CN114716896A - 一种高隔热性阻燃漆料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及IPC分类的C09D领域，尤其涉及一种高隔热性阻燃漆料及其制备方法和应用。漆料由组分A和组分B组成；所述组分A的原料至少包含：多元醇化合物，有机溶剂，扩链剂，有机硅及其衍生物，功能助剂；所述组分B的原料至少包括异氰酸酯类以及氮磷复合材料。本发明提供的一种高隔热性阻燃漆料，其具有优异的阻燃性能的同时还能够兼顾良好的高温阻隔性能，并且有效减少了长时间存放出现的阻燃失活现象，适宜在漆料领域推广，具有广阔的发展前景。

Description

一种高隔热性阻燃漆料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及IPC分类的C09D领域，尤其涉及一种高隔热性阻燃漆料及其制备方法和应用。
背景技术
漆料，是指一种作用在被保护或者被装饰基体表面的涂覆成膜材料。涂料的主体材料通常未树脂、乳液、油脂等原料，并伴有成膜剂等添加助剂，均匀分散在有机溶剂或水中而得到的粘性液体。
随着近些年来，社会建设的进步和经济的进一步的发展，对于漆料，涂料的功能要求也越来越多，这其中由于具有良好的阻隔性以及完全保护性的阻燃涂料获得更多业内人士的关注，等到了广泛的发展。
现有技术(CN201610209976.9)提供了一种环保阻燃涂料，其原料主要为醋酸纤维素，聚乙二醇添加剂以及采用通常的氢氧化镁/氢氧化铝作为阻燃剂，虽然其能够起到一定的阻燃性能，但是对于高温的阻隔性以及基体，尤其是软塑基体，的保护性能较差，容易出现阻燃但保护基体热熔开裂的现象，并且相容性较差，不具有广谱性。
因此，亟需一种不仅具有优异的阻燃效果，还能够有效地阻隔高温传递，有效保护基体，且具有良好的相容性和广谱性的阻燃漆料。
发明内容
为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种高隔热性阻燃漆料，漆料由组分A和组分B组成；所述组分A的原料至少包含：多元醇化合物，有机溶剂，扩链剂，有机硅及其衍生物，功能助剂；所述组分B的原料至少包括异氰酸酯类以及氮磷复合材料。
作为一种优选的方案，所述组分A，以质量份计，原料至少包含：多元醇化合物80～120份，有机溶剂40～80份，扩链剂5～20份，有机硅及其衍生物1～5份，功能助剂10～20份。
作为一种优选的方案，所述组分B，以质量份计，原料至少包含：异氰酸酯类60～200份，氮磷复合材料20～60份。
作为一种优选的方案，所述多元醇化合物为聚酯多元醇、聚醚多元醇、生物基多元醇中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述多元醇化合物为聚酯多元醇与生物基多元醇的混合物；所述聚酯多元醇与生物基多元醇的质量比为2～3:7～8。
作为一种优选的方案，所述聚酯多元醇与生物基多元醇的质量比为2.5:7.5。
作为一种优选的方案，所述生物基多元醇为羟丙基-β-环糊精。
作为一种优选的方案，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丁酮、丙酮、DMF、MEK、TOL中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述有机硅及其衍生物为硅烷偶联剂中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述有机硅及其衍生物为硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-570、KH-792中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述功能助剂为催化剂和pH调节剂。
作为一种优选的方案，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
作为一种优选的方案，所述pH调节剂为醋酸、氨水、醇胺、胺类中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述异氰酸酯类为异佛尔酮二异氰酸酯。
作为一种优选的方案，所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚、N-甲基二乙醇胺、二羟甲基丙酸、二氨基苯甲酸中的至少一种。
作为一种优选的方案，所述扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚。
