CN116285522B - 一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及地坪涂料技术领域，尤其涉及一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料及其制备方法。耐高温、阻燃的仿石漆涂料，由包括如下份数的组分组成：防火乳胶100‑200份、溶剂80‑120份、彩石粉300‑500份；其中，所述防火乳胶由玻璃纤维,复合聚醋乙烯乳液、环糊精、pH调节剂和偶联剂中的一种或多种共混制得。本申请中的防火乳胶，通过其对玻璃纤维的复合改性赋予了漆料整体优良的耐高温和防火性，可有效地抑制火势蔓延，从而减少对人员和建筑的损伤。
Description
技术领域
本申请涉及地坪涂料技术领域，更具体地说，它涉及一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料及其制备方法。
背景技术
仿石漆涂料，又称液态石，是由水性色粒子悬浮于水性介层中，可通过高压喷枪喷涂产生多种色彩的单组份涂料，主要应用于仿造外墙石材或装饰建筑物，可呈现出丰富的仿石涂层效果。
相关技术中的仿石漆涂料，其以丙烯酸树脂乳液和弹性树脂溶液为主要基料，辅以白色石英砂等天然石粉或彩色煅烧石粉的搭配制得，可有效满足人们的装饰和基础防护需求。
此外得益于无机填料的添加，现阶段仿石漆普遍具备一定基础阻燃性能，但其作为外墙砂壁状涂料，是最先与火势接触的，往往会因为高温而发生形变或脱落，因而仍不能有效抑制火势蔓延，故此特提供一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料及其制备方法。
发明内容
为改善上述技术问题，本申请特提供一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料及其制备工艺，该涂料通过防火乳胶的掺入，赋予了地坪涂料优异的耐高温和防火性，可有效抑制火势蔓延，减少对人员和建筑的损伤。
第一方面，本申请提供一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，采用如下的技术方案：一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，由包括如下份数的组分组成：防火乳胶100-200份、溶剂80-120份、彩石粉300-500份；
其中，所述防火乳胶由玻璃纤维,复合聚醋乙烯乳液、环糊精、pH调节剂和偶联剂中的一种或多种共混制得。
通过采用上述技术方案，由玻璃纤维复合聚醋乙烯乳液、环糊精、pH调节剂和偶联剂中一种或多种的防火乳胶，其通过多组分的协同复配赋予了材料优异的耐高温和阻燃特性；分析其原因为：上述防火乳胶除能借助玻璃纤维的物性，起到基础的阻燃和耐高温的效果外，其玻璃纤维在聚醋乙烯乳液、环糊精、pH调节剂和偶联剂等组分的交联改性下，还具备了更优异的耐高温及高温稳定性，从而使得该仿石漆涂料在应用后能有效抑制火势蔓延。
优选的，所述的防火乳胶，其各组分重量份数如下：
玻璃纤维20-30份、聚醋乙烯乳液30-50份、环糊精10-20份、pH调节剂0-3份和偶联剂0-5份。
优选的，所述玻璃纤维为连续短切玻璃纤维，其平均长度为1-3mm。
优选的，所述的聚醋乙烯乳液由醋酸乙烯、丙烯酸类单体、羟甲基丙烯酰胺按重量比1:(1.5-2.1):(0.05-0.07)而成。
优选的，所述丙烯酸类单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的一种或多种。
优选的，所述丙烯酸类单体由丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸-2-羟基丙酯按重量比1:(0.8-1.5)组成。
优选的，pH调节剂为琥珀酸。
优选的，偶联剂为硅烷偶联剂；
选自kh-550、kh-570和kh-590中的一种或多种。
优选的，防火乳胶的制备步骤如下：
S1、玻璃纤维预处理：先将待处理的玻璃纤维与环糊精、pH调节剂和偶联剂等组分预混，并进行超声分散处理，得玻璃纤维浆粕；
S2、共混配制：再将S1中所得玻璃纤维浆粕与聚醋乙烯乳液于68-72℃的条件下混合1-3h，即得防火乳胶。
通过采用上述技术方案，由上述份数、特定条件组分及条件所制得的防火乳胶，多组分的复配效果更为显著，可耐受1000℃的火焰51-65min，且发生脱落洞穿时，基材背面的温度均低于300℃；
分析其原因可能如下：防火乳胶的共混过程中，形成了以玻璃纤维为内芯、聚醋乙烯乳液和环糊精为壳体或胶粘成分的复合结构，其有效保障了玻璃纤维的形态和无序分布情况，有利于抗软化及热形变；
此外相比于固定形态的玻纤毡，还具备更优的涂布性能和高温稳定性；
其中还需特别说明的是：聚醋乙烯乳液中醋酸乙烯的浸染性较优，因而更易在环糊精与偶联剂的作用下结合与玻璃纤维表面，并通过丙烯酸单体的接枝/共聚，形成交联性、力学性能更优的复合结构。
