CN115466549B - 一种基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料及其制备方法 - Google Patents

一种基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于防火涂料技术领域，具体公开了一种基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料及其制备方法。按重量份数计，涂料由以下成分组成：改性丙烯酸乳液40～60份、聚磷酸铵15～20份、三聚氰胺12～15份、季戊四醇10～12份、二氧化钛3～5份、膨胀石墨0.5～0.8份、钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石3～6份、钛酸酯偶联剂改性高岭土1～3份、水5～10份、助剂0.5～3份。其中钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石和钛酸酯偶联剂改性高岭土起到协同阻燃以及协同抑烟作用，使制备得到的涂料不仅防火效果好，而且抑烟效果明显，对坏境友好。

Description

一种基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料及其 制备方法
技术领域
本发明属于涂料技术领域，涉及一种基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料及其制备方法。
背景技术
膨胀型钢结构防火涂料主要由基料乳液(成膜物质)、膨胀阻燃体系、无机填料、助剂等组分组成。防火涂料的成膜物质主要是聚合物乳液。对于不同类型的聚合物乳液的研究很多，例如硅丙、弹性、苯丙、氯偏聚合物乳液等。目前主要市场常见的防火涂料的成膜物质主要有醋叔聚合物乳液和丙烯酸乳液两种。丙烯酸聚合物乳液制备的防火涂料，也能获得很好的膨胀高度和致密的碳层。
对防火涂料来说，防火性能(耐火时间)是防火涂料最重要的性能指标，而膨胀层的结构强度及其在钢材上的附着力又决定了防火涂料的防火作用效果。成膜物质的化学结构与物理特性，膨胀阻燃体系的组成、热分解温度、酯化交联的反应速率等对膨胀层的高度与结构产生影响。CN202110022632.8一种基于埃洛石的水性膨胀型防火涂料及其制备方法中在膨胀型防火涂料中同时引入埃洛石和二氧化钛无机填料，二者协同作用可显著提升所得膨胀型防火涂料的防火性能，所得防火涂料具有防火时间久。
水性丙烯酸膨胀型防火涂料由于含有多种高聚物，其分子结构中碳含量较高，因此在高温火灾状况下会释放大量的烟雾。现有技术中存在通过加入水滑石来提高阻燃和抑烟性能，如镁铝水滑石。但研究发现，其抑烟性能仍难以达到项目要求范围。因此如何保证丙烯酸聚合物膨胀型防火涂料具有良好的抑烟和阻燃性能，还需进一步研究。
发明内容
为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供了一种基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料成分，按重量份数计，由以下成分组分：
改性丙烯酸乳液40～60份
聚磷酸铵15～20份
三聚氰胺12～15份
季戊四醇10～12份
二氧化钛3～5份
膨胀石墨0.5～0.8份
钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石3～6份
钛酸酯偶联剂改性高岭土1～3份
水5～10份
助剂0.5～3份
助剂为分散剂(如乙二醇丁醚)、消泡剂(聚硅氧烷聚醚低聚物)、成膜助剂中的一种或几种，根据实际情况加入常规市售助剂。
改性丙烯酸乳液为有机硅改性丙烯酸酯乳液，固体含量为44％～48％。
进一步，有机硅改性丙烯酸树脂具有优异的耐热性和耐候性能，附着力强，低温固化，相比于未改性的丙烯酸乳液，明显起到抑烟作用。
进一步，改性锌镁铝三元水滑石：将锌镁铝三元水滑石(市售)加入质量分数50～70％乙醇溶液中，混合得悬浮液，先其中缓慢滴加钛酸酯偶联剂，滴加完成后升温至40～60℃，搅拌混合30～60min，然后将浆料烘干，研磨成粉，得到钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石。
钛酸酯偶联剂用量为锌镁铝三元水滑石质量的1～3％；锌镁铝三元水滑石相比于镁铝水滑石更有利的防火涂料抑烟效果。可能是其层板间含有的多元金属氢氧化物成分，其分解后的产物为多孔性物质，比表面积大，可有效吸附燃烧中的碳烟及有害气体，达到很好的抑烟效果。且在范围内的锌镁铝三元水滑石进一步促进炭层结构致密，提高屏障效果，提高隔热抑盐效果。
进一步，钛酸酯偶联剂改性高岭土：高岭土加入质量分数50～70％乙醇溶液中，搅拌成矿浆；再向矿浆中加入钛酸酯偶联剂，在40～60℃条件下搅拌1～2小时，高岭土实现表面改性；钛酸酯偶联剂用量为高岭土质量的1～2％；改性高岭土与锌镁铝三元水滑石协同协同促进炭化盐结构形成，结构稳定，提高防火涂料抑烟效果。
加入钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石以及钛酸酯偶联剂改性高岭土与树脂结合相容性好，提高分散性能，可提高防火涂料的防火性、协同抑烟，且兼具补强作用。钛酸酯偶联剂受热分解后钛掺杂锌镁铝三元水滑石，进一步提高膨胀层的防火涂料抑烟效果。且可降低二氧化钛的用量。以及提高膨胀层的机械性能。
进一步，加入少量的膨胀石墨，可显著提高防火涂料的膨胀倍率。
丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料的制备方法为：
将水和助剂搅拌均匀，再聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石、钛酸酯偶联剂改性高岭土、膨胀石墨加入，高速研磨分散，然后加入有机硅改性丙烯酸酯乳液在研磨设备中，研磨分散后过滤，放置10～12h后涂刷使用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明选择的钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石、钛酸酯偶联剂改性高岭土组分协同防火和抑烟，可提高了本发明防火涂料的抑烟性，对环境友好，而且制备方法简单，成本低。
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。
有机硅改性聚丙烯酸酯乳液：购于青岛恩泽化工有限公司，型号LNS-2573。
钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石：将100g锌镁铝三元水滑石(购于：上海凯茵化工有限公司)加入500mL质量分数50％乙醇溶液中，混合得悬浮液，先其中缓慢滴加2g钛酸酯偶联剂(双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯)，滴加完成后升温至50℃，搅拌混合30min，然后将浆料烘干，研磨成粉，得到钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石。
钛酸酯偶联剂改性高岭土：100g高岭土加入500mL质量分数50％乙醇溶液中，搅拌成矿浆；再向矿浆中加入1g钛酸酯偶联剂(双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯)，在60℃条件下搅拌1小时，高岭土实现表面改性。
实施例1
有机硅改性丙烯酸酯乳液45份
聚磷酸铵18份
三聚氰胺13份
季戊四醇10份
二氧化钛4份
膨胀石墨0.8份
钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石5份
钛酸酯偶联剂改性高岭土2份
水8份
分散剂0.5份
将水和分散剂搅拌均匀，再聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石、钛酸酯偶联剂改性高岭土、膨胀石墨加入，高速研磨(1500r/min)分散10min，然后加入有机硅改性丙烯酸酯乳液在研磨设备中，研磨分散后过滤，放置12h后涂刷使用。
实施例2
有机硅改性丙烯酸酯乳液50份
聚磷酸铵15份
三聚氰胺15份
季戊四醇10份
二氧化钛5份
钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石3份
钛酸酯偶联剂改性高岭土2份
乙二醇甲醚溶剂8份
分散剂0.5份
将水和分散剂搅拌均匀，再聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石、钛酸酯偶联剂改性高岭土、膨胀石墨加入，高速研磨(1500r/min)分散10min，然后加入有机硅改性丙烯酸酯乳液在研磨设备中，研磨分散后过滤，放置12h后涂刷使用。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别在于：将钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石替换为钛酸酯偶联剂改性镁铝二元水滑石，其它操作相同。
对比例2
对比例2与实施例1相比，区别在于：将钛酸酯偶联剂改性高岭土等质量替换成钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石，其它操作相同。
对比例3
对比例3与实施例1相比，区别在于：钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石等质量替换成钛酸酯偶联剂改性高岭土，其它操作相同。
将上述涂料刷涂在清洁过的钢基体上形成涂层，涂层的平均厚度保持在2毫米。进行防火性能测试：极限耐火时间为基材背板达到580℃所需要的时间。
表1
结果分析：本发明选择的钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石、钛酸酯偶联剂改性高岭土组分防火和抑烟(功能)相互协同，相比于对比例2、对比例3仅采用钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石或钛酸酯偶联剂改性高岭土组分的抑烟效果好。并且相比于对比例1常规的镁铝二元水滑石上，抑烟能力更突出。

