CN115595059A - 一种绿色防火涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种绿色防火涂料的制备方法，涉及高分子涂料领域。该一种绿色防火涂料的制备方法，采用水溶性丙烯酸‑有机硅树脂为基体，硅酸盐为发泡剂、硅烷为防水剂、硅烷偶联剂为粘接促进剂，通过高速散分散机混合制成。解决了传统防火涂料存在有机VOC挥发，密度大、涂层透光率低的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉高分子涂料领域，更具体为一种绿色防火涂料的制备方法。
背景技术
目前，随着公众对建筑防火安全问题的重视，防火涂料的发展成为一个有广阔前景的产业，目前市面上各类防火涂料也得到了快速发展。玻璃幕墙作为一种重要的建筑装修方式，其要求所需的防火涂层透明、透光率高的技术要求，目前市面上相关材料较少。同时随着国家环保要求越来越高，传统的有机涂料VOC挥发问题，已经成为相关产品应用的制约因素。
目前，国内外绝大多数的防火涂料，均是通过添加无机填料和树脂复配。防火涂料按防火原理可以分为非膨胀型和膨胀型：非膨胀型防火涂料是一般厚度高，通过涂料组分中的无机隔热填料的难燃性来起到隔热阻燃的目的，但其用量大，这类涂层由于自身的隔热效果有限，很难长时间保持隔热防火的作用；膨胀型防火涂料在高温条件下可快速形成一层比自身膜厚大十几甚至几十倍的多孔碳质防热层，其具有导热系数小，难燃、难挥发，耐火时间长，受到广泛应用。但由于涂料含无机填料，固化后的涂层均无法达到透光的技术要求。但是现有的耐高温硅树脂均以苯、甲苯等有毒性液体为溶剂，且需要高温固化工艺。因此开发一种水性，透明的有机硅防火涂料，对解决玻璃幕墙的防火安全具有十分重要的意义。
发明内容
(一)解决的技术问题
为了解决了传统防火涂料存在有机VOC挥发，密度大、涂层透光率低的技术难题，本发明提供一种水性透明防火涂料的制备方法，解决玻璃幕墙用防火涂料。
(二)技术方案
本发明通过下述方案予以实现：一种绿色防火涂料的制备方法，首先采用水溶性丙烯酸-有机硅树脂为基体，硅酸盐为发泡剂、硅烷为防水剂、硅烷偶联剂为粘接促进剂，通过高速散分散机混合制成。
一种绿色防火涂料的制备方法，各组分的用量按重量百分数计如下：水溶性有机硅树脂20％-65％，水溶性硅酸盐5％-50％，防水剂1％-10％，偶联剂1％-5％，防冻剂4％-6％，消泡剂0.2％-1％，增稠剂0.1％-0.5％。
有机硅树脂具有半有机-半无机的Si-O-Si主链结构，在高温或者遇火条件下，可发生陶瓷化结构转变，是一类在建筑防火领域非常有前景的耐高温树脂。本发明采用侧基为同水具有优异亲和力的丙烯酸酯基团的水溶性有机硅树脂为成膜物，具有绿色环保，高温条件下可形成多孔陶瓷的隔热结构。选用的水溶性有机硅树脂为丙烯酸或聚胺酯改性的线形甲基有机硅树脂。
优选的，本发明采用水溶性硅酸盐为发泡剂，其固化后本身为具有透明结构的无机硅酸盐成膜物，在高温条件下，由于结合水的在脱除过程中形成多孔发泡结构，可以起到隔热效果，同时该发泡剂本身为无机硅酸盐材质，其耐火度可以达到1400℃，因此本发明，利用具有耐高温性能的硅酸盐为发泡剂，可以避免使用无机填料，而影响涂层的透光率。采用的水溶性硅酸盐的SiO2/NaO比在2-4之间，制成硅酸盐水溶液固含量为40％-60％。
优选的，本发明采用硅烷为防水剂，由于玻璃幕墙用涂料需要长期露在外面，受雨水长时间侵蚀，容易导致涂层性能劣化，出现涂层透明度下降，龟裂、甚至脱落的问题。硅烷通过水解缩合反应，在涂层内部形成连续的憎水基团，从而阻止水分渗透，起到良好的耐候性。可选用的硅烷防水剂为六甲基二硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷。
