CN118064056A - 耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用 - Google Patents

耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN118064056A
CN118064056A CN202410313887.3A CN202410313887A CN118064056A CN 118064056 A CN118064056 A CN 118064056A CN 202410313887 A CN202410313887 A CN 202410313887A CN 118064056 A CN118064056 A CN 118064056A
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
temperature
resistant
coating
weather
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202410313887.3A
Other languages
English (en)
Inventor
许苗军
张硕
李斌
张志永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northeast Forestry University
Original Assignee
Northeast Forestry University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northeast Forestry University filed Critical Northeast Forestry University
Priority to CN202410313887.3A priority Critical patent/CN118064056A/zh
Publication of CN118064056A publication Critical patent/CN118064056A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D183/00—Coating compositions based on macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon, with or without sulfur, nitrogen, oxygen, or carbon only; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D183/04—Polysiloxanes
    • C09D183/06—Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/36—After-treatment
    • C08J9/365—Coating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D123/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D123/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09D123/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C09D123/08—Copolymers of ethene
    • C09D123/0846—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons containing other atoms than carbon or hydrogen atoms
    • C09D123/0869—Acids or derivatives thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D125/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an aromatic carbocyclic ring; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D125/02—Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C09D125/04—Homopolymers or copolymers of styrene
    • C09D125/08—Copolymers of styrene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D161/00—Coating compositions based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D161/20—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D161/00—Coating compositions based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D161/20—Condensation polymers of aldehydes or ketones with only compounds containing hydrogen attached to nitrogen
