TW202124599A

TW202124599A - 阻燃塗料及其製造方法

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Publication number: TW202124599A
Application number: TW108147956A
Authority: TW
Inventors: 徐碩宏; 胡宇程
Original assignee: 神盾建材有限公司; 錦碩防火建材有限公司
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-01

Abstract

一種阻燃塗料及其製作方法，其阻燃塗料包含:水性樹脂原料，其重量佔阻燃塗料重量30%至40%之間；消泡劑，其重量佔阻燃塗料重量1%至3%之間；消煙劑，其重量佔阻燃塗料重量2%至6%之間；增黏劑，其重量佔阻燃塗料重量0.001%至0.005%之間；含氮化合物，其重量佔阻燃塗料重量10%至15%之間；硼酸鋅，其重量佔阻燃塗料重量2%至7%之間；三聚氰胺，其重量佔阻燃塗料重量4%至8%之間；無機填充劑粉體，包含有珍珠岩粉及矽化合物，其重量佔阻燃塗料重量5%至9%之間；阻燃劑，其重量佔阻燃塗料重量30%至50%之間；溶劑，其重量佔阻燃塗料重量10%至20%之間。

Description

阻燃塗料及其製造方法

本發明涉及一種阻燃塗料及製備方法，特別是有一種關於高分子材料、且用於塗布在鋼骨結構上的阻燃塗料。

近年高層建築激增，由於樓層不斷增高，加上施工品質及工期的要求，現今高樓建築的構造方式多採用鋼骨結構所建造，使其具有強度高、質輕、良好的延伸性、抗震性和施工週期短等特點，然而發生火災時，在高溫作用下鋼會急速融化，導致建築物崩塌，因此，塗佈於鋼骨結構中的塗料固化後是否具備良好的阻燃效果是目前亟欲發展的目標之一。

建築用之阻燃塗料是由基料、分散介質、阻燃劑、助劑、填料、溶劑等構成，且爲了增加阻燃效果，現今防燃塗料中所添加的阻燃劑多為鹵系阻燃劑，然而，鹵系阻燃劑中一些溴類阻燃塗料的使用不利於環境和人體的健康，又，非鹵系阻燃劑雖較鹵系阻燃劑環保，但目前習知的非鹵系阻燃劑的阻燃效果都較鹵系阻燃劑差。

因此，如何製備一種同時具有輕質、防水、防腐、環保且高阻燃效果的非鹵系阻燃劑塗料，為目前相關業者的研發目標之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種提高阻燃效果且環保的阻燃塗料及其製造方法。

於是，本發明之一種阻燃塗料，包含水性樹脂原料、消泡劑、消煙劑、增黏劑、含氮化合物、含硼化合物、三聚氰胺、無機填充劑粉體、阻燃劑、及溶劑。水性樹脂原料之重量佔阻燃塗料之重量30%至40%之間；消泡劑為工業用水性消泡劑，且消泡劑之重量佔阻燃塗料之重量1%至3%之間；消煙劑之重量佔阻燃塗料之重量2%至6%之間；增黏劑之重量佔阻燃塗料之重量0.001%至0.005%之間；含氮化合物之重量佔阻燃塗料之重量10%至15%之間；含硼化合物之重量佔阻燃塗料之重量2%至7%之間；三聚氰胺之重量佔阻燃塗料之重量4%至8%之間；無機填充劑粉體，包含有珍珠岩粉及矽化合物，其中無機填充劑粉體之重量佔阻燃塗料之重量5%至9%之間；阻燃劑之重量佔阻燃塗料之重量30%至50%之間；以及溶劑之重量佔阻燃塗料之重量10%至20%之間。

所述的阻燃塗料，其中，水性樹脂原料包括水性壓克力樹脂 (aqueous acrylic resin)或水性聚氨酯樹脂(aqueous polyureane resin)。

所述的阻燃塗料，其中，包括選自由以下組成之群之含氮化合物，作為額外阻燃劑：氰脲酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨、三聚氰胺焦磷酸銨、三聚氰胺與磷酸之縮合產物及三聚氰胺與磷酸之其他反應產物及其混合物。