优选的，本发明采用硅烷偶联剂为粘面粘接促进剂，由于本发明针对的基材材质为玻璃，具有表面能低，界面结合较弱的问题，利用硅烷偶联剂水解后，羟基之间的缩合反应，提高涂料同玻璃的给合力。可选用的硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570。
优选的，本发明采用丙二醇(陶氏化学)为防冻剂。
优选的，本发明采用增稠剂为非离子型硅烷疏水改性聚氨酯嵌段共聚物，其分子链上同时含有亲水基团与疏水基团。该类增稠剂可以同时在水相增稠和与聚合物乳液缔合增稠，可以用两种非离子型疏水改性聚氨酯嵌段共聚物复配。可选用UN-643或UN-641等增稠剂。
优选的，本发明采用消泡剂为改性有机硅类消泡剂，聚硅氧烷-聚醚共聚物消泡剂一般都含有疏水颗粒-疏水性二氧化硅，可增强泡沫控制力度并延长抑泡液体作用的持久性，可选用Foamex815、Foamex 8030或Foamex Airex 901W等消泡剂。
(三)具体实施方式
涂料的制备方法是通过下述步骤实现的：
各组分的用量按重量百分数计，操作步骤如下：首先称取水溶性有机硅树脂20％-65％，固含量为40％-60％的硅酸盐水溶液5％-50％，加入到反应釜中，均速搅拌30分钟后，再称取防水剂1％-10％加入，升温到60℃反应1h,冷却到常温后，再称取偶联剂1％-5％，防冻剂4％-6％，消泡剂0.2％-1％，增稠剂0.1％-0.5％加入，经高速搅拌30min得到所需的水性防火涂料。
为便于理解本发明，对本发明列举实施例作进一步说明如下，但不局限于此。
涂料的制备方法是通过下述步骤实现的：
实施例1
实施例所涉及的份数均为重量份。
首先称取水溶性有机硅树脂50份，模数为2固含量为40％的硅酸盐水溶液35份，加入到反应釜中，均速搅拌30分钟后，再称取5份的六甲基二硅氮烷加入，升温到60℃反应1h,冷却到常温后，再称取5份的KH550，丙二醇4份，Foamex815消泡剂0.5份，UN-643增稠剂0.5份加入，经高速搅拌30min得到所需的水性防火涂料。
可替换方案：
对上述实施例中，各组份的替换方案有：选用的水溶性有机硅树脂为丙烯酸或聚胺酯改性的线形甲基有机硅树脂；硅烷防水剂可以选用六甲基二硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷中的一种；硅烷防水剂可以选用六甲基二硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷中的一种或几种混合物；硅烷偶联剂可以选用KH550、KH560和KH570中的一种或几种混合物；等增稠剂可以选用北京富特斯化工科技有限公司的UN-643或UN-641；消泡剂可选用TEGO公司的Foamex815、Foamex 8030或Foamex Airex 901W。另外可对涂料制备中各组份的重量份进行调整。
替换方案1
首先称取水溶性有机硅树脂45份，模数为2固含量为40％的硅酸盐水溶液40份，加入到反应釜中，均速搅拌30分钟后，再称取5份的正辛基三乙氧基硅烷加入，升温到60℃反应1h,冷却到常温后，再称取5份的KH560，丙二醇4份，Foamex 8030消泡剂0.8份，UN-643增稠剂0.2份0加入，经高速搅拌30min得到所需的水性防火涂料。
替换方案2
首先称取水溶性有机硅树脂60份，模数为2固含量为40％的硅酸盐水溶液25份，加入到反应釜中，均速搅拌30分钟后，再称取6份的甲基三乙氧基硅烷加入，升温到60℃反应1h,冷却到常温后，再称取3份的KH570，丙二醇5份，Foamex Airex 901W消泡剂0.6份，UN-641增稠剂0.4份加入，经高速搅拌30min得到所需的水性防火涂料。
