂、1.8g的分散剂及0.5g的消泡剂，并将它们加入砂磨机中，1200rpm下研磨15min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量300g的环氧树脂乳液、15g的成膜助剂Texanol、0.5g 的AMP 95及0.5g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在500rpm下分散25min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为26.5%。
实施例三
准确称取150g的金红石型钛白粉、300g的水、100g的多聚磷酸密胺（MPP）、50g的“三源合一”阻燃剂（FR3）、0.9g的润湿剂、2.7g的分散剂及0.5g的消泡剂，并将它们加入砂磨机中，1000rpm下研磨20min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量380g的聚氨酯乳液、15g的成膜助剂Texanol、0.5g 的AMP 95及0.5g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在300rpm下分散30min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为28.0%。
实施例四
准确称取100g的锐钛型钛白粉、300g的水、100g的焦磷酸哌嗪、100g的“三源合一”阻燃剂（FR4）、0.6g的润湿剂、1.8g的分散剂及0.6g消泡剂，并将它们加入砂磨机中，1200rpm下研磨18min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量400g的醇酸树脂乳液、20g的成膜助剂Texanol、0.5g的 AMP 95及0.5g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在400rpm下分散28min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为26.5%。
实施例五
准确称取70g的锐钛型钛白粉、350g的水，70g的次磷酸铝、210g的“三源合一”阻燃剂（FR5）、0.8g的润湿剂、2.4g的分散剂及0.5g的消泡剂，并将它们加入砂磨机中，1200rpm下研磨15min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量300g的水性丙烯酸树脂溶液、0.5g 的AMP 95及0.5g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在600rpm下分散20min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为27.0%。
实施例六
准确称取50g的金红石型钛白粉、300g的水，50g的多聚磷酸铵（APP）、200g的“三源合一”阻燃剂（FR6）、0.3g的润湿剂、1.2g的分散剂及0.2g的消泡剂，加入砂磨机中，1100rpm下研磨18min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量600g的水性环氧树脂溶液、0.5g的 AMP 95及0.5g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在450rpm下分散25min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为29.0%。
实施例七
准确称取150g的金红石型钛白粉、300g的水、50g的焦磷酸哌嗪、50g的“三源合一”阻燃剂（FR1）、0.3g的润湿剂、0.9g的分散剂及0.3g的消泡剂，并将它们加入砂磨机中，1200rpm下研磨15min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量450g的水性聚氨酯溶液、0.2g 的AMP 95及0.3g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在600rpm下分散20min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为28.5%。
实施例八
准确称取50g的金红石型、50g的锐钛型钛白粉、300g的水、100g的次磷酸铝、50g的“三源合一”阻燃剂（FR6）、0.5g的润湿剂、1.5g的分散剂及0.2g的消泡剂，加入砂磨机中，1200rpm下研磨15min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量450g的水性醇酸树脂溶液、0.3g的AMP 95及0.5g的碱溶胀型增稠剂，添加到上述分散缸中，与研磨得到的浆料一起在600rpm下分散20min，过筛出料，即得含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，该涂料制得涂层的氧指数为28.0%。
对比例
准确称取60.0g的金红石型钛白粉、120g的水、0.4g的润湿剂、1g的分散剂及0.3g的消泡剂，并将它们加入砂磨机中，1200rpm下研磨15min，将得到的浆料转移到高速分散机中，再准确称量90g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，添加到上述分散缸中，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%。
上述实施例一至实施例八制备的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料及对比例制备的普通乳胶漆的阻燃性能均依据标准GB/T 2406.2-2009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 (6)
1.一种含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，其特征在于该阻燃涂料包括25-45%的水性成膜基体、10-25%的“三源合一”阻燃剂、0-15%的钛白粉、0.5-1.2%的第一助剂、0.75-2.8%的第二助剂及30-40%的水，以上皆为质量份。
2.根据权利要求1所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，其特征在于所述 “三源合一”阻燃剂可以单独使用，也可以与多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝复配使用，多聚磷酸铵或多聚磷酸密胺或焦磷酸哌嗪或次磷酸铝与 “三源合一”阻燃剂的质量比例为4:1-1:4；其中：
所述“三源合一”阻燃剂的结构式为：
式中：Y为NH或O；X为苯基、苯氧基、苯氨基及带有取代基的苯基或苯氧基或苯氨基中的一种；R为含1-18个碳的直链或支链烷基，対苯基、间苯基或邻苯基中的一种；
所述多聚磷酸铵是高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸铵，聚合度n≥1500；
所述多聚磷酸密胺的聚合度n≥1000。
3.根据权利要求1所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，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所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，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所述的含“三源合一”阻燃剂的水性阻燃涂料，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%的杀菌剂、0-10%的防腐剂、0-30%的pH调节剂中的几种。
6.根据权利要求1所述的含“三源合一”阻燃剂的水性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10-25%的“三源合一”阻燃剂，0-15%的钛白粉、30-40%的水、0.5-1.2%的第一助剂加入砂磨机中1000-1500r/min下研磨15-20min，得到颜料浆；将上述获得的颜料浆加入到25-45%的水性成膜基体中，然后加入0.75-2.8%的第二助剂，在高速分散机中300-600r/min下分散20-30min，过筛出料，即得到水性膨胀型阻燃涂料。
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