CN116970325A - 一种建筑防火涂料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种建筑防火涂料及其制备方法，属于涂料技术领域，所述建筑防火涂料由A组分和B组分构成；所述A组分由水溶性环氧树脂、超支化聚缩水甘油、高模数硅酸钾、改性膨胀石墨、增稠剂、稳定剂、分散剂、纳米级无机填料、去离子水组成；所述B组分由端氨基超支化聚酰胺、月桂基两性咪唑啉、去离子水组成；本发明制备的涂料，其附着力为13.2~14.4MPa，耐水性（浸泡30天）无异常，耐洗刷性（1000次）未露底材，耐火性能141~153分钟。
Description
技术领域
本发明涉及一种建筑防火涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。
背景技术
建筑防火涂料是指喷涂在建筑表面，提高建筑表面的抗燃性、降低火焰的传播速度，在一段时间内阻止燃烧，控制火势蔓延，增强基材的抗火能力，达到推迟结构破坏时间，保护建筑物，提高建筑材料耐火极限的一种涂料。建筑防火涂料按分散介质的不同可分为水性建筑防火涂料和溶剂型建筑防火涂料。水性建筑防火涂料具有低VOC、无溶剂的气味等优点，比溶剂型更环保、 施工更方便、 经济性更好；
同时，基于建筑防火涂料工业目前向低污染、高性能的方向发展，因此水性建筑防火涂料成为发展的主要方向之一。与溶剂型建筑防火涂料相比，目前水性建筑防火涂料仍存在粘接力不佳，难以厚涂，致密性差，防火时间较短等缺点，开发高粘接、厚涂型、涂层致密、防火阻火时间长的水性建筑防火涂料对整个建筑行业意义重大。
中国专利CN114806249A公开了一种建筑防火涂料及其制备方法。本发明研制的产品中，包括功能填料和基体树脂；所述功能填料包括聚磷酸铵、三聚氰胺和钛白粉；所述基体树脂包括水性丙烯酸树脂和季戊四醇；所述聚磷酸铵的细度为500-600目；所述聚磷酸铵的休止角为25-30°；所述三聚氰胺的细度为600-800目；所述三聚氰胺的休止角为28-32°；所述钛白粉的细度为800-1000目；所述钛白粉的休止角为30-35°；所述功能填料的休止角为26-33°；所述功能填料和所述基体树脂的质量比为1：5-1：10；所述聚磷酸铵、所述三聚氰胺和所述钛白粉的质量比为(1-3)：(2-4)：(1.2-1.8)；所述季戊四醇的添加量为所述水性丙烯酸树脂质量的3-8％。该专利以水性丙烯酸树脂为主要成膜物质，该树脂粘接力相对较好，但阻燃性较差，而且涂层的致密度较差，阻火时间相对较短，难以起到长时间防火的效果。
中国专利CN108059898A公开了一种环保建筑防火涂料，按照质量分数，包括如下组分：杯芳烃基有机氟硅成膜聚合物45-65份，(4-氨基苯氧基)环三磷腈表面修饰氧化石墨烯7-12份，溶剂10-15份，功能助剂4-7份，钛白粉10-20份。本发明还公开了所述防火涂料的制备方法，包括如下步骤：将杯芳烃基有机氟硅成膜聚合物，(4-氨基苯氧基)环三磷腈表面修饰氧化石墨烯，溶剂，功能助剂，钛白粉进行混合，搅拌均匀后，进行高速研磨，至细度5-10μm，得到色浆；后高速分散25-30分钟。本发明公开的环保建筑防火涂料同时具备价格低廉、绿色环保。该专利主要成膜物为杯芳烃基有机氟硅成膜聚合物，这类有机聚合物，表面能低，粘接力很差，涂层很容易与基体脱粘，长期使用容易因涂层脱粘而造成防火功能的下降甚至丧失。
以上可以看到目前，水性建筑防火涂料粘接力不佳，难以厚涂，致密性差，防火时间较短等缺陷比较突出，因此开发一种高粘接力、厚涂型、耐火时间长的水性建筑防火涂料意义重大。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种建筑防火涂料及其制备方法，实现以下发明目的：制备出一种高粘接力、涂层致密度高、厚涂型、耐火时间长的水性建筑防火涂料。