    • C09D161/32—Modified amine-aldehyde condensates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
    • C09D5/185—Intumescent paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2375/00—Characterised by the use of polyureas or polyurethanes; Derivatives of such polymers
    • C08J2375/04—Polyurethanes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/02—Flame or fire retardant/resistant
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/14—Gas barrier composition

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用，涉及保温材料防火领域，具体涉及一种耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和应用。是要解决现有建筑保温材料RPUF防火涂层存在的在高温条件下强度不高、耐候性不足的问题。防火涂料按质量百分含量包括以下原料：乳液20％～35％，阻燃剂10％～20％，高温填料1％～5％，高温粘接剂1％～3％，乳化剂0.5％～1％，消泡剂0.5％～1％，分散剂0.5％～1％，余量的水。将称取的原料混合，利用高速乳化机进行分散乳化，即获得防火涂料。本发明应用于聚氨酯保温材料防火。

Description

耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材 料防火中的应用
技术领域
本发明涉及保温材料防火领域，具体涉及一种耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和应用。
背景技术
硬质发泡聚氨酯材料(RPUF)是目前用于取代岩棉、苯板等传统保温材料的“新时代保温材料”，自身具有轻质、优异的保温和抗压等性能，被广泛应用于建筑保温等领域。但RPUF材料易燃，由此引发的火灾事件频发，同时该材料在燃烧过程中释放大量的毒性气体，给人们的生命和财产安全带来了极大的威胁。因此，需要赋予RPUF材料优异的阻燃及防火性能。
目前，对RPUF材料的阻燃及防火改性的方法主要有：(1)将阻燃单体引入到材料的链段中，实现本征阻燃，保持了材料良好的力学性能及耐候性，但成本高、工艺复杂；(2)将阻燃剂在发泡过程中通过物理共混的方式引入到材料中，具有加工工艺简单等优点，但阻燃剂易析出且材料的力学性能、保温性能降低明显；(3)通过将防火涂料构筑在RPUF材料的表面，形成防火涂层，该方法有工艺简单、性价比高、材料的力学、保温等性能保持良好等优点，得到了广泛应用。目前表面涂覆防火涂层的方法存在着高温下炭层强度不足、易塌陷、开裂；且存在涂层的耐候性不足，在潮湿的环境下涂层易流失导致防火性能明显降低的关键技术问题。
发明内容
本发明是要解决现有建筑保温材料RPUF防火涂层存在的在高温条件下强度不高、耐候性不足的问题，提供一种耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用。
本发明耐高温、耐候膨胀防火涂料按质量百分含量包括以下原料：乳液20％～35％，阻燃剂10％～20％，高温填料1％～5％，高温粘接剂1％～3％，乳化剂0.5％～1％，消泡剂0.5％～1％，分散剂0.5％～1％，余量的水。
进一步的，所述乳液为有机硅-丙烯酸共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-丙烯酸共聚乳液、氨基树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂、聚乙烯醇、有机硅树脂中的一种或几种。
进一步的，所述阻燃剂包括成炭阻燃剂和气相阻燃剂，所述成炭阻燃剂为季戊四醇、三嗪类成炭剂、聚苯醚、焦磷酸哌嗪中的一种或几种，所述气相阻燃剂为聚磷酸铵、三聚氰胺氰尿酸盐、焦磷酸二三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。
进一步的，所述高温填料为高岭土、滑石粉、蛭石粉、粉煤灰、云母粉、硅灰石、4A分子筛中的一种或几种。
进一步的，所述高温粘接剂为玻璃粉、聚碳硅烷、硼酸锌、氧化铝中的一种或几种。
进一步的，所述乳化剂为聚山梨酯、聚氧乙烯醚、多元醇脂肪酸酯、十二烷基磺酸钠、油酸钠、N-十二烷基二甲胺中的一种或几种。
进一步的，所述消泡剂为磷酸三丁酯、有机硅油、硫酸铝、硫酸铵中的一种或几种。
进一步的，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、油酸钠、四丁基溴化铵、辛酸钠、六偏磷酸钠中的一种或几种。