作为一种优选的方案，所述多元醇化合物与异氰酸酯类的质量比为8～10:6～14。
作为一种优选的方案，所述氮磷复合材料的平均粒径为0.1～5mm。
作为一种优选的方案，所述氮磷复合材料的平均粒径为0.1～2mm。
作为一种优选的方案，所述氮磷复合材料的制备步骤包含以下几步：(以质量份计)(1)在反应容器中加入20～30份多聚磷酸，之后加入10～12份三聚氰胺和100～120份去离子水，搅拌均匀；(2)再加入5～10份环糊精，10～20份对苯二酚和5～6份乙二醇，升温至50～60℃搅拌加快反应；(3)待反应完成，冷却至室温并加入氨水调节pH至5～6，过滤洗涤；(4)将得到的固体物质与10～12份蜜胺焦磷酸盐以及20～25份季戊四醇，共同均匀粉碎，即得。
本申请中，通过氮磷复合材料进行有效的发泡阻燃和高温隔绝的的同时，能够通过特定多元醇材料的复配使用，有效的提高阻燃漆料的储存稳定性以及漆料涂层的长时间阻燃效果。本申请人发现：虽然氮磷复合材料的加入能够在高温燃烧时，通过阻燃剂的多源酯化作用形成多孔炭层，进行阻燃以及高温隔绝，但是本申请人在实际测试中发现，长时间的存放会导致漆料的阻燃成分的析出以及阻燃性能的下降，而采用本申请中的聚酯多元醇与羟丙基-β-环糊精的复配，并且当两者的质量比为2.5:7.5时，能够有效的解决上述问题。
本申请人推测为：当两者的质量比为2.5:7.5时，羟丙基-β-环糊精的加入不仅能够在体系中引入其基本的刚性结构，增强漆料层密度和减少孔隙率，还能够形成特定的疏水骨架结构在聚氨酯长链中，从而在体系中形成疏水位点，当阻燃剂中碳、酸、气源与水分具有良好的相容效果时，疏水位点能够有效避免水分在漆料表面的渗透作用，从而避免上述阻燃剂源与水分的混合相容以及反应现象。
本发明第二方面提供了一种上述高隔热性阻燃漆料的制备方法，步骤包含以下几步：(1)称取组分A各原料加入反应容器升温至40～60℃搅拌混合均匀，得混合物；(2)向混合物中加入异氰酸酯类，升温至60～90℃并氮气保护下搅拌反应，反应时间6～10小时；(3)降温至10～15℃，加入去离子水搅拌直至乳化完全，并且随之加入氮磷复合材料，抽真空去除溶剂，即得。
本发明第三方面提供了一种上述高隔热性阻燃漆料的应用，包括该高隔热性阻燃漆料在太阳能光伏组件中的应用。
有益效果：
1、本申请中提供的一种阻燃漆料，其具有优异的阻燃性能和阻隔性能，尤其能够在阻燃的同时防止被保护基体受到高温的热影响现象，特别适合应用于对于阻燃和高温传递具有同样避免要求的领域，例如太阳能光伏组件背板的漆涂保护。
2、本申请中提供的一种阻燃漆料，其通过特定的氮磷复合材料能够在高温和燃烧环境下通过其碳、酸、气源的酯化作用，在漆层表面形成发泡碳层，空气隔绝燃烧的同时，通过不良导体进行高温阻隔。
3、本申请中提供的一种阻燃漆料，通过聚酯多元醇与羟丙基-β-环糊精的复配，并且当两者的质量比为2.5:7.5时，不仅能够在体系中引入其基本的刚性结构，增强漆料层密度和减少孔隙率，还能够形成特定的疏水骨架结构在聚氨酯长链中，从而在体系中形成疏水位点，当阻燃剂中碳、酸、气源与水分具有良好的相容效果时，有效避免水分在漆料表面的渗透作用，从而避免上述阻燃剂源与水分的混合相容以及反映现象。
具体实施方式
实施例1
实施例1第一方面提供了一种高隔热性阻燃漆料，漆料由组分A和组分B组成；所述组分A的原料为(以质量份计)：多元醇化合物90份，有机溶剂70份，扩链剂12份，有机硅及其衍生物3份，功能助剂15份；所述组分B的原料包括(以质量份计)：异氰酸酯类70份，氮磷复合材料35份。
其中，多元醇化合物为聚酯多元醇与生物基多元醇的混合物，两者的质量比为2.5:7.5；生物基多元醇为羟丙基-β-环糊精。
有机溶剂为丙酮；扩链剂为对苯二酚二羟乙基醚；有机硅及其衍生物为KH-570；功能助剂为催化剂和pH调节剂，两者质量比为1:4，催化剂为二月桂酸二丁基锡，pH调节剂为醋酸。
异氰酸酯类为异佛尔酮二异氰酸酯。
氮磷复合材料的平均粒径为1mm。
氮磷复合材料的制备步骤包含以下几步：(以质量份计)(1)在反应容器中加入25份多聚磷酸，之后加入11份三聚氰胺和120份去离子水，搅拌均匀；(2)再加入8份环糊精，16份对苯二酚和5.5份乙二醇，升温至55℃搅拌加快反应；(3)待反应完成，冷却至室温并加入氨水调节pH至5.5，过滤洗涤；(4)将得到的固体物质与7份蜜胺焦磷酸盐以及18份季戊四醇，共同均匀粉碎，即得。
本实施例中，聚酯多元醇为山东多聚化学有限公司出售的工业级，平均粘度8000级的聚酯多元醇产品。