为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：
一种建筑防火涂料及其制备方法，所述建筑防火涂料由A组分和B组分构成；
所述A组分的具体配方为，以重量份计：
水溶性环氧树脂 40～65份、
超支化聚缩水甘油 12～20份、
高模数硅酸钾 20～35份、
改性膨胀石墨 5~12份、
增稠剂 2～7份、
稳定剂 0.5～1.5份、
分散剂 1~5份、
纳米级无机填料 20~40份、
去离子水 90~120份；
所述水溶性环氧树脂的粘度为15000~35000mPa·s，分子量为200~500g/mol；
所述超支化聚缩水甘油的粘度为170~390mPa·s，分子量为3500~6000g/mol；
所述高模数硅酸钾的模数为1.5~3；
所述改性膨胀石墨，其制备方法为：将膨胀石墨、三氟甲磺酸、三氟乙酸、去离子水、乙腈按质量比30~55:7~12:9~15:40~80:20~40混合后，控温30~50℃，搅拌速率500~800转/分下，回流反应1~5小时后，离心，分离出的固体用去离子水洗涤至洗出液呈中性后，将固体置于80~95℃烘箱中，干燥2~5小时后得到改性膨胀石墨；
所述膨胀石墨的粒径为5~15μm；
所述增稠剂为海泡石，其粒径为1~13μm；
所述稳定剂为氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚；
所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述纳米级无机填料为纳米硅酸铝、纳米硅酸锆、纳米硅酸钙中的一种；
所述纳米级无机填料的粒径为10~100nm；
所述B组分的具体配方为，以重量份计：
端氨基超支化聚酰胺 10~35份、
月桂基两性咪唑啉 2~6份、
去离子水 80~100份；
所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为300~1000g/mol，氨基数为3~9mol/mol；
以下是对上述技术方案的进一步改进：
步骤1、A组分的制备
按建筑防火涂料A组分以重量份计的具体配方，将去离子水、分散剂加入到双行星搅拌分散釜中，控制搅拌桨速率300~600转/分，高速分散桨速率10000~30000转/分下，向釜内加入纳米级无机填料和改性膨胀石墨，持续搅拌分散1~2.5小时后，再依次加入水溶性环氧树脂、超支化聚缩水甘油、高模数硅酸钾、稳定剂，然后继续搅拌分散40~75分钟后，加入增稠剂，继续搅拌分散30~55分钟后，出料灌装，得到A组分成品。
步骤2、B组分的制备
将端氨基超支化聚酰胺、月桂基两性咪唑啉、去离子水放入高速分散釜内，在20000~30000转/分速率下，高速分散1~3小时后，出料灌装，得到B组分成品。
与现有技术相比，本发明取得以下有益效果：
1、本发明制备出了有机无机复合的防火涂料，通过环氧树脂和硅酸钾的复合，以及加入纳米级无机填料，实现了涂料的高粘接力和长效耐火性能；
2、本发明通过加入稳定剂氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚来降低高模数硅酸钾的自聚反应，进而保证了高模数硅酸钾与水溶性环氧树脂的相容性，同时提高了A组分的长期贮存的稳定性；
3、本发明通过加入超支化聚缩水甘油来提高涂层的粘接力，超支化聚缩水甘油含有大量的端羟基，能够大幅提高涂料的粘接力，同时它又有粘度低，流动性好的特点，能够赋予涂料更好的流平性能，另外超支化聚缩水甘油端羟基和环氧树脂交联固化后，能够大幅提高涂层的交联密度，使涂层更加致密化，进而极大的提高了涂层的防火性能和耐水性；
4、本发明用混合强酸对膨胀石墨进行了改性，增大了膨胀石墨的亲水性，促进了膨胀石墨在水溶液中的分散均匀性，提高了防火涂料的防火耐火时间；