上述耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
一、按照质量百分含量称取以下原料：乳液20％～35％，阻燃剂10％～20％，高温填料1％～5％，高温粘接剂1％～3％，乳化剂0.5％～1％，消泡剂0.5％～1％，分散剂0.5％～1％，余量的水；
二、将称取的原料混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速为2500～3500r/min，分散时间为10～30min，获得防火涂料。
上述耐高温、耐候膨胀防火涂料在聚氨酯保温材料防火中的应用。
进一步的，具体使用方法为：利用刷涂或刮涂的方法，将防火涂料分次均匀地涂附于聚氨酯保温材料表面。
本发明的有益效果：
本发明防火涂料用于RPUF的阻燃及防火改性。将防火涂料涂附于聚氨酯保温材料表面，在硬质发泡聚氨酯表面具有良好的成膜及粘接性能，涂层在受热后快速膨胀并形成致密、高强度的炭层，炭层在1000℃以上的高温条件下不烧失、不开裂，具有优异的耐高温性能，形成了类陶瓷化结构，发挥了优异的阻隔作用。
涂附本发明防火涂料后的RPUF材料的压缩强度较纯RPUF有显著提高。且RPUF材料表面的涂层在湿热老化测试后，材料依然保持了优异的防火及力学等性能，表现了优异的耐候性能。本发明选取的乳液，包括有机硅-丙烯酸共聚乳液和有机硅树脂中的聚硅氧烷分子结构自身为疏水基团，具有良好的耐湿性能。阻燃乳液中氨基树脂分子所含有的氨基和羧基可以与极性的阻燃剂发生作用，抑制阻燃剂的迁移，提高其耐候性。此外，部分阻燃剂中的三嗪环结构具有良好的紫外吸收性能，有利于提高阻燃涂层的耐紫外老化性能。
涂附本发明防火涂料后的RPUF材料在燃烧过程中引燃时间明显延长、材料的热量、烟气及毒性气体的释放得到了有效抑制。提高了聚氨酯保温材料在建筑设施等领域使用的火安全性能，对于保护人们的生命及财产安全具有重要意义。
附图说明
图1为纯RPUF燃烧后的残碳；
图2为实施例1RPUF材料燃烧后的残碳；
图3为实施例2RPUF材料燃烧后的残碳；
图4为实施例3RPUF材料燃烧后的残碳；
图5为实施例4RPUF材料燃烧后的残碳；
图6为实施例5RPUF材料燃烧后的残碳；
图7为实施例5RPUF材料老化后的样品形貌，其中(a)为干热老化，(b)为湿热老化；
图8为纯RPUF及实施例5的RPUF材料在不同干热老化时间的压缩强度；
图9为纯RPUF及实施例5的RPUF材料在不同湿热老化时间的压缩强度；
图10为有机硅-丙烯酸共聚乳液基防火涂料成膜后形貌；
图11为多种阻燃剂复配而成的膨胀阻燃体系在不同温度下的炭层形貌图；
图12为三聚氰胺改性脲醛树脂基防火涂料成膜后形貌。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式耐高温、耐候膨胀防火涂料按质量百分含量包括以下原料：乳液20％～35％，阻燃剂10％～20％，高温填料1％～5％，高温粘接剂1％～3％，乳化剂0.5％～1％，消泡剂0.5％～1％，分散剂0.5％～1％，余量的水。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述乳液为有机硅-丙烯酸共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-丙烯酸共聚乳液、氨基树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂、聚乙烯醇、有机硅树脂中的一种或几种。其它与具体实施方式一相同。
本实施方式选取的乳液具有良好的成膜性，同时在材料表面起到粘接阻燃剂与基底材料的作用，不需要添加固化剂，在一定温度下即自然固化。选取的有机硅-丙烯酸共聚乳液、有机硅树脂链段中的C-Si-O-Si键，使涂层具有优异的耐候、耐酸碱性能；苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-丙烯酸共聚乳液中的非极性链段使得涂层具有优异的耐湿性能，从而提高了涂层的耐候性；聚乙烯醇的加入进一步提高了乳液的成膜及粘接性能；氨基树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂在起到粘接成膜作用的同时，在高温下分解产生大量的气源，稀释燃烧区域的氧气及可燃性气体的浓度，降低燃烧强度，从而发挥阻燃作用。
阻燃涂层要求与保温材料基体具有良好的粘接性能，同时在材料表面形成完整、连续的涂层，这就要求乳液具有良好的粘接及成膜性能。不同乳液的分子结构不同，可发挥不同的协同增效作用。单独使用一种乳液进行涂附时，有时候在固化或使用过程中出现开裂现象。如：单独使用三聚氰胺改性脲醛树脂或单独使用有机硅-丙烯酸共聚乳液配制防火涂料时，阻燃涂层在RPUF表面会出现开裂现象，当加入聚乙烯醇乳液时，由于其分子中丰富的羟基基团的存在，使阻燃涂层中的组分发生相互作用，形成网状交联结构，变其变粘稠，提高成膜性能。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述阻燃剂包括成炭阻燃剂和气相阻燃剂，所述成炭阻燃剂为季戊四醇、三嗪类成炭剂、聚苯醚、焦磷酸哌嗪中的一种或几种，所述气相阻燃剂为聚磷酸铵、三聚氰胺氰尿酸盐、焦磷酸二三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。其它与具体实施方式一或二相同。