替换方案3
首先称取水溶性有机硅树脂55份，模数为2固含量为40％的硅酸盐水溶液30份，加入到反应釜中，均速搅拌30分钟后，再称取6份的乙基三乙氧基硅烷加入，升温到60℃反应1h,冷却到常温后，再称取3份的KH550，丙二醇5份，Foamex 8030消泡剂0.5份，UN-641增稠剂0.5份加入，经高速搅拌30min得到所需的水性防火涂料。
替换方案4
首先称取水溶性有机硅树脂50份，模数为2固含量为40％的硅酸盐水溶液35份，加入到反应釜中，均速搅拌30分钟后，再称取4份的甲基三乙氧基硅烷加入，升温到60℃反应1h,冷却到常温后，再称取5份的KH560，丙二醇5份，Foamex815消泡剂0.6份，UN-643增稠剂0.4份加入，经高速搅拌30min得到所需的水性防火涂料。
Claims (7)
1.一种绿色防火涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)各组分的用量按重量百分数计，称取水溶性有机硅树脂20％-65％，固含量为40％-60％的硅酸盐水溶液5％-50％，加入到反应釜中，均速搅拌30分钟。
(2)称取防水剂1％-10％加入，升温到60℃反应1小时,冷却到常温。
(3)称取偶联剂1％-5％，防冻剂4％-6％，消泡剂0.2％-1％，增稠剂0.1％-0.5％加入，经高速搅拌30min得到所述的水性防火涂料。
2.根据权利要求1所述的发泡剂采用水溶性硅酸盐，其固化后本身为具有透明结构的无机硅酸盐成膜物，在高温条件下，由于结合水的在脱除过程中形成多孔发泡结构，可以起到隔热效果，同时该发泡剂本身为无机硅酸盐材质，其耐火度可以达到1400℃，因此本发明，利用具有耐高温性能的硅酸盐为发泡剂，可以避免使用无机填料，而影响涂层的透光率。采用的水溶性硅酸盐的SiO2/NaO比在2-4之间，制成硅酸盐水溶液固含量为40％-60％。
3.根据权利要求1所述的防水剂采用硅烷，由于玻璃幕墙用涂料需要长期露在外面，受雨水长时间侵蚀，容易导致涂层性能劣化，出现涂层透明度下降，龟裂、甚至脱落的问题。硅烷通过水解缩合反应，在涂层内部形成连续的憎水基团，从而阻止水分渗透，起到良好的耐候性。可选用的硅烷防水剂为六甲基二硅氮烷、正辛基三乙氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和乙基三乙氧基硅烷。
4.根据权利要求1所述的粘面粘接促进剂采用硅烷偶联剂，由于本发明针对的基材材质为玻璃，具有表面能低，界面结合较弱的问题，利用硅烷偶联剂水解后，羟基之间的缩合反应，提高涂料同玻璃的给合力。可选用的硅烷偶联剂为KH550、KH560和KH570。
5.根据权利要求1所述的防冻剂采用丙二醇(陶氏化学)。
6.根据权利要求1所述的采用增稠剂为非离子型硅烷疏水改性聚氨酯嵌段共聚物，其分子链上同时含有亲水基团与疏水基团。该类增稠剂可以同时在水相增稠和与聚合物乳液缔合增稠，可以用两种非离子型疏水改性聚氨酯嵌段共聚物复配。可选用北京富特斯化工科技有限公司的UN-643或UN-641等增稠剂。
7.根据权利要求1所述的采用消泡剂为改性有机硅类消泡剂，聚硅氧烷-聚醚共聚物消泡剂一般都含有疏水颗粒-疏水性二氧化硅，可增强泡沫控制力度并延长抑泡液体作用的持久性，可选用TEGO公司的Foamex815、Foamex8030或Foamex Airex 901W等消泡剂。
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