第二方面，本申请提供一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料的制备方法，采用如下的技术方案：
一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料的制备方法，具体步骤如下：
按各组分用量将防火乳胶、溶剂和彩石粉分散混合后，即得耐高温、阻燃的仿石漆涂料。
通过采用上述技术方案，显著简化了制备条件，待各原料预制好后，即可批量应用于产业化的生产，且产品质量相对稳定，固化后均具有优良的耐高温和防火性，应用时能有效抑制火势蔓延。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请中由玻璃纤维、聚醋乙烯乳液、环糊精三者为主要成分的防火乳胶，其借助多组分间的复合协同，在掺入涂料体系中后显著强化了仿石漆涂料的耐高温和阻燃性；
2、本申请中由特定组分及工艺所得的防火乳胶，其是以玻璃纤维为内芯、聚醋乙烯乳液和环糊精为壳体或胶粘成分的复合结构，相比于玻纤毡等结构，玻璃纤维的形态和无序分布情况稳定，有利于抗软化及热形变；
3、本申请中的制备工艺，其得到显著简化的同时，无需加热、真空等特殊条件，因而适用于低成本地批量化的生产，且产品质量稳定均一，均具有优异的耐高温和阻燃性，因而具有极高的商业化价值。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1-6
一种防火乳胶，其各组分用量如下表所示，并通过如下制备步骤制得：
S1、玻璃纤维预处理：先将玻璃纤维与环糊精、pH调节剂和偶联剂等组分预混15min，并以1000W的功率进行超声分散，制得玻璃纤维浆粕；
S2、共混配制：再将S1中所得玻璃纤维浆粕与聚醋乙烯乳液于72℃的条件下共混反应2h，即得防火乳胶；
表：制备例1-6中原料各组分及其重量(kg)
上述玻璃纤维为连续短切玻璃纤维，其平均长度为2mm；
上述聚醋乙烯乳液由醋酸乙烯、丙烯酸类单体、羟甲基丙烯酰胺按重量比1:1:0.02复配而成，其中丙烯酸类单体为丙烯酸甲酯；
上述pH调节剂选自酒石酸；偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。
制备例7-9
一种防火乳胶，与制备例1的不同之处在于，所采用玻璃纤维的平均长度不同，具体如下表所示。
制备例10-12
一种防火乳胶，与制备例1的不同之处在于，所采用聚醋乙烯乳液的各组分用量不同，具体如下表所示。
制备例13-19
一种防火乳胶，与制备例11的不同之处在于，聚醋乙烯乳液中所采用丙烯酸类单体不同，具体如下表所示。
制备例20
一种防火乳胶，与制备例1的不同之处在于，pH调节剂为琥珀酸。
性能检测试验
选取下述各实施例和/或对比例中制得的仿石漆涂料作为测试对象，并测试其耐高温、阻燃性，具体检测条件及步骤如下：
样品条件：先将待测试仿石漆涂料以3mm的厚度涂布于A4大小的混凝土基材(厚度180mm-模拟常规外墙)上，然后养护干燥15天；
检测步骤:然后以火焰喷枪向涂设有仿石漆涂料的一侧进行进行加热测试，依次调整火焰温度1000℃，记录样品仿石漆首次出现烧结脱落(肉眼可见基材)的时间，以及此时基材背面的温度，取平均值记入下表。
其中火焰温度1000℃为模拟常规民用建筑火灾的温度(不包括商务用高层建筑)；仿石漆脱落时，以基材背面的温度低于300℃视为具有显著耐高温性能；低于500℃视为具有耐高温性能；否则视为不合格。
盖因混凝土墙体温度升至300℃以上时，会因为急剧脱水导致混凝土收缩，此时开始出现裂纹，强度开始下降，待温度达到500℃时，混凝土抗压强度仅有原有的70％，混凝土开始坍塌，极具安全隐患。
实施例
实施例1-5
一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料,其原料组分及用量如下表所示(kg),并采用如下制备步骤制得：
按各组分用量将防火乳胶、溶剂和彩石粉以2000r/min分散混合30min后，即得耐高温、阻燃的仿石漆涂料。
表：实施例1-5中原料各组分及其重量(kg)
其防火乳胶由制备例1制得；溶剂为水；彩石粉的平均粒径为3mm。
对比例1
一种地坪涂料，与实施例1的不同之处在于，制备原料中的防火乳胶由等量的丙烯酸树脂乳液(固含量49％、玻璃化温度Tg 105)替代。
抽取上述实施例1-5和对比例1制得的涂料作为测试对象，然后按照上述步骤测试其耐高温、阻燃性，测试结果取平均值记入下表。
表：实施例1-5和对比例1性能检测结果
从上表中可以看出，实施例1-5中所得耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其在固化后均具有耐高温和阻燃性能，其在1000℃的火焰温度下可耐受55-62min，且发生脱落洞穿时，基材背面的温度也仅为220-238℃；