5、本发明用端氨基超支化聚酰胺作为水溶性环氧树脂的固化剂，这种固化剂的端基活性高，能够促进水溶性环氧树脂的快速固化交联，这确保了涂料的厚涂功能，因为涂层的快速固化，能够避免出现厚涂时的流挂问题；
6、本发明制备的涂料，其附着力为13.2~14.4MPa，耐水性（浸泡30天）无异常，耐洗刷性（1000次）未露底材，耐火性能141~153分钟。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：建筑防火涂料的制备方法
步骤1、A组分的制备
所述A组分的具体配方为，以重量份计：
水溶性环氧树脂 55份、
超支化聚缩水甘油 17份、
高模数硅酸钾 30份、
改性膨胀石墨 9份、
增稠剂 5份、
稳定剂 1份、
分散剂 4份、
纳米级无机填料 28份、
去离子水 110份；
所述水溶性环氧树脂的粘度为30000mPa·s，分子量为430g/mol；
所述超支化聚缩水甘油的粘度为320mPa·s，分子量为4800g/mol；
所述高模数硅酸钾的模数为2；
所述改性膨胀石墨，其制备方法为：将膨胀石墨、三氟甲磺酸、三氟乙酸、去离子水、乙腈按质量比44:9:13:65:33混合后，控温45℃，搅拌速率650转/分下，回流反应4小时后，离心，分离出的固体用去离子水洗涤至洗出液呈中性后，将固体置于90℃烘箱中，干燥4小时后得到改性膨胀石墨；
所述膨胀石墨的粒径为12μm；
所述增稠剂为海泡石，其粒径为7μm；
所述稳定剂为氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚；
所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述纳米级无机填料为纳米硅酸铝；
所述纳米级无机填料的粒径为80nm；
按建筑防火涂料A组分以重量份计的具体配方，将去离子水、分散剂加入到双行星搅拌分散釜中，控制搅拌桨速率450转/分，高速分散桨速率25000转/分下，向釜内加入纳米级无机填料和改性膨胀石墨，持续搅拌分散2小时后，再依次加入水溶性环氧树脂、超支化聚缩水甘油、高模数硅酸钾、稳定剂，然后继续搅拌分散65分钟后，加入增稠剂，继续搅拌分散45分钟后，出料灌装，得到A组分成品。
步骤2、B组分的制备
所述B组分的具体配方为，以重量份计：
端氨基超支化聚酰胺 25份、
月桂基两性咪唑啉 5份、
去离子水 95份；
所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为750g/mol，氨基数为7mol/mol；
将端氨基超支化聚酰胺、月桂基两性咪唑啉、去离子水放入高速分散釜内，在27000转/分速率下，高速分散2小时后，出料灌装，得到B组分成品。
实施例2：建筑防火涂料的制备方法
步骤1、A组分的制备
所述A组分的具体配方为，以重量份计：
水溶性环氧树脂 40份、
超支化聚缩水甘油 12份、
高模数硅酸钾 20份、
改性膨胀石墨 5份、
增稠剂 2份、
稳定剂 0.5份、
分散剂 1份、
纳米级无机填料 20份、
去离子水 90份；
所述水溶性环氧树脂的粘度为15000mPa·s，分子量为200g/mol；
所述超支化聚缩水甘油的粘度为170mPa·s，分子量为3500g/mol；
所述高模数硅酸钾的模数为1.5；
所述改性膨胀石墨，其制备方法为：将膨胀石墨、三氟甲磺酸、三氟乙酸、去离子水、乙腈按质量比30:7:9:40:20混合后，控温30℃，搅拌速率500转/分下，回流反应1小时后，离心，分离出的固体用去离子水洗涤至洗出液呈中性后，将固体置于80℃烘箱中，干燥2小时后得到改性膨胀石墨；
所述膨胀石墨的粒径为5μm；
所述增稠剂为海泡石，其粒径为1μm；