Claims (2)

1.一种基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料，其特征在于：按重量份数计，涂料由以下成分组成：改性丙烯酸乳液 40~60份、聚磷酸铵 15~20份、三聚氰胺 12~15份、季戊四醇 10~12份、二氧化钛 3~5份、膨胀石墨0.5~0.8份、改性锌镁铝三元水滑石3~6份、改性高岭土 1~3份、水 5~10份、助剂0.5~3份；
所述改性锌镁铝三元水滑石为钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石：将锌镁铝三元水滑石加入质量分数50~70%乙醇溶液中，混合得悬浮液，先其中缓慢滴加钛酸酯偶联剂，滴加完成后，升温至40~60℃，搅拌混合30~60min，然后将浆料烘干，研磨成粉，得到钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石；钛酸酯偶联剂用量为锌镁铝三元水滑石质量的1~3%；
所述改性高岭土为钛酸酯偶联剂改性高岭土：高岭土加入质量分数50~70%乙醇溶液中，搅拌成矿浆；再向矿浆中加入钛酸酯偶联剂，在40~60℃条件下搅拌1～2小时，高岭土实现表面改性；钛酸酯偶联剂用量为高岭土质量的1~2%；所述改性丙烯酸乳液为有机硅改性丙烯酸酯乳液，固体含量为44％～48％。
2.根据权利要求1所述基于丙烯酸聚合物乳液的超薄膨胀型防火抑烟涂料的制备方法，其特征在于：将水和助剂搅拌均匀，再聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、钛酸酯偶联剂改性锌镁铝三元水滑石、钛酸酯偶联剂改性高岭土、膨胀石墨加入，高速研磨分散，然后加入有机硅改性丙烯酸酯乳液在研磨设备中，研磨分散后过滤，室温放置10~12h后涂刷使用。
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