所述的阻燃塗料，其中，水性樹脂原料之重量佔阻燃塗料之重量35%。

所述的阻燃塗料，其中，消泡劑之重量佔阻燃塗料之重量2%。

所述的阻燃塗料，其中，消煙劑之重量佔阻燃塗料之重量4%。

所述的阻燃塗料，其中，無機填充劑粉體之重量佔阻燃塗料之重量7%。

所述的阻燃塗料，其中，溶劑係為純水，且重量佔阻燃塗料之重量13%至16%之間。

一種阻燃塗料的製造方法，所述阻燃塗料係適用於鋼骨結構上，所述阻燃塗料的製造方法包含以下步驟：步驟一：將溶劑、消泡劑、消煙劑、增稠劑及水性樹脂原料置入第一攪拌機之攪拌槽內攪拌；步驟二：逐漸加入阻燃劑；步驟三：逐漸加入無機填充劑粉體；步驟四：逐漸再加入消泡劑及水性樹脂原料；步驟五：停止攪拌，並將該第一攪拌機之攪拌槽移至一第二攪拌機內，啟動該第二攪拌機，並每隔20分鐘以細度計量測量塗料細度，於細度達20μm以下，停止第二攪拌機；步驟六：停止攪拌，並將該第二攪拌機之攪拌槽移至該第一攪拌機之攪拌槽內繼續攪拌，攪拌過程中再加入消泡劑繼續攪拌；步驟七：進行品質鑑定；步驟八：進行過濾，以100mesh之濾網過濾機進行過濾，即完成所述之阻燃塗料的製造。

所述的阻燃塗料的製造方法，其中，在步驟一中，第一攪拌機的轉數係設定為150rpm至300 rpm，室溫為攝氏25度至攝氏35度，攪拌時間為五分鐘。

本發明之功效在於，阻燃塗料加入非鹵系阻燃劑，用以解決目前習知鹵系阻燃劑中一些溴類阻燃塗料的使用不利於環境和人體的健康，再者，在阻燃塗料中加入聚磷酸銨，在阻燃過程中，磷、氮具有協同阻燃效應，因而增加其阻燃效果。

本發明的上述以及其它目的、特徵與優點，在參照以下的詳細說明與較佳實施例和隨文檢附的圖式後，將變得明顯。

本發明提供一種阻燃塗料與其製法，該阻燃劑包含水性樹脂原料(aqueous acrylic resin)、消泡劑、消煙劑、增黏劑、含氮化合物、含硼化合物、三聚氰胺、無機填充劑粉體、阻燃劑、及溶劑。

實驗材料：

1.水性樹脂原料:

水性樹脂原料為一基料(成膜物質)，其重量佔阻燃塗料之重量30%至40% 之間，該水性樹脂原料包括水性壓克力樹脂(aqueous acrylic resin)或水性聚氨酯樹脂(aqueous polyureane resin)，由於水性樹脂的特性在於黏度較低耐候性佳、阻燃碳化膨脹較低，因此本發明透過將水性樹脂原料之重量比調高，可增加其黏著度、避免燃燒時煙霧較高、或防燃塗料過度稀釋，塗刷於鋼骨結構後塗層太薄導致附著力不佳，產生龜裂、脫皮等情況發生；更進一步說明的是，所述水性樹脂原料之重量佔阻燃塗料之重量35%、黏度為20000cps。

2.消泡劑:

消泡劑為工業用水性消泡劑，且該消泡劑之重量佔阻燃塗料之重量1%至3%之間，該消泡劑包含二甲基矽油、白炭黑和乳化劑，其具有無毒、消泡快、分散性好、抑泡、不分層的特點，此外，水性樹脂因具有表面活性劑的特性，容易產生氣泡，且在製備阻燃塗料時高速攪拌，也會促使氣泡產生，導致生產過程操作困難，據此，加入消泡劑用以減少上述情況發生；更佳的是，所述消泡劑之重量佔阻燃塗料之重量2%。

3.消煙劑:

由於聚合物加入非鹵系阻燃劑後，可使發煙量增加，因此加入消煙劑是能有效地減少發煙量和煙密度，消煙劑之重量佔阻燃塗料之重量2%至6%之間，該消煙劑可為聚乙二醇(PEG 400)、硼酸鋅、氫氧化鋁；較佳為，所述消煙劑為聚乙二醇(PEG 400)且其重量佔阻燃塗料之重量4%。

4.增黏劑:

增黏劑之重量佔阻燃塗料之重量0.001%至0.005% 之間，該增黏劑包含纖維素(cellulose)，如:選自甲基纖維素(methyl cellulose)、羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose)、羥乙基纖維素(hydroxyethyl cellulose)、羥丙基甲基纖維素(hypromellose)、羧乙基纖維劑(carboxyethyl cellulose)等任一者，其中，該纖維素較佳者為羧乙基纖維劑及羥乙基纖維劑。

5.含氮化合物:

含氮化合物之重量佔阻燃塗料之重量10%至15% 之間，該含氮化合物包括選自由以下組成之群之含氮化合物，作為額外阻燃劑：氰脲酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨、三聚氰胺焦磷酸銨、三聚氰胺與磷酸之縮合產物及三聚氰胺與磷酸之其他反應產物及其混合物。

6.含氮化合物:

含氮化合物較佳者為聚磷酸銨，由於其分子含磷量、含氮量高，在阻燃過程中，磷、氮具有協同阻燃效應，因而阻燃效果優於單含磷化合物或單含氮化合物，再者，氮系阻燃劑比起鹵系阻燃劑具有高阻燃性、低煙、無毒、低鹵等優點。

7.硼化合物:

硼化合物之重量佔阻燃塗料之重量2%至7%之間，該硼化合物包括選自偏硼酸鋇、氟硼酸銨、五硼酸銨、偏硼酸銨、硼酸鋅等任一者，其中，該含硼化合物較佳者為硼酸鋅，而該含硼化合物的特點為能和活性極大的氫氧根(0H-)結合，可以大量吸熱，釋放出結晶水，阻止燃燒連鎖反應，同時，含硼化合物在燃燒溫度下會生成不易揮發的矽酸硼玻璃狀物質包覆在聚合物表面，類似具有同磷化合物的膜效應，生成一層固熔體覆蓋在高聚物表面，用以隔絕空氣，產生阻燃效果。

8.三聚氰胺:

三聚氰胺之重量佔阻燃塗料之重量4%至8%之間，三聚氰胺遇火後能釋放出不燃性氣體，從而將碳源吹製成蜂窩狀碳質層的物質，此外，除了三聚氰胺外，還可以為其他胺類，如:聚磷酸銨、磷酸二氫銨、有機磷酸酯、尿素、雙氯胺、胍等等，而此等變化為本領域中具有通常知識者根據本發明之說明可以合理推得，故仍屬本發明之範疇。

9.阻燃劑:

阻燃劑包含有成碳劑、發泡劑、發泡催化劑，其中，成碳劑包含有季戊四醇、澱粉；發泡劑包含有含氮化合物(例如:三聚氰胺、雙氰胺)、氯化石蠟；發泡催化劑包含有磷酸鹽、聚磷酸銨等，由於阻燃劑為三聚氰胺所製成的樹脂，而三聚氰胺是胺基氰的三聚體，因此阻燃劑遇火分解時會釋放出大量氮氣，用以阻燃，再者，在高溫或火焰下發泡催化劑會分解出酸，使成碳劑失水碳化，其中，阻燃劑佔阻燃塗料之重量30%至50% 之間。

10.無機填充劑粉體:

無機填充劑粉體之重量佔阻燃塗料之重量5%至9%之間。無機填充劑粉體，包含有珍珠岩粉及矽化合物，而珍珠岩粉包含有70%的二氧化矽(SiO₂₎ ，矽化合物為一氧化鉛(PbO)、二氧化矽(SiO2)、二氧化鈦(TiO₂ )所組成之群之矽化合物；較佳的是該無機填充劑粉體之重量佔阻燃塗料之重量7%。

11.溶劑:

溶劑之重量佔阻燃塗料之重量10%至20%之間，更進一步說明，該溶劑係為純水，且重量佔阻燃塗料之重量13%至16%之間。

本發明將就下面的步驟來做進一步說明，但應瞭解的是，該等步驟僅是供例示說明用，而不應被解釋為本發明的實施上的限制。

參閱圖1，本發明提供一種阻燃塗料的製造方法的較佳實施例中，包含以下步驟：《步驟一: 預備阻燃塗料10》

將0.4kg溶劑、0.04kg消泡劑、0.12kg消煙劑、0.008kg增稠劑(又以羧乙基纖維劑或羥乙基纖維劑為最佳)、及水性樹脂原料置入第一攪拌機之攪拌槽內在轉速150-300(rmp)下持續攪拌5分鐘，其溫度控制在攝氏25度C至攝氏35度C之間，更進一步說明:水性樹脂因具有表面活性劑的特性，容易產生氣泡，在製備阻燃塗料時高速攪拌，會促使氣泡產生，導致生產過程操作困難，透過加入消泡劑可減少氣泡的產生。《步驟二: 加入阻燃劑20》

