CN114517036B

CN114517036B - 一种功能隔热防火防水防腐涂料

Info

Publication number: CN114517036B
Application number: CN202210094387.6A
Authority: CN
Inventors: 唐柏宁; 岩中伍; 罗和明; 朱运涛
Original assignee: Ningxia Enweitai New Material Technology Co ltd
Current assignee: Ningxia Enweitai New Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-01-26
Filing date: 2022-01-26
Publication date: 2023-02-03
Anticipated expiration: 2042-01-26
Also published as: CN114517036A

Abstract

本发明涉及一种功能隔热防火防水防腐涂料，其成分如下：树脂乳液15～42份、颜填料14～51份、助剂3～6份、防锈功能填料2～6、纳米空心多孔隔热填料3～15份、MOF材料3‑6份、防火功能填料5～10份和去离子水16～50份，纳米陶瓷空心微珠尺寸为500nm，空心玻璃微珠尺寸为1um，制备得到的涂料反射率高达90％，辐射率为0.88，防火等级为A级，防水及防腐性能优异，同时具有较强耐候性及耐化学品性能强，该涂料具有附着力强、固化时间短、使用寿命长等特点。可广泛应用于防火服、防火毯、化学品储罐及民用建筑的外墙，能有效降低太阳辐射热进入建筑及设备内部，减少空调使用时间，实现节能减碳。

Description

一种功能隔热防火防水防腐涂料

技术领域

本发明涉及一种功能隔热防火防水防腐涂料及制备方法，特别适用于消防服、消防毯、建筑外墙、化学品储罐的隔热防火防水及防腐应用。

背景技术

建筑能耗一直占据我国能耗相当大的部分，墙体冬季保温节能的发展比较快，但是墙体夏季隔热节能还没有得到相应的重视。墙体保温材料包括聚氨酯发泡和苯板虽然具有一定的隔热效果，但是其防火能力较差，使得建筑存在安全隐患。而岩棉虽然防火性能较强，但是其重量较大，刮风时存在脱落风险，而且施工成本较高。

另外，目前市面上的消防服和消防毯虽然具有一定的防火能力，但是隔热效果并不好，不能很好的对消防人员及火情中的群众提供完善的保护。在化工领域储罐在春夏两季的隔热防火也是安全生产的重要保障。目前化工储罐表面所涂装的涂料基本都是防腐涂料，功能单一，不具备隔热和防火功能。而市面上的隔热涂料也基本都是只含有少量的反射型二氧化钛，其反射隔热效果有限，并且没有防火功能，在极端情况下并不能为设备实施提供良好的保障。目前大部分化工企业的储罐在夏季依然依靠喷冷淋水的方法避免其温度过高的问题，但是长时间喷淋水又带来新的问题，储罐的锈蚀显著加快，缩短罐体的使用寿命。因此，无论是民用建筑的隔热节能和安全防火，还是化工储存设备的安全隔热防火都需要新的技术和材料。此外，消防领域设备的轻质化和加强功能化也需要类似的隔热防火防水新产品。

为了解决上述问题，本发明公开了一种功能隔热防火防水防腐涂料，该涂料同时具有良好的反射隔热、防火、防水及防腐性能。可显著降低建筑物内部温度，提高防火性能；在化工设备领域可有效降低设备表面及内部介质温度，同时赋予设备设施良好的防火、防水及防腐性能，提高安全系数的同时延长设备设施的使用寿命长。该涂料具有良好的流平性，成膜性及延展性。另外，此涂料对人体和环境友好，不含有机溶剂、不含重金属、苯、甲醛等有害物质。该涂料可广泛适用于各类金属设备、民用建筑外墙表面和消防服、消防毯等装备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种功能隔热防火防水防腐涂料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种功能隔热防火防水防腐涂料，其特征是：按重量份计，包括以下原料：树脂乳液15～42份、颜填料14～51份、助剂3～6份、防锈功能填料2～6、纳米空心多孔隔热填料3～ 15份、MOF材料3-6份，防火功能填料5～10份和去离子水16～50份。

进一步地，所述的树脂乳液为有机硅改性的丙烯酸乳液，乳液的固含量为 40±5％，玻璃化温度为0-10℃。树脂乳液购买于广东三水澋诚合成树脂有限公司，牌号为HC-3016。