所述稳定剂为氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚；
所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述纳米级无机填料为纳米硅酸锆；
所述纳米级无机填料的粒径为10nm；
按建筑防火涂料A组分以重量份计的具体配方，将去离子水、分散剂加入到双行星搅拌分散釜中，控制搅拌桨速率300转/分，高速分散桨速率10000转/分下，向釜内加入纳米级无机填料和改性膨胀石墨，持续搅拌分散1小时后，再依次加入水溶性环氧树脂、超支化聚缩水甘油、高模数硅酸钾、稳定剂，然后继续搅拌分散40分钟后，加入增稠剂，继续搅拌分散30分钟后，出料灌装，得到A组分成品。
步骤2、B组分的制备
所述B组分的具体配方为，以重量份计：
端氨基超支化聚酰胺 10份、
月桂基两性咪唑啉 2份、
去离子水 80份；
所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为300g/mol，氨基数为3mol/mol；
将端氨基超支化聚酰胺、月桂基两性咪唑啉、去离子水放入高速分散釜内，在20000转/分速率下，高速分散1小时后，出料灌装，得到B组分成品。
实施例3：建筑防火涂料的制备方法
步骤1、A组分的制备
所述A组分的具体配方为，以重量份计：
水溶性环氧树脂 65份、
超支化聚缩水甘油 20份、
高模数硅酸钾 35份、
改性膨胀石墨 12份、
增稠剂 7份、
稳定剂 1.5份、
分散剂 5份、
纳米级无机填料 40份、
去离子水 120份；
所述水溶性环氧树脂的粘度为35000mPa·s，分子量为500g/mol；
所述超支化聚缩水甘油的粘度为390mPa·s，分子量为6000g/mol；
所述高模数硅酸钾的模数为3；
所述改性膨胀石墨，其制备方法为：将膨胀石墨、三氟甲磺酸、三氟乙酸、去离子水、乙腈按质量比55:12:15:80:40混合后，控温50℃，搅拌速率800转/分下，回流反应5小时后，离心，分离出的固体用去离子水洗涤至洗出液呈中性后，将固体置于95℃烘箱中，干燥5小时后得到改性膨胀石墨；
所述膨胀石墨的粒径为15μm；
所述增稠剂为海泡石，其粒径为13μm；
所述稳定剂为氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚；
所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述纳米级无机填料为纳米硅酸钙；
所述纳米级无机填料的粒径为100nm；
按建筑防火涂料A组分以重量份计的具体配方，将去离子水、分散剂加入到双行星搅拌分散釜中，控制搅拌桨速率600转/分，高速分散桨速率30000转/分下，向釜内加入纳米级无机填料和改性膨胀石墨，持续搅拌分散2.5小时后，再依次加入水溶性环氧树脂、超支化聚缩水甘油、高模数硅酸钾、稳定剂，然后继续搅拌分散75分钟后，加入增稠剂，继续搅拌分散55分钟后，出料灌装，得到A组分成品。
步骤2、B组分的制备
所述B组分的具体配方为，以重量份计：
端氨基超支化聚酰胺 35份、
月桂基两性咪唑啉 6份、
去离子水 100份；
所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为1000g/mol，氨基数为9mol/mol；
将端氨基超支化聚酰胺、月桂基两性咪唑啉、去离子水放入高速分散釜内，在30000转/分速率下，高速分散3小时后，出料灌装，得到B组分成品。
对比例1：实施例1基础上，步骤1、A组分的制备，将9份改性膨胀石墨等量替换为9份膨胀石墨，具体操作如下：
步骤1、A组分的制备
所述A组分的具体配方为，以重量份计：
水溶性环氧树脂 55份、
超支化聚缩水甘油 17份、
高模数硅酸钾 30份、
膨胀石墨 9份、