逐漸加入1.2kg阻燃劑，加入完畢後，在室溫攝氏25度C至攝氏35度C下攪拌20分鐘，若於攪拌過程中混合液濃度過高可緩慢地加入純水(蒸餾水)。《步驟三: 加入無機填充劑粉體30》

逐漸加入0.21kg無機填充劑粉體，加入完畢後，在室溫攝氏25度C至攝氏35度C下攪拌5分鐘。《步驟四: 加入消泡劑及水性樹脂原料40》

逐漸再加入0.02kg消泡劑及0.25kg水性樹脂原料，加入完畢後，在室溫攝氏25度C至攝氏35度C下攪拌10分鐘。《步驟五: 攪拌槽放置第二攪拌機內攪拌50》

停止攪拌，並將該第一攪拌機之攪拌槽移至一第二攪拌機內，啟動該第二攪拌機，轉速設定為500(rmp)，於室溫攝氏25度C至攝氏35度C下，開始進行研磨，並每隔20分鐘以細度計量測量塗料細度，於細度達20μm以下，停止第二攪拌機，在一較佳實施例中，該第二攪拌機為籃式珠磨攪拌機，研磨時間為60分鐘。《步驟六: 攪拌槽移至第一攪拌機之攪拌60》

停止攪拌，並將該第二攪拌機之攪拌槽移至該第一攪拌機之攪拌槽內繼續攪拌，轉速設定為200(rmp)，於室溫攝氏25度C至攝氏35度C下，開始進行攪拌，攪拌過程中再加入消泡劑繼續攪拌，直至無泡沫產生，在一較佳實施例中，該消泡劑加入的量為0.02kg，但並不以此為限，而是視泡沫在攪拌過程中所產生的量。《步驟七: 品質鑑定70》

針對阻燃塗料進行耐燃時間、火焰傳播速率、黏度、及碳化量等指標的品質鑑定。舉例說明:先取少量阻燃塗料樣品塗在2～3塊膠合板或木板上，待塗料乾透後，施加火焰於上，並檢查塗料是否大量發泡膨脹，表面聚集凸起，且短時間內不會出現燒損現象，用以計算塗料耐燃時間、火焰傳播速率。《步驟八: 阻燃塗料過濾80》

進行過濾，以100mesh之濾網過濾機進行過濾，即完成所述之阻燃塗料的製造。

更重要的是，本發明之一種阻燃塗料可應用於任何建築結構上，如:板材、鋼材、木板等，並藉由塗刷或噴塗等方式塗佈於建築結構上。

綜上所述，本發明之一種阻燃塗料的優點如下: 1. 透過調高水性樹脂原料於阻燃塗料的比例，可增加其黏著度、避免燃燒時煙霧較高、或防燃塗料過度稀釋，塗刷於鋼骨結構後塗層太薄導致附著力不佳，產生龜裂、脫皮等情況發生。 2. 消泡劑包含二甲基矽油、白炭黑和乳化劑，其具有無毒、消泡快、分散性好、抑泡、不分層的特點，用以防止在製備阻燃塗料時高速攪拌，會氣泡產生，導致生產過程操作困難的情況。 3. 加入消煙劑是能有效地減少因防燃塗料加入非鹵系阻燃劑後發煙量增加的情況。 4. 加入聚磷酸銨，其分子含磷量、含氮量高，在阻燃過程中，磷、氮具有協同阻燃效應，因而阻燃效果優於單含磷化合物或單含氮化合物，且氮系阻燃劑解決習知鹵系阻燃劑不利於環境和人體的健康的缺點。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10:預備阻燃塗料步驟 20:加入阻燃劑步驟 30:加入無機填充劑粉體步驟 40:加入消泡劑及水性樹脂原料步驟 50:攪拌槽放置第二攪拌機內攪拌步驟 60:攪拌槽移至第一攪拌機之攪拌步驟 70:品質鑑定步驟 80:阻燃塗料過濾步驟