进一步地，所述的颜填料为金红石型二氧化钛、气相白炭黑、硫酸铝、二氧化硅、轻质碳酸钙、碳酸镁、氧化铁黄和永固红中的两种或几种。金红石型二氧化钛尺寸为800nm；硫酸铝尺寸为1000目；二氧化硅尺寸为2000目；轻质碳酸钙尺寸为1000目；氧化铁黄和永固红为溶液，质量浓度为35％。金红石型二氧化钛、硫酸铝和二氧化硅购买于上海舜逸化工有限公司；轻质碳酸钙和碳酸镁购买于上海沪太化工有限公司；氧化铁黄和永固红购买于上海鼎和科技有限公司。

进一步地，所述的助剂为分散剂、增韧剂、成膜剂、流平剂和防腐剂中的几种。分散剂为三聚磷酸钠、增韧剂为羧基液体丁腈橡胶、成膜助剂为不饱和高分子酯类、流平剂为聚醚改性聚硅氧烷和防腐剂为异噻唑啉酮衍生物。分散剂、成膜剂、流平剂和防腐剂购买于上海洪庄化工有限公司，牌号为101，307， 407，9011；增韧剂购买于广州恩骏材料科技有限公司。本领域常用的助剂即可满足要求。

进一步地，所述的防锈功能填料包括硫酸锌、咪唑啉的烷基磷酸酯盐和油酸十八烷胺中的一种或几种。硫酸锌、咪唑啉的烷基磷酸酯盐和油酸十八烷胺购买于常州众普化工有限公司。

进一步地，所述的纳米多孔隔热填料为纳米陶瓷空心微珠和空心玻璃微珠，进一步优选为：10～15份。纳米陶瓷空心微珠为空心玻璃微珠质量的3～5倍。

纳米陶瓷空心微珠的尺寸为500nm，空心玻璃微珠的尺寸为1um。其中纳米陶瓷空心微珠和空心玻璃微珠的尺寸是实现该配方优异隔热效果的关键。经过反复试验及理论计算，空心成分对其尺寸2倍左右的入射光的反射最强，故其能实现对太阳光中主要发热波长为800nm-2500nm的近红外光实现最佳反射能力，避免热量被该涂料涂覆的设备和建筑吸收，有效实现对热辐射的遮蔽作用。另外，在标准状态下，空气分子的平均自由程约为210nm，尺寸尽可能小的纳米多孔填料能有效减少导热的发生，降低材料的导热系数，进一步提升涂料的隔热效果。最后，采用两种尺寸的隔热填料可在固化后的涂料中形成三维空间结构，有利于实现更多的空隙并提升其隔热效果。而原先众多隔热填料中空心隔热填料的尺寸一般为几百目，其尺寸为几十微米，不能发挥上述效果。除了隔热效果之外，500nm和1um的空心填料比更大尺寸的填料更容易在树脂体系中实现均匀分散，避免聚团现象提升涂料的附着力。纳米陶瓷空心微珠购买于常州蔻庭纳米材料有限公司；空心玻璃微珠购买于恒源新材料有限公司。

进一步地，所述的防火功能填料包括三氧化二锑、聚磷酸铵和季戊四醇中的一种或几种。三氧化二锑、聚磷酸铵和季戊四醇购买于济南泰星新材料有限公司。

进一步地，所述的MOF材料为ZIF-8，其比表面积≥800m²/g，主要孔径为中孔。ZIF-8材料的加入可有效抑制纳米陶瓷空心微珠和空心玻璃微珠在涂料中的聚团行为，ZIF-8具有中孔分布，这与其他常用的MOF材料不同(比如Cu-btc 和UiO-66主要的孔径分布均为微孔)。对于一些小尺寸的纳米原材料(≤ 100nm)，具有微孔孔径分布的MOF材料可以实现避免其聚团，而本发明中所述纳米陶瓷空心微珠和玻璃空心微珠具有相对较大的尺寸(几百纳米至1微米)， ZIF-8的中孔孔径分布及较大的比表面积对抑制它们的团聚具有更好的效果，实现隔热防火填料的均匀分布以及产品保温防火性能的各向同性。因为ZIF-8材料具有巨大的比表面积和中孔孔径分布，可充当其他小尺寸填料的平台，避免过度聚团行为。ZIF-8材料购买于常州洪汇升纳米材料科技有限公司，牌号为ZIF-8 (800)。