可见由上述玻璃纤维复合聚醋乙烯乳液、环糊精、pH调节剂和偶联剂中一种或多种的防火乳胶，其通过多组分的协同复配赋予了材料优异的耐高温和阻燃特性，相比于对比例1，其各项性能显著提升；
此外由实施例1-5数据还可以看出，防火乳胶的优选用量为180kg，且彩石粉与溶剂的用量均不宜过多，否则可能会影响到其性能，进一步分析可能是影响到了防火乳胶中各组分的粘附效果及高温稳定性。
结合上述数据，分析其原因为：上述防火乳胶除能借助玻璃纤维的物性，起到基础的阻燃和耐高温的效果外，其玻璃纤维在聚醋乙烯乳液、环糊精、pH调节剂和偶联剂等组分的交联改性下，还具备了更优异的耐高温及高温稳定性，从而使得该仿石漆涂料在应用后能有效抑制火势蔓延。
实施例6-10
一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，与实施例1的不同之处在于，所用防火乳胶的使用情况不同，具体对应关系下表所示。
表：实施例6-10中防火乳胶使用情况对照表
| 组别 | 防火乳胶 |
| 实施例6 | 由制备例2制得 |
| 实施例7 | 由制备例3制得 |
| 实施例8 | 由制备例4制得 |
| 实施例9 | 由制备例5制得 |
| 实施例10 | 由制备例6制得 |
对比例2
一种地坪涂料，与实施例1的不同之处在于，防火乳胶的制备原料中不包含环糊精，由等量的聚醋乙烯乳液和玻璃纤维(两者比例不变)替代。
抽取上述实施例6-10和对比例2制得的涂料作为测试对象，然后按照上述步骤测试其耐高温、阻燃性，测试结果取平均值记入下表。
表：实施例6-10和对比例2性能检测结果
从上表中可以看出，实施例1、6-10中所得耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其在固化后均具有耐高温和阻燃性能，其在1000℃的火焰温度下可耐受55-62min，且发生脱落洞穿时，基材背面的温度也仅为212-242℃；
此外实施例9为最优例，即应用制备例6中各组分及份数制得的防火乳胶，其复配效果最显著，玻璃纤维与聚醋乙烯乳液的交联效果较优，此外由对比例2还可知，本申请中环糊精还起到粘结(平替偶联剂)的效果。
实施例11-13
一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，与实施例1的不同之处在于，所用防火乳胶的使用情况不同，具体对应关系下表所示。
表：实施例11-13中防火乳胶使用情况对照表
| 组别 | 防火乳胶 |
| 实施例11 | 由制备例7制得 |
| 实施例12 | 由制备例8制得 |
| 实施例13 | 由制备例9制得 |
抽取上述实施例11-13制得的涂料作为测试对象，然后按照上述步骤测试其耐高温、阻燃性，测试结果取平均值记入下表。
表：实施例11-13性能检测结果
从上表中可以看出，实施例1、11-13中所得耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其在固化后均具有耐高温和阻燃性能，其在1000℃的火焰温度下可耐受52-55min，且发生脱落洞穿时，基材背面的温度也仅为202-224℃；
此外实施例1为最优例，玻璃纤维的优选长度为1-3mm，玻璃纤维过短时，其结构虽更为密集、无序，但相应的附着力和固化效果也有所降低；反之，相同用量条件下，玻璃纤维越长，在受热时，其由于形变，整体的耐热性和稳定性就越差。
实施例14-16
一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，与实施例1的不同之处在于，所用防火乳胶的使用情况不同，具体对应关系下表所示。
表：实施例14-16中防火乳胶使用情况对照表
| 组别 | 防火乳胶 |
| 实施例14 | 由制备例10制得 |
| 实施例15 | 由制备例11制得 |
| 实施例16 | 由制备例12制得 |
抽取上述实施例14-16制得的涂料作为测试对象，然后按照上述步骤测试其耐高温、阻燃性，测试结果取平均值记入下表。
表：实施例14-16性能检测结果
从上表中可以看出，实施例1、14-16中所得耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其在固化后均具有耐高温和阻燃性能，其在1000℃的火焰温度下可耐受55-62min，且发生脱落洞穿时，基材背面的温度也仅为220-232℃；
由实施例14-16还可以看出，丙烯酸类单体一定时，醋酸乙烯、丙烯酸类单体、羟甲基丙烯酰胺的优选比例为1:(1.5-2.1):(0.05-0.07)，低于或高于该比例范围，均会影响到各组分的交联共聚，不利于产品性能。
实施例17-23
一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，与实施例1的不同之处在于，所用防火乳胶的使用情况不同，具体对应关系下表所示。
表：实施例17-23中防火乳胶使用情况对照表
| 组别 | 防火乳胶 |
| 实施例17 | 由制备例13制得 |
| 实施例18 | 由制备例14制得 |