圖1是流程示意圖，說明本發明較佳實施例的製造方法。

無

10:預備阻燃塗料步驟

20:加入阻燃劑步驟

30:加入無機填充劑粉體步驟

40:加入消泡劑及水性樹脂原料步驟

50:攪拌槽放置第二攪拌機內攪拌步驟

60:攪拌槽移至第一攪拌機之攪拌步驟

70:品質鑑定步驟

80:阻燃塗料過濾步驟

Claims

一種阻燃塗料，包含：一水性樹脂原料 (aqueous acrylic resin)，其中該水性樹脂原料之重量佔阻燃塗料之重量30%至40%之間；一消泡劑，其中該消泡劑為工業用水性消泡劑，且該消泡劑之重量佔阻燃塗料之重量1%至3%之間；一消煙劑，其中該消煙劑之重量佔阻燃塗料之重量2%至6%之間；一增黏劑，其中該增黏劑之重量佔阻燃塗料之重量0.001%至0.005%之間；一含氮化合物，其中該含氮化合物之重量佔阻燃塗料之重量10%至15%之間；一含硼化合物，其中該含硼化合物之重量佔阻燃塗料之重量2%至7%之間；一三聚氰胺，其中該三聚氰胺之重量佔阻燃塗料之重量4%至8%之間；一無機填充劑粉體，包含有珍珠岩粉及矽化合物，其中該無機填充劑粉體之重量佔阻燃塗料之重量5%至9%之間；一阻燃劑，其中該阻燃劑之重量佔阻燃塗料之重量30%至50%之間；以及一溶劑，其中該溶劑之重量佔阻燃塗料之重量10%至20%之間。
如申請專利範圍第1項所述的阻燃塗料，其中，該水性樹脂原料包括水性壓克力樹脂(aqueous acrylic resin)或水性聚氨酯樹脂(aqueous polyureane resin)。
如申請專利範圍第1項所述的阻燃塗料，其中，包括選自由以下組成之群之含氮化合物，作為額外阻燃劑：氰脲酸三聚氰胺、磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、聚磷酸銨、三聚氰胺磷酸銨、三聚氰胺聚磷酸銨、三聚氰胺焦磷酸銨、三聚氰胺與磷酸之縮合產物及三聚氰胺與磷酸之其他反應產物及其混合物。
如申請專利範圍第1項所述的阻燃塗料，其中，該水性樹脂原料之重量佔阻燃塗料之重量35%。
如申請專利範圍第1項所述的阻燃塗料，其中，該消泡劑之重量佔阻燃塗料之重量2%。
如申請專利範圍第1項所述的阻燃塗料，其中，該消煙劑之重量佔阻燃塗料之重量4%。
如申請專利範圍第1項所述的阻燃塗料，其中，該無機填充劑粉體之重量佔阻燃塗料之重量7%。
如申請專利範圍第1項所述的阻燃塗料，其中，該溶劑係為純水，且重量佔阻燃塗料之重量13%至16%之間。
一種阻燃塗料的製造方法，所述阻燃塗料係適用於鋼骨結構上，所述阻燃塗料的製造方法包含以下步驟：步驟一：將溶劑、消泡劑、消煙劑、增稠劑及水性樹脂原料置入第一攪拌機之攪拌槽內攪拌；步驟二：逐漸加入阻燃劑；步驟三：逐漸加入無機填充劑粉體；步驟四：逐漸再加入消泡劑及水性樹脂原料；步驟五：停止攪拌，並將該第一攪拌機之攪拌槽移至一第二攪拌機內，啟動該第二攪拌機，並每隔20分鐘以細度計量測量塗料細度，於細度達20
m以下，停止第二攪拌機；步驟六：停止攪拌，並將該第二攪拌機之攪拌槽移至該第一攪拌機之攪拌槽內繼續攪拌，攪拌過程中再加入消泡劑繼續攪拌；步驟七：進行品質鑑定；步驟八：進行過濾，以100mesh之濾網過濾機進行過濾，即完成所述之阻燃塗料的製造。
如申請專利範圍第9項所述的阻燃塗料的製造方法，其中，在步驟一中，該第一攪拌機的轉數係設定為150 rpm至300 rpm，室溫為攝氏25度至攝氏35度，攪拌時間為五分鐘。