本发明的有益效果是：(1)涂料同时具有隔热、防火、防水和防腐效果，可显著减少化工设备设施的施工成本，及不同材料间的排斥问题；(2)涂料具有质量轻密度小的优点，应用于建筑外墙可同时满足隔热节能和防火安全等方面，并且避免大风脱落风险；(3)产品可用于布料表面，除了具有杰出的隔热和防火性能之外，具有良好的耐洗刷性，延展性，应用于消防服和消防毯等领域可降低装备重量，提高消防员的行动力；(4)涂料环保性高，不含VOC和重金属，对人体和环境友好，并且使用寿命长。(5)涂料的均匀性佳，通过ZIF-8 材料的加入实现了其他功能填料的均匀混合，实现涂料的隔热防火性能的各向同性。该涂料应用前景广阔，尤其适合在民用建筑外墙的隔热、防火和防水；化工企业的储罐的隔热、防腐和防火；以及消防装备的轻质化等。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1制备的功能隔热防火防水防腐涂料在大型汽油储罐表面施工的照片；

图2为本发明实施例4制备的功能隔热防火防水防腐涂料在建筑物屋顶施工的照片。

图3为未加入ZIF-8材料时涂料的透射电子照片。

图4为加入ZIF-8材料后涂料的透射电子照片，其他填料分布均匀

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

实施例1

将30g金红石型二氧化钛(800nm)、5g硫酸铝(1000目)、2g气相白炭黑、2g轻质碳酸钙(1000目)、3gZIF-8(比表面积800m²/g)、1g碳酸镁颜填料和2g硫酸锌加入19g去离子水中，转速1000转/分搅拌60分钟，加入1g分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将8g尺寸为500nm纳米陶瓷空心微珠和2g尺寸为1um空心玻璃微珠、15g有机硅改性的丙烯酸乳液、5g三氧化二锑、3g聚磷酸铵和2g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g 增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

图1实施例1制备的碳纤维修饰的防火隔热涂层材料在集装箱房表面施工的照片；

实施例2

将10g金红石型二氧化钛(800nm)、5g硫酸铝(1000目)、2g气相白炭黑、2g轻质碳酸钙、3g ZIF-8(比表面积800m²/g)、1g碳酸镁颜填料和6g硫酸锌加入30g去离子水中，转速1000转/分搅拌60分钟，加入1g分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将12g尺寸为500nm纳米陶瓷空心微珠和 3g尺寸为1um空心玻璃微珠、20g有机硅改性的丙烯酸乳液乳液、2g三氧化二锑、2g聚磷酸铵和1g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

实施例3

将9g金红石型二氧化钛(800nm)、3g硫酸铝(1000目)、1g气相白炭黑、1g轻质碳酸钙、6g ZIF-8(比表面积800m²/g)、1g碳酸镁颜填料和2g硫酸锌加入36g去离子水中，转速1000转/分搅拌60分钟，加入1g分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将2g尺寸为500nm纳米陶瓷空心微珠和 1g尺寸为1um空心玻璃微珠、30g有机硅改性的丙烯酸乳液乳液、5g三氧化二锑、3g聚磷酸铵和2g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

实施例4

将22g金红石型二氧化钛(800nm)、6g硫酸铝(1000目)、4g气相白炭黑、2g轻质碳酸钙、3g ZIF-8(比表面积800m²/g)、1g碳酸镁颜填料和2g硫酸锌加入20g去离子水中，转速1000转/分搅拌60分钟，加入1g分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将2g尺寸为500nm纳米陶瓷空心微珠和 2g尺寸为1um空心玻璃微珠、20g有机硅改性的丙烯酸乳液乳液、4g三氧化二锑、2g聚磷酸铵和1g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

实施例5

将10g金红石型二氧化钛(800nm)、3g硫酸铝(1000目)、3g气相白炭黑、2g轻质碳酸钙、2g碳酸镁颜填料和2g硫酸锌加入26g去离子水中，转速 1000转/分搅拌60分钟，加入1g分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将2g尺寸为500nm纳米陶瓷空心微珠和1g尺寸为1um空心玻璃微珠、40g 有机硅改性的丙烯酸乳液乳液、3g三氧化二锑、1g聚磷酸铵和1g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

实施例6

将30g金红石型二氧化钛(800nm)、5g硫酸铝(1000目)、2g气相白炭黑、2g轻质碳酸钙(1000目)、4gZIF-8(比表面积800m²/g)、1g碳酸镁颜填料和2g硫酸锌加入19g去离子水中，转速1000转/分搅拌60分钟，加入1g分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将8g尺寸为5um纳米陶瓷空心微珠和2g尺寸为1um空心玻璃微珠、15g有机硅改性的丙烯酸乳液、5g三氧化二锑、3g聚磷酸铵和2g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