增稠剂 5份、
稳定剂 1份、
分散剂 4份、
纳米级无机填料 28份、
去离子水 110份；
所述水溶性环氧树脂的粘度为30000mPa·s，分子量为430g/mol；
所述超支化聚缩水甘油的粘度为320mPa·s，分子量为4800g/mol；
所述高模数硅酸钾的模数为2；
所述膨胀石墨的粒径为12μm；
所述增稠剂为海泡石，其粒径为7μm；
所述稳定剂为氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚；
所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述纳米级无机填料为纳米硅酸铝；
所述纳米级无机填料的粒径为80nm；
按建筑防火涂料A组分以重量份计的具体配方，将去离子水、分散剂加入到双行星搅拌分散釜中，控制搅拌桨速率450转/分，高速分散桨速率25000转/分下，向釜内加入纳米级无机填料和膨胀石墨，持续搅拌分散2小时后，再依次加入水溶性环氧树脂、超支化聚缩水甘油、高模数硅酸钾、稳定剂，然后继续搅拌分散65分钟后，加入增稠剂，继续搅拌分散45分钟后，出料灌装，得到A组分成品；
步骤2操作同于实施例1。
对比例2：实施例1基础上，步骤1、A组分的制备，不加入超支化聚缩水甘油，将17份超支化聚缩水甘油等量替换为17份水溶性环氧树脂，具体操作如下：
步骤1、A组分的制备
所述A组分的具体配方为，以重量份计：
水溶性环氧树脂 72份、
高模数硅酸钾 30份、
改性膨胀石墨 9份、
增稠剂 5份、
稳定剂 1份、
分散剂 4份、
纳米级无机填料 28份、
去离子水 110份；
所述水溶性环氧树脂的粘度为30000mPa·s，分子量为430g/mol；
所述高模数硅酸钾的模数为2；
所述改性膨胀石墨，其制备方法为：将膨胀石墨、三氟甲磺酸、三氟乙酸、去离子水、乙腈按质量比44:9:13:65:33混合后，控温45℃，搅拌速率650转/分下，回流反应4小时后，离心，分离出的固体用去离子水洗涤至洗出液呈中性后，将固体置于90℃烘箱中，干燥4小时后得到改性膨胀石墨；
所述膨胀石墨的粒径为12μm；
所述增稠剂为海泡石，其粒径为7μm；
所述稳定剂为氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚；
所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述纳米级无机填料为纳米硅酸铝；
所述纳米级无机填料的粒径为80nm；
按建筑防火涂料A组分以重量份计的具体配方，将去离子水、分散剂加入到双行星搅拌分散釜中，控制搅拌桨速率450转/分，高速分散桨速率25000转/分下，向釜内加入纳米级无机填料和改性膨胀石墨，持续搅拌分散2小时后，再依次加入水溶性环氧树脂、高模数硅酸钾、稳定剂，然后继续搅拌分散65分钟后，加入增稠剂，继续搅拌分散45分钟后，出料灌装，得到A组分成品；
步骤2操作同于实施例1。
性能测试：
实施例1、2、3和对比例1、2所得建筑防火涂料，A、B两组分按质量比5:1混合均匀后，喷涂成膜，控制干膜厚度在2mm，然后进行以下指标的测试，具体测试结果见表1；
表1
| 附着力（MPa） | 耐水性（浸泡30天） | 耐洗刷性（1000次） | 耐火性能（分钟） | |
| 检测标准 | GB/T5210-2006 | GB/T1733-93 | GB/T9756-2001 | GB14907-2002 |
| 实施例1 | 13.7 | 无异常 | 未露底材 | 141 |
| 实施例2 | 14.4 | 无异常 | 未露底材 | 153 |
| 实施例3 | 13.2 | 无异常 | 未露底材 | 146 |
| 对比例1 | 10.6 | 部分脱落 | 未露底材 | 84 |