本实施例第二方面提供一种上述高隔热性阻燃漆料的制备方法，步骤包含以下几步：(1)称取组分A各原料加入反应容器升温至50℃搅拌混合均匀，得混合物；(2)向混合物中加入异氰酸酯类，升温至80℃并氮气保护下搅拌反应，反应时间8小时；(3)降温至12℃，加入去离子水搅拌直至乳化完全，并且随之加入氮磷复合材料，抽真空去除溶剂，即得。
实施例2
本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：多元醇化合物90份，异氰酸酯类60份。
对比例1
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：聚酯多元醇与生物基多元醇的质量比为1:9。
对比例2
本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：采用环糊精替换羟丙基-β-环糊精。
性能评价
漆料疏水性：对实施例和对比例制得的漆料层进行亲水角度的测试(座滴法测试，测试水珠2微升)，漆料层厚度为1mm，每个实施例对比例测试10个试样，测得的数值的平均值记入表1。
阻燃性测试：实施例和对比例制得的漆料敞口搅拌后存放3个月后,采用丁烷燃气喷灯火焰进行耐火测试。喷灯火焰垂直角度接触漆料层(厚度为1mm)的表面，漆料层涂覆于太阳能光伏背板表面，以火焰外部蓝色火焰(约600℃)接触被测试样品。火焰接触阻燃漆料层后开始记录聚乙烯塑料板的温度随时间变化的数据，记录10min后聚乙太阳能光伏背板，并观察是否有开裂熔融现象，每个实施例和对比例测试的试样为100个，0～5个不合格为A，5～15为B，多出15个为C。
表1
实施例 水接触角(°) 阻燃性
实施例1 121.6 A
实施例2 115.1 A
对比例1 94.1 B
对比例2 77.1 B
通过实施例1～2、对比例1～2和表1可以得知，本发明提供的一种高隔热性阻燃漆料，其具有优异的阻燃性能的同时还能够兼顾良好的高温阻隔性能，并且有效减少了长时间存放出现的阻燃失活现象，适宜在漆料领域推广，具有广阔的发展前景。其中实施例1在具有最佳的制备原料配比和制备工艺等因素下获得了最佳性能指数。

Claims (10)

1.一种高隔热性阻燃漆料，其特征在于：漆料由组分A和组分B组成；所述组分A的原料至少包含：多元醇化合物，有机溶剂，扩链剂，有机硅及其衍生物，功能助剂；所述组分B的原料至少包括异氰酸酯类以及氮磷复合材料。
2.根据权利要求1所述的高隔热性阻燃漆料，其特征在于：所述组分A，以质量份计，原料至少包含：多元醇化合物80～120份，有机溶剂40～80份，扩链剂5～20份，有机硅及其衍生物1～5份，功能助剂10～20份。
3.根据权利要求1～2任一项所述的高隔热性阻燃漆料，其特征在于：所述组分B，以质量份计，原料至少包含：异氰酸酯类60～200份，氮磷复合材料20～60份。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高隔热性阻燃漆料，其特征在于：所述多元醇化合物为聚酯多元醇、聚醚多元醇、生物基多元醇中的至少一种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的高隔热性阻燃漆料，其特征在于：所述异氰酸酯类为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求2～5任一项所述的高隔热性阻燃漆料，其特征在于：所述扩链剂为N-甲基二乙醇胺、二羟甲基丙酸、二氨基苯甲酸中的至少一种。
7.根据权利要求1～6任一项所述的高隔热性阻燃漆料，其特征在于：所述多元醇化合物与异氰酸酯类的质量比为8～10:6～14。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的高隔热性阻燃漆料的制备方法，其特征在于：步骤包含以下几步：(1)称取组分A各原料加入反应容器升温至40～60℃搅拌混合均匀，得混合物；(2)向混合物中加入异氰酸酯类，升温至60～90℃并氮气保护下搅拌反应，反应时间6～10小时；(3)降温至10～15℃，加入去离子水搅拌直至乳化完全，并且随之加入氮磷复合材料，抽真空去除溶剂，即得。
9.一种根据权利要求1～7任一项所述的高隔热性阻燃漆料的应用，其特征在于：包括该高隔热性阻燃漆料原料方案在任意漆料体系中的应用。
10.一种根据权利要求1～7任一项所述的高隔热性阻燃漆料的应用，其特征在于：包括该高隔热性阻燃漆料在太阳能光伏组件中的应用。
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