本实施方式选取的阻燃剂体系兼具凝聚相和气相的多相协同阻燃作用。本发明的防火涂料涂附在RPUF表面，形成防火涂层，在加热条件下，防火涂层受热快速膨胀并形成炭层，阻隔保温材料与燃烧区域间的氧气、热量及可燃物的传递。同时阻燃剂分解释放难燃性气体，稀释氧气及可燃性气体的浓度，达到多相协同阻燃的作用。选取的焦磷酸哌嗪、季戊四醇、三嗪成炭剂、聚苯醚等化合物，自身具有优异的成炭作用；选取的三聚氰胺氰尿酸盐、焦磷酸二三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐分解后产生磷酸及多聚磷酸，能进一步快速催化上述成炭剂的炭化，同时化合物中三聚氰胺结构，在加热过程中能快速分解产生丰富的气源，与成炭剂复合使用时，能快速的催化成炭并发生膨胀，形成膨胀的炭层，从而起到良好的阻隔作用。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述高温填料为高岭土、滑石粉、蛭石粉、粉煤灰、云母粉、硅灰石、4A分子筛中的一种或几种。其它与具体实施方式一至三之一相同。
本实施方式选取的高温填料高岭土、滑石粉、蛭石粉、粉煤灰、云母粉、硅灰石、4A分子筛，在高温下不分解，起到类陶瓷化填料的作用；类陶瓷化填料在燃烧过程中，在材料表面形成一层难燃的保护层，其中的成分在高温下可催化炭层形成，交联炭层结构，有利于形成高强度、具有自支撑性的炭层，对基底材料起到更好的保护作用。同时上述填料大多为硅酸盐、铝酸盐成分，在燃烧过程中能催化膨胀体系，同时增强形成的炭层的强度。尤其是选取的粉煤灰、4A分子筛为多孔结构的填料，在炭层熔融成炭膨胀的过程中，熔融物质进入多孔结构中，多孔填料在炭层中起到了支点及交联的作用，从而有效提高炭层的强度。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述高温粘接剂为玻璃粉、聚碳硅烷、硼酸锌、氧化铝中的一种或几种。其它与具体实施方式一至四之一相同。
本实施方式选取的高温粘接剂硼酸锌、氧化铝、玻璃粉是一类在高温条件下发生熔融并起到粘接高温填料及炭层的作用，从而形成类陶瓷化、良好强度的炭层，在长时间、高温及热流的作用下，不烧失、不塌陷、不开裂，从而发挥优异的隔热、隔火作用。聚碳硅烷为陶瓷材料的前驱体，高温下发生陶瓷化转变，形成碳化硅陶瓷材料，对炭层结构起到交联、加固的作用。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述乳化剂为聚山梨酯、聚氧乙烯醚、多元醇脂肪酸酯、十二烷基磺酸钠、油酸钠、N-十二烷基二甲胺中的一种或几种。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述消泡剂为磷酸三丁酯、有机硅油、硫酸铝、硫酸铵中的一种或几种。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、油酸钠、四丁基溴化铵、辛酸钠、六偏磷酸钠中的一种或几种。其它与具体实施方式一至七之一相同。
选取的乳化剂、消泡剂和高分散剂，在防火涂料中的用量较少，但不能缺少，为制备高质量、长期稳定、便于存放的高性能防火涂料奠定基础。
具体实施方式九：本实施方式耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
一、按照质量百分含量称取以下原料：乳液20％～35％，阻燃剂10％～20％，高温填料1％～5％，高温粘接剂1％～3％，乳化剂0.5％～1％，消泡剂0.5％～1％，分散剂0.5％～1％，余量的水；
二、将称取的原料混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速为2500～3500r/min，分散时间为10～30min，获得防火涂料。
具体实施方式十：本实施方式耐高温、耐候膨胀防火涂料在聚氨酯保温材料防火中的应用。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同的是：具体使用方法为：利用刷涂或刮涂的方法，将防火涂料分次均匀地涂附于聚氨酯保温材料表面。其它与具体实施方式十相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
将20wt％的有机硅-丙烯酸共聚乳液、3wt％的聚乙烯醇、10wt％的焦磷酸哌嗪、7wt％的焦磷酸二三聚氰胺、3wt％的三嗪类成炭剂、2wt％的粉煤灰、3wt％的玻璃粉、1wt％的聚山梨酯、0.5wt％的六偏磷酸钠、0.5wt％的磷酸三丁酯和50wt％的水混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速控制在2800r/min，分散时间为20min，制备得到防火涂料。
将制备的防火涂料利用刷涂的方式，分多次涂附于硬质发泡聚氨酯材料的表面并干燥，控制涂层的单位面积涂附量为30mg/cm2。
本实施例添加了聚乙烯醇的有机硅-丙烯酸共聚乳液基防火涂料成膜后形貌如图10中(d)所示，而对照组不添加聚乙烯醇的有机硅-丙烯酸共聚乳液基防火涂料成膜后形貌如图10中(c)所示。经过对比可以看出，单独使用有机硅-丙烯酸共聚乳液配制防火涂料时，阻燃涂层在RPUF表面会出现开裂现象，当加入聚乙烯醇乳液时，由于其分子中丰富的羟基基团的存在，使阻燃涂层中的组分发生相互作用，形成网状交联结构，变其变粘稠，提高成膜性能。