| 对比例2 | 8.2 | 绝大部分脱落 | 底材裸露 | 113 |
从表1中的数据可以看到，膨胀石墨不做改性的对比例1，附着力明显低于三个实施例，耐水性也明显变差，耐火性能更是大幅降低，可见改性膨胀石墨能够在涂层中得到均一分散，并最终影响涂层的附着力、耐水性和耐火性能；对比例2中不加入超支化聚缩水甘油，附着力远小于三个实施例和对比例1，可见羟基含量比较高的超支化聚缩水甘油能够大幅提高涂层的附着力，进而提升涂层的耐水性和耐洗刷性，并且对涂层的耐火性能也有一定影响，这可能是由于超支化聚缩水甘油能够通过提升涂层交联密度来增加涂层的致密度，进而提高涂层的耐火性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种建筑防火涂料，其特征在于：
所述建筑防火涂料由A组分和B组分构成；
所述A组分的具体配方为，以重量份计：
水溶性环氧树脂 40～65份、
超支化聚缩水甘油 12～20份、
高模数硅酸钾 20～35份、
改性膨胀石墨 5~12份、
增稠剂 2～7份、
稳定剂 0.5～1.5份、
分散剂 1~5份、
纳米级无机填料 20~40份、
去离子水 90~120份；
所述水溶性环氧树脂的粘度为15000~35000mPa·s，分子量为200~500g/mol；
所述超支化聚缩水甘油的粘度为170~390mPa·s，分子量为3500~6000g/mol；
所述高模数硅酸钾的模数为1.5~3；
所述改性膨胀石墨，其制备方法为：将膨胀石墨、三氟甲磺酸、三氟乙酸、去离子水、乙腈按质量比30~55:7~12:9~15:40~80:20~40混合后，控温30~50℃，搅拌速率500~800转/分下，回流反应1~5小时后，离心，分离出的固体用去离子水洗涤至洗出液呈中性后，将固体置于80~95℃烘箱中，干燥2~5小时后得到改性膨胀石墨；
所述膨胀石墨的粒径为5~15μm；
所述增稠剂为海泡石，其粒径为1~13μm；
所述稳定剂为氯化-2-羟基-3-(三甲氨基)丙基聚环氧乙烷纤维素醚；
所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱；
所述纳米级无机填料为纳米硅酸铝、纳米硅酸锆、纳米硅酸钙中的一种；
所述纳米级无机填料的粒径为10~100nm；
所述B组分的具体配方为，以重量份计：
端氨基超支化聚酰胺 10~35份、
月桂基两性咪唑啉 2~6份、
去离子水 80~100份；
所述端氨基超支化聚酰胺的分子量为300~1000g/mol，氨基数为3~9mol/mol。
2.根据权利要求1所述的建筑防火涂料的制备方法，其特征在于：
所述建筑防火涂料的制备方法包括A组分的制备和B组分的制备。
3.根据权利要求2所述的建筑防火涂料的制备方法，其特征在于：
所述A组分的制备，其方法为：按建筑防火涂料A组分以重量份计的具体配方，将去离子水、分散剂加入到双行星搅拌分散釜中，控制搅拌桨速率300~600转/分，高速分散桨速率10000~30000转/分下，向釜内加入纳米级无机填料和改性膨胀石墨，持续搅拌分散1~2.5小时后，再依次加入水溶性环氧树脂、超支化聚缩水甘油、高模数硅酸钾、稳定剂，然后继续搅拌分散40~75分钟后，加入增稠剂，继续搅拌分散30~55分钟后，出料灌装，得到A组分成品。
4.根据权利要求2所述建筑防火涂料的制备方法，其特征在于：
所述B组分的制备，其方法为：将端氨基超支化聚酰胺、月桂基两性咪唑啉、去离子水放入高速分散釜内，在20000~30000转/分速率下，高速分散1~3小时后，出料灌装，得到B组分成品。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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