| 实施例19 | 由制备例15制得 |
| 实施例20 | 由制备例16制得 |
| 实施例21 | 由制备例17制得 |
| 实施例22 | 由制备例18制得 |
| 实施例23 | 由制备例19制得 |
抽取上述实施例17-23制得的涂料作为测试对象，然后按照上述步骤测试其耐高温、阻燃性，测试结果取平均值记入下表。
表：实施例17-23性能检测结果
从上表中可以看出，实施例1、17-23中所得耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其在固化后均具有耐高温和阻燃性能，其在1000℃的火焰温度下可耐受55-65min，且发生脱落洞穿时，基材背面的温度也仅为220-251℃；
可见当醋酸乙烯、丙烯酸类单体、羟甲基丙烯酰胺的比例一定时，其性能与丙烯酸类单体的选择有关，优选为丙烯酸类单体由丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸-2-羟基丙酯按重量比1:(0.8-1.5)组成；
且由实施例1、21-23数据还可以看出，丙烯酸类单体虽可为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的一种或多种，但并非种类和/或链越多越好，还与其不同单体间聚合的位阻和接枝率有关。
实施例24
一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，与实施例1的不同之处在于，所用防火乳胶由制备例20制得。
抽取上述实施例24制得的涂料作为测试对象，然后按照上述步骤测试其耐高温、阻燃性，测试结果取平均值记入下表。
表：实施例24性能检测结果
从上表中可以看出，实施例1、24中所得耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其在固化后均具有耐高温和阻燃性能，其在1000℃的火焰温度下可耐受55-61min，且发生脱落洞穿时，基材背面的温度也仅为220-228℃；
可见当pH调节剂为琥珀酸时，还可进一步强化其防火乳胶的综合性能，分析其原因可能是：优化了各组分反应条件的同时，还促进了环糊精的酯化，形成了黏连效果更为优异的环糊精类琥珀酸酯。
本具体应用例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本应用例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (5)
1.一种耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其特征在于，由如下份数的组分组成：防火乳胶100-200份、溶剂80-120份、彩石粉300-500份；
其中，所述的防火乳胶，由以下组分组成，其各组分重量份数如下：
玻璃纤维20-30份、聚醋乙烯乳液30-50份、环糊精10-20份、琥珀酸0-3份和偶联剂0-5份；
所述的聚醋乙烯乳液由醋酸乙烯、丙烯酸类单体、羟甲基丙烯酰胺按重量比1:(1.5-2.1):(0.05-0.07)而成；
所述丙烯酸类单体由丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸-2-羟基丙酯按重量比1:(0.8-1.5)组成；
防火乳胶的制备步骤如下：
S1、玻璃纤维预处理：先将待处理的玻璃纤维与环糊精、琥珀酸和偶联剂组分预混，并进行超声分散处理，得玻璃纤维浆粕；
S2、共混配制：再将S1中所得玻璃纤维浆粕与聚醋乙烯乳液于68-72℃的条件下混合1-3 h，即得防火乳胶。
2. 根据权利要求1所述的耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其特征在于，所述玻璃纤维为连续短切玻璃纤维，其平均长度为1-3 mm。
3.根据权利要求1所述的耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其特征在于，偶联剂为硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的耐高温、阻燃的仿石漆涂料，其特征在于，偶联剂为kh-550、kh-570和kh-590中的一种或多种。
5.一种权利要求1-4任一所述耐高温、阻燃的仿石漆涂料的制备工艺，其特征在于，制备步骤如下：
按各组分用量将防火乳胶、溶剂和彩石粉分散混合后，即得耐高温、阻燃的仿石漆涂料。
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- 2023-02-24 CN CN202310164102.6A patent/CN116285522B/zh active Active
Patent Citations (5)
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