为了验证阻燃剂各成分之间的协同作用，本实施例将多种阻燃剂复配而成的膨胀阻燃体系在马弗炉中进行程序升温加热，不同成分不同温度时的炭层形貌图如图11所示。由图10中可以看出，焦磷酸哌嗪(PPAP)阻燃剂在300℃时开始分解，400℃时生成低膨胀倍数的炭层，升温至600℃时由于炭层的强度及热稳定不足，出现了开裂和塌陷现象。当焦磷酸二三聚氰胺(DMPY)与PPAP以一定的质量比复配后，在400℃下炭层膨胀高度显著提升，DMPY分解产生的不可燃性气体为膨胀炭层提供了充足的气源，但高温下炭层的强度不够，在600℃时膨胀炭层坍塌。在PPAP/DMPY体系中引入具有多孔结构的粉煤灰(FA)后，形成的炭层的膨胀倍数更大、同时炭层的表面更加的致密、连续，多孔的FA起到了增强炭层以及炭层支点的作用，从而使炭层在600℃依然保持了完好的形貌和强度，有利于燃烧条件下发挥优异的防火、隔热的作用。
实施例2：
本实施例耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
将15wt％的苯乙烯-丙烯酸共聚乳液、15wt％的氨基树脂、8wt％的焦磷酸哌嗪、5wt％的聚磷酸三聚氰胺、5wt％季戊四醇、5wt％高岭土、3wt％的聚碳硅烷、1wt％的十二烷基磺酸钠、1wt％的四丁基溴化铵、1wt％的有机硅油和41wt％的水混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速控制在2500r/min，分散时间为25min，制备得到防火涂料。
将制备的防火涂料利用刷涂的方式，分多次涂附于硬质发泡聚氨酯材料的表面并干燥，控制涂层的单位面积涂附量为20mg/cm2。
实施例3：
本实施例耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
将15wt％的乙烯-丙烯酸共聚乳液、10wt％的三聚氰胺改性脲醛树脂、8wt％的聚磷酸铵、10wt％的聚苯醚、10wt％的聚磷酸三聚氰胺、3wt％硅灰石、2wt％的蛭石粉、2wt％的氧化铝、1wt％的聚氧乙烯醚、0.5wt％的油酸钠、0.5wt％的有机硅油和38wt％的水混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速控制在3500r/min，分散时间为10min，制备得到防火涂料。
将制备的防火涂料利用刷涂的方式，分多次涂附于硬质聚氨酯泡沫表面并干燥，控制涂层的单位面积涂附量为40mg/cm2。
实施例4：
本实施例耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
将15wt％的三聚氰胺改性脲醛树脂、7wt％的有机硅树脂、15wt％的焦磷酸哌嗪、5wt％的三聚氰胺氰尿酸盐、4wt％的滑石粉、3wt％的硼酸锌、1wt％的油酸钠、1wt％的聚乙烯吡咯烷酮、1wt％的硫酸铵和48wt％的水混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速控制在3000r/min，分散时间为20min，制备得到防火涂料。
将制备的防火涂料利用刷涂的方式，分多次涂附于硬质聚氨酯泡沫上表面并干燥，控制涂层的单位面积涂附量为30mg/cm2。
实施例5：
本实施例耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
将20wt％的三聚氰胺改性脲醛树脂、5wt％的聚乙烯醇、10wt％的焦磷酸哌嗪、5wt％的聚磷酸三聚氰胺、5wt％的三嗪类成炭剂、5wt％的粉煤灰、3％wt的玻璃粉、0.5wt％的十二烷基磺酸钠、1wt％的四丁基溴化铵、0.5wt％的磷酸三丁酯和45wt％的水混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速控制在3200r/min，分散时间为20min，制备得到防火涂料。
将制备的防火涂料利用刷涂的方式，分多次涂附于硬质聚氨酯泡沫(RPUF)上表面并干燥，控制涂层的单位面积涂附量为35mg/cm2。
本实施例添加了聚乙烯醇的三聚氰胺改性脲醛树脂基防火涂料成膜情况如图12中(b)所示，而对照组不添加聚乙烯醇的三聚氰胺改性脲醛树脂基防火涂料涂附成膜表面形貌如图12中(a)所示。经过对比可以看出，单独使用三聚氰胺改性脲醛树脂配制防火涂料时，阻燃涂层在RPUF表面会出现开裂现象，当加入聚乙烯醇乳液时，由于其分子中丰富的羟基基团的存在，使阻燃涂层中的组分发生相互作用，形成网状交联结构，变其变粘稠，提高成膜性能。
对以上实施例制备的防火涂料进行性能测试，具体如下：
(1)依据ASTM D3801标准，利用CZF-5型仪器(中国江宁分析仪器有限公司)，对纯RPUF材料和涂附防火涂料后的RPUF材料的垂直燃烧等级进行了测试。样品尺寸为130×13×10mm3。
按照根据GB/T813-2020，用通用材料试验机(XMSFC001型，中国)以10mm/min的速率测量纯RPUF和涂附防火涂料后的RPUF材料的压缩性能。样品的测试尺寸为50×50×50mm3。上述测试结果如表1所示：
由表1可得，涂附防火涂料后的RPUF材料其UL-94均可达到V-0级别。材料的压缩强度相比纯RPUF有一定程度的提高。这是由于泡沫表面存在的防火涂料，进入材料表面的泡孔，涂层完全固化后对泡孔结构起到一定的支撑作用，但不会对更深层的泡孔结构造成影响。
表1RPUF材料的垂直燃烧(UL-94)和压缩强度测试结果
(2)依据ISO-5660标准，利用锥形量热测试模拟真实火灾，对进行防火涂层处理前后的聚氨酯泡沫的引燃时间(TTI)、热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)、总烟释放量(TSP)等数据进行测试评价。试样尺寸为100mm×100mm×25mm，设置热辐射强度为50kW/m2。锥形量热仪测试结果如下表2所示：