实施例7

将30g金红石型二氧化钛(800nm)、5g硫酸铝(1000目)、2g气相白炭黑、2g轻质碳酸钙(1000目)、4g ZIF-8(比表面积800m²/g)、1g碳酸镁颜填料和2g硫酸锌加入19g去离子水中，转速1000转/分搅拌60分钟，加入1g 分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将8g尺寸为500nm纳米陶瓷空心微珠和2g尺寸为5um空心玻璃微珠、15g有机硅改性的丙烯酸乳液、5g三氧化二锑、3g聚磷酸铵和2g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g 增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

性能各向同性：测试同一块施工后的大面积上不同位置处的反射率、辐射率等，各向同性好的样品则各个地方的数据基本一致(≤1％)，而各项同性弱的样品是指不同的位置处数据会有5-8％的差异。具体测试方法是：横竖每隔1cm 选择点进行测试，样品的大小为50cm*50cm。

实施例8

将10g金红石型二氧化钛(800nm)、5g硫酸铝(1000目)、2g气相白炭黑、2g轻质碳酸钙、3g Cu-btc(比表面积800m²/g)、1g碳酸镁颜填料和6g硫酸锌加入30g去离子水中，转速1000转/分搅拌60分钟，加入1g分散剂三聚磷酸钠，得到分散均匀的混合液；然后将12g尺寸为500nm纳米陶瓷空心微珠和 3g尺寸为1um空心玻璃微珠、20g有机硅改性的丙烯酸乳液乳液、2g三氧化二锑、2g聚磷酸铵和1g季戊四醇加入混合液中，继续搅拌60分钟，同时将搅拌速率降至400转/分；最后加入1g成膜剂、0.5g流平剂和1g防腐剂和0.5g增韧剂，搅拌60分钟，得到防火隔热防腐环保涂料。

上述实施例制备的隔热防火防水防腐涂料性能测试结果如下表：

上表可以看出实施例3,4因为纳米陶瓷和空心微珠加入的量少。故差于实施例6，7，也差于实施例1，2，实施例6，7中纳米陶瓷和空心微珠的量够了，但是尺寸不好，所以效果差于实施例1，2，而实施例5中未加入ZIF-8，实施例 8采用其它孔隙结构的材料。可见本发明实施例1，2加入ZIF-8和纳米陶瓷和空心微珠的量以及尺寸匹配后各项性能优异，同时解决设备的防火、隔热和防腐问题，并且节能环保。同时陶瓷微珠和玻璃空心微珠的尺寸及均匀分性对反射率及发射率有显著影响。而如果加入其他的MOF材料(比如Cu-btc)，样品的各项同性性能较差。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种功能隔热防火防水防腐涂料，其特征是：按重量份计，包括以下原料：树脂乳液15～42份、颜填料 14～51份、助剂 3～6份、防锈功能填料2～6、纳米空心多孔隔热填料 3～15份、MOF材料3～6份、防火功能填料5～10份和16～50份去离子水；所述的纳米多孔隔热填料为纳米陶瓷空心微珠和空心玻璃微珠，纳米陶瓷空心微珠与空心玻璃微珠的尺寸比为2:1；

所述MOF材料为ZIF-8，比表面积≥800m²/g；纳米陶瓷空心微珠的尺寸为500nm，空心玻璃微珠的尺寸为1um。

2.根据权利要求1所述的功能隔热防火防水防腐涂料，其特征是：所述的树脂乳液为有机硅改性的丙烯酸乳液，乳液的固含量为40±5%，玻璃化温度为0-10℃。

3.根据权利要求1所述的功能隔热防火防水防腐涂料，其特征是：所述的颜填料为金红石型二氧化钛、气相白炭黑、硫酸铝、二氧化硅、轻质碳酸钙、碳酸镁、氧化铁黄和永固红中的两种或几种；金红石型二氧化钛尺寸为800nm；硫酸铝尺寸为1000目；二氧化硅尺寸为2000目；轻质碳酸钙尺寸为1000目；氧化铁黄和永固红为溶液，质量浓度为35%。

4.根据权利要求1所述的功能隔热防火防水防腐涂料，其特征是：所述的助剂为分散剂、增韧剂、成膜剂、流平剂和防腐剂中的几种。

5.根据权利要求1所述的功能隔热防火防水防腐涂料，其特征是：所述的防锈功能填料包括硫酸锌、咪唑啉烷基磷酸酯盐和油酸十八烷胺中的一种或几种。

6.权利要求1所述的功能隔热防火防水防腐涂料，其特征是：所述的防火功能填料包括三氧化二锑、聚磷酸铵和季戊四醇中的一种或几种。