表2RPUF材料的锥量测试结果
在50kW的热辐射强度下，纯RPUF在2s被引燃，在HRR曲线上仅在82s处出现一个峰，峰值高达371.31kW/m2，在130s内燃尽，总热释放量(THR)和总烟释放量(TSP)分别达到了33.73KJ/m2和7.64m2，燃烧后的残碳量为6.42％。
经防火涂料涂覆后的RPUF材料，引燃时间均得到一定程度的延长，最高延长至40s。加热后阻燃剂分解并促进涂层的迅速膨胀成炭，形成一定高度和强度的炭层，起隔热防火的作用，赋予了材料良好的防火性能。同时，材料的热释放和烟释放都得到了明显的抑制，材料在燃烧后的残余量均在40％以上。
纯RPUF燃烧后的残碳形貌如图1所示，实施例1至实施例5制备的防火涂料处理后的RPUF燃烧后残碳的形貌如图2-图6所示。纯RPUF在燃烧后剩余少量的残炭，无法起到良好的阻隔作用。经防火涂料处理后的RPUF材料被引燃后表面形成具有一定高度和强度的保护炭层，对基底材料起到良好的阻隔、隔热作用，且炭层在长时间热辐射条件下不烧失、不开裂。
(3)耐候性试验
根据ISO2440:1997标准，利用热电恒温干燥箱对样品进行加速热老化试验，在120℃下，样品分别放置0h、24h、48h和72h；利用恒温恒湿试验箱对样品进行湿热老化试验，在温度85℃，相对湿度85％条件下，样品分别放置0h、24h、48h和72h。通过对比不同老化时间后，防火涂层的形貌和性能变化，对涂层的耐候性进行评价。测试结果如下图7和图8所示。
图7中(a)的处理条件为干热老化0h、24h、48h和72h，(b)的处理条件为湿热老化0h、24h、48h和72h。从图7可以看出，随着老化时间的增加，样品表面的颜色稍有变化。干热老化72h后，RPUF材料变黄，涂层的颜色加深。湿热老化后涂层的颜色变化小，且不论干热或湿热老化，涂层在老化后均未发生开裂、脱落等现象。老化后防火涂层处理的RPUF材料均能通过UL-94V-0级，保持了优异的阻燃性能。
纯RPUF及实施例5的RPUF材料在不同干热老化时间的压缩强度如图8所示，图8中的处理条件为干热老化0h、24h、48h和72h，Pure RPUF指未老化的纯RPUF。纯RPUF及实施例5的RPUF材料在不同湿热老化时间的压缩强度如图9所示，图9中的处理条件为湿热老化0h、24h、48h和72h，Pure RPUF指未老化的纯RPUF。由图8和图9可知，刷涂了防火涂料的RPUF材料在老化后，压缩强度基本保持不变，具备一定的耐候性，在加速热老化下不会出现开裂，脱落行为，且保持一定的防火效果，因此可在实际环境条件下长时间应用。
综上所述，通过防火涂料制备的阻燃RPUF材料具有优异的耐候性能，解决了保温材料防火涂层存在的阻燃剂易析出、耐候性不佳、无法持久阻燃的关键技术问题。

Claims (10)

1.耐高温、耐候膨胀防火涂料，其特征在于，该防火涂料按质量百分含量包括以下原料：乳液20％～35％，阻燃剂10％～20％，高温填料1％～5％，高温粘接剂1％～3％，乳化剂0.5％～1％，消泡剂0.5％～1％，分散剂0.5％～1％，余量的水。
2.根据权利要求1所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料，其特征在于，所述乳液为有机硅-丙烯酸共聚乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液、乙烯-丙烯酸共聚乳液、氨基树脂、三聚氰胺改性脲醛树脂、聚乙烯醇、有机硅树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料，其特征在于，所述阻燃剂包括成炭阻燃剂和气相阻燃剂，所述成炭阻燃剂为季戊四醇、三嗪类成炭剂、聚苯醚、焦磷酸哌嗪中的一种或几种，所述气相阻燃剂为聚磷酸铵、三聚氰胺氰尿酸盐、焦磷酸二三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料，其特征在于，所述高温填料为高岭土、滑石粉、蛭石粉、粉煤灰、云母粉、硅灰石、4A分子筛中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料，其特征在于，所述高温粘接剂为玻璃粉、聚碳硅烷、硼酸锌、氧化铝中的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料，其特征在于，所述乳化剂为聚山梨酯、聚氧乙烯醚、多元醇脂肪酸酯、十二烷基磺酸钠、油酸钠、N-十二烷基二甲胺中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料，其特征在于，所述消泡剂为磷酸三丁酯、有机硅油、硫酸铝、硫酸铵中的一种或几种。
8.如权利要求1所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
一、按照质量百分含量称取以下原料：乳液20％～35％，阻燃剂10％～20％，高温填料1％～5％，高温粘接剂1％～3％，乳化剂0.5％～1％，消泡剂0.5％～1％，分散剂0.5％～1％，余量的水；
二、将称取的原料混合，利用高速乳化机进行分散乳化，转子转速为2500～3500r/min，分散时间为10～30min，获得防火涂料。
9.如权利要求1所述的耐高温、耐候膨胀防火涂料在聚氨酯保温材料防火中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，具体应用方法为：利用刷涂或刮涂的方法，将防火涂料分次均匀地涂附于聚氨酯保温材料表面。
CN202410313887.3A 2024-03-19 2024-03-19 耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用 Pending CN118064056A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410313887.3A CN118064056A (zh) 2024-03-19 2024-03-19 耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410313887.3A CN118064056A (zh) 2024-03-19 2024-03-19 耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118064056A true CN118064056A (zh) 2024-05-24

Family

ID=91105761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410313887.3A Pending CN118064056A (zh) 2024-03-19 2024-03-19 耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118064056A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU752352B2 (en) Fire retardant intumescent coating for lignocellulosic materials
CN109651856B (zh) 一种新型无机膨胀钢结构防火涂料及其制备方法
CN106497339B (zh) 一种电力设备用环保型防火材料及其制备方法
Pei et al. Flame-retarding effects and combustion properties of asphalt binder blended with organo montmorillonite and alumina trihydrate
CN109956726B (zh) 一种原料组合物及柔性保温板
CN107840938A (zh) 组合聚醚、耐老化全水型泡沫板材及其制备方法
CN115594877B (zh) 具有自修复与可回收性能的阻燃涂层及其制备方法与应用
CN110713776A (zh) 一种a级防火水性环氧地坪漆及其制备方法和应用
CN112980262A (zh) 一种用于室内钢结构的水性膨胀型防火涂料及其制备方法
CN115029029A (zh) 一种低烟阻燃水性环氧防火涂料及制备方法和应用
Liu et al. Synergistic flame‐retardant effect of modified hydrotalcite and expandable graphite for silicone rubber foam
CN107325260A (zh) 一种改性磷‑氮膨胀型阻燃剂阻燃的聚氨酯泡沫及制备方法
CN109913048A (zh) 一种环境友好型p-n-c阻燃体系防火涂料
Liu et al. Experimental investigation on fire risk assessment for typical interior wallpapers
KR102645121B1 (ko) 내화 및 내열 변성 실리콘 실란트 조성물
CN113249004A (zh) 一种用于镀锌钢板的水性膨胀型防火涂料及其制备方法
CN111704422A (zh) 一种建筑外墙用防火保温板及其制备方法
CN118064056A (zh) 耐高温、耐候膨胀防火涂料及其制备方法和在聚氨酯保温材料防火中的应用
Md Nasir et al. Combustion of waterborne intumescent flame-retardant coatings with hybrid industrial filler and biofiller
Lu et al. Combustion behavior, mechanical performance and application for vinyl acetate–ethylene copolymer emulsion containing melamine amino trimethyl phosphate and sodium lignosulfonate
CN103602070A (zh) 一种硅橡胶复合材料及其制备方法
CN110256879B (zh) 环保水性无机阻燃涂料
Wang et al. Fire-retardant and smoke-suppressant performance of an intumescent waterborne amino-resin fire-retardant coating for wood
CN106833259A (zh) 一种塑料表面阻燃涂层及其制备方法
CN114479522A (zh) 一种隔热膨胀防火材料及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination