CN101280142A - 环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，属化工防火阻燃涂料制造业。它通过采用两种阻燃剂与水性树脂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、成碳剂、纳米颜、填料，微米颜、填料及其它助剂复配得到的阻燃涂料。它不含有机溶剂和卤素阻燃剂，VOC含量很低，防火性能优异，理化性能优良。它的组成如下：水性树脂10～90％，含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂1～50％，聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂1～50％，多聚磷酸铵1～30％，三聚氰胺1～20％，成碳剂1～30％，纳米颜、填料0.1～30％，微米填料0.1～60％，分散剂0.1～10％，稳定剂0.1～10％，水0.1～50％，微米颜料适量。它是先将水性树脂、纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、成碳剂、纳米颜、填料，分散剂及稳定剂投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀；出料后的混合物再加入微米颜、填料、水、分散剂和稳定剂在高速分散机内分散均匀获得成品。
Description
【技术领域】
本发明是一种环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，是一种建筑行业所使用的阻燃新材料，属于化工防火阻燃涂料制造业。
【背景技术】
随着现代建筑技术的发展，依靠钢结构，钢筋混凝土柱、梁、板承重的大型建筑逐渐占据了主导地位，特别是一些公共建筑如体育场馆，歌舞剧院、商场、宾馆、写字楼等主要是采用钢结构的建筑型式。由于一般常用的建筑钢材在540℃的临界温度左右即失去承载能力，而当建筑物发生火灾时，火场的温度在几分钟之内即可达到1000℃左右，裸露的钢材很快就会上升到540℃的临界温度以上，其承载力就会急剧下降而导致建筑物坍塌，从而造成巨大的财产损失和严重的人员伤亡，因此国内外都有相关的法规要求这类建筑物必须对承重的钢筋混凝土梁、柱、板及钢结构涂布防火阻燃涂料，以便为消防部门灭火救人赢得宝贵时间。其中钢筋混凝土梁、柱、板的耐火时间须达到3小时以上，一般会采用厚度达7mm以上的厚型防火阻燃涂料(每平方米约需14公斤涂料)；普通的钢结构一般要求耐火时间达到1小时以上，一般会采用厚度小于3mm的超薄型阻燃涂料(每平方米约需6公斤涂料)。因此随着我国消防法规的逐步完善，防火阻燃涂料的市场需求量将会急剧增长。目前国内的防火阻燃涂料产品仍主要以VOC含量很高的溶剂型为主，普通的水性防火阻燃涂料为辅。溶剂型防火阻燃涂料涂布时会挥发出大量有毒有害的有机溶剂，对环境和工人的健康造成严重影响，并且存在火灾隐患，不符合现代环保要求。而普通的水性防火阻燃涂料又存在诸多的不足，主要表现在：①防火性能不佳，遇火膨胀后涂层强度差，会剥离，影响防火性能。②耐久性和耐老化性能不佳，涂层与基材结合力会逐渐下降，并容易出现剥离、粉化等现象，影响防火性能。③遇火时存在烟气安全问题。由于普通的水性防火阻燃涂料一般含有十溴二苯醚类的含卤素阻燃剂，在高温会产生溴化二苯二恶英等有强烈致癌性和毒性的气体和烟雾，对逃生人群和消防人员产生很大的毒害，对环境也会造成严重污染，不符合RoHS指令等高标准的国际环保要求。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，它是通过采用两种纳米阻燃剂-含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂和聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂与水性树脂，纳米颜、填料，微米颜、填料及其它助剂复配得到一种不含有机溶剂和卤素阻燃剂，VOC含量很低，防火性能优异，理化性能优良，遇火时不产生溴化二苯二恶英等有强烈致癌性和毒性的气体和烟雾的环境友好型水性纳米防火阻燃涂料，从而满足现代建筑对高性能的环保防火阻燃涂料的需求，减少VOC的排放，更好地保护环境，保护遇火人员和消防队员的身体健康，满足RoHS指令等高标准的国际环保要求。
(一)组合物成分
本发明的环保型水性纳米防火阻燃涂料的构成成分如下：
水性树脂 10～90％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 1～50％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 1～50％
多聚磷酸铵 1～30％
三聚氰胺 1～20％
成碳剂 1～30％
纳米颜、填料 0.1～30％
微米填料 0.1～60％
分散剂 0.1～10％
稳定剂 0.1～10％
水 0.1～50％
微米颜料 适量
(二)组合物成分结构及来源
(1)本发明所采用的水性树脂可以是水性丙烯酸树脂(I)，水性苯乙烯-丙烯酸树脂(II)，水性醋酸乙烯-丙烯酸树脂(III)，水性醋酸乙烯-苯乙烯树脂(IV)及水性醇酸树脂(V)中的一种、两种或两种以上的组合物。
其结构式如下：
(I)
(II)
(III)
(IV)
R1、R3、R5、R7可为H、CH3；
R2、R4、R6、R8可为H、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH2CH3、(CH2)5CH(CH3)2、CH2CH2OH、CH2CH2CH2OH
性质：固含量为20％～80％，具有无色、耐光、耐老化的特点。
来源：中国出产
(2)本发明的阻燃剂为含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂及聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂的一种或两种组合物。
性质：具有极好的阻燃性能
来源：中国华南理工大学提供
(3)本发明采用的发泡催化剂为多聚磷酸铵。
性质：在高温或火焰下分解出酸，使成碳剂失水碳化。
来源：中国出产
(4)本发明采用的发泡剂为三聚氰胺。
性质：在一定温度下分解放出不燃性气体使涂层发泡。
来源：中国出产
(5)本发明的成碳剂是季戊四醇及淀粉中的一种或两种组合物。
性质：在成碳催化剂作用下使泡形成碳化层。
来源：中国出产
(6)纳米颜、填料指纳米SiO2、TiO2及CaCO3的一种、两种或两种以上的组合物。
性质：惰性或有色
来源：中国出产
(7)微米填料指微米级的CaCO3、SiO2、硅灰石、滑石粉、BaSO4及硅藻土的一种、两种或两种以上的组合物。
性质：惰性
来源：中国出产
(8)分散剂指磷酸盐类、聚丙烯酸盐类及聚羧酸盐类中的一种、两种或两种以上的组合物。
性质：降低微粒间的粘合力
来源：中国出产
(9)稳定剂指对乳胶漆起稳定作用，有效改善乳胶漆长期贮存后出现的分层、破乳、凝胶及增稠现象，能提高纳米材料的相容性，同时具备显著的抗浮色发花功能的物质，这里指钛酸酯偶联剂。
来源：中国出产
(10)微米颜料指TiO2、锌钡白、碳黑、氧化铁红及氧化铁黄中的一种或两种的组合物。
性质：惰性或有色
来源：中国出产
(三)本发明的制备方法
它是将水性树脂与纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、成碳剂、颜、填料，适量的分散剂、稳定剂等一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀，出料后的混合物再加入微米颜、填料、适量的水、分散剂、稳定剂在高速分散机下分散均匀，出料包装得到环保型水性纳米防火阻燃涂料。
(四)本发明的优点
(1)优质高效，防火性能优异，不含有机溶剂和卤素阻燃剂，VOC含量很低；
(2)理化性能优良，遇火时不会产生溴化二苯二恶英有强烈致癌性和毒性的气体和烟雾；
(3)涂层厚度小，能节约原料，且达到效能；涂层厚度在2±0.2mm时，耐火极限达到1.0～1.7小时，完全达到了人们逃生和消防救火的时间要求。满足现代建筑对高性能的环保防火阻燃涂料的要求。
(4)材料容易获得，加工简便，生产效率高。
【附图说明】
下面依据附图说明和具体实施方式来进一步阐述本发明的内容。附图1为本发明的制备方法工艺图。
【具体实施方式】
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例1环保型水性纳米防火阻燃涂料，其组分及重量百分比为：
水性丙烯酸树脂 32％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 8％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 4％
季戊四醇 4％
多聚磷酸铵 20％
三聚氰胺 7％
纳米SiO2 1.5％
纳米TiO2 1.5％
TiO2 5％
滑石粉 3％
聚丙烯酸盐分散剂 1％
钛酸酯偶联剂 0.3％
水 10％
微米碳黑 适量
上述环保型水性纳米防火阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
首先将水性丙烯酸树脂与纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米颜、填料，适量的分散剂、稳定剂等一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀，出料后的混合物再加入微米颜、填料、适量的水、分散剂、稳定剂在高速分散机下分散均匀，出料包装得到环保型水性纳米防火阻燃涂料。
本发明实施例2环保型水性纳米防火阻燃涂料，其组分及重量百分比为：
水性丙烯酸树脂 32％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 4％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 8％
季戊四醇 4％
多聚磷酸铵 20％
三聚氰胺 7％
纳米SiO2 1.5％
纳米TiO2 1.5％
TiO2 5％
滑石粉 3％
聚丙烯酸盐分散剂 1％
钛酸酯偶联剂 0.3％
水 10％
微米碳黑 适量
上述环保型水性纳米防火阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
首先将水性丙烯酸树脂与纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米颜、填料，适量的分散剂、稳定剂等一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀，出料后的混合物再加入微米颜、填料、适量的水、分散剂、稳定剂在高速分散机下分散均匀，出料包装得到环保型水性纳米防火阻燃涂料。
本发明实施例3环保型水性纳米防火阻燃涂料，其组分及重量百分比为：
水性苯丙乳液 27％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 10％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 2％
季戊四醇 3.7％
多聚磷酸铵 19％
三聚氰胺 9％
纳米SiO2 1.5％
纳米TiO2 1.5％
纳米CaCO3 1.5％
TiO2 5％
聚丙烯酸盐分散剂 1％
钛酸酯偶联剂 0.3％
水 15％
微米碳黑 适量
上述环保型水性纳米防火阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
首先将水性苯丙树脂与纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米颜、填料，适量的分散剂、稳定剂等一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀，出料后的混合物再加入微米颜、填料、适量的水、分散剂、稳定剂在高速分散机下分散均匀，出料包装得到环保型水性纳米防火阻燃涂料。
本发明实施例4环保型水性纳米防火阻燃涂料，其组分及重量百分比为：
水性苯丙乳液 27％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 6％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 6％
季戊四醇 3.7％
多聚磷酸铵 19％
三聚氰胺 9％
纳米SiO2 1.5％
纳米TiO2 1.5％
纳米CaCO3 1.5％
TiO2 5％
聚丙烯酸盐分散剂 1％
钛酸酯偶联剂 0.3％
水 15％
微米碳黑 适量
上述环保型水性纳米防火阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
首先将水性苯丙树脂与纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米颜、填料，适量的分散剂、稳定剂等一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀，出料后的混合物再加入微米颜、填料、适量的水、分散剂、稳定剂在高速分散机下分散均匀，出料包装得到环保型水性纳米防火阻燃涂料。
本发明实施例5环保型水性纳米防火阻燃涂料，其组分及重量百分比为：
水性醋丙乳液 28％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 7％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 5％
季戊四醇 14％
多聚磷酸铵 20％
三聚氰胺 11％
纳米SiO2 1.5％
纳米TiO2 1.5％
TiO2 5％
磷酸盐分散剂 0.5％
钛酸酯偶联剂 0.3％
水 5％
微米碳黑 适量
上述环保型水性纳米防火阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
首先将水性醋丙树脂与纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米颜、填料，适量的分散剂、稳定剂等一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀，出料后的混合物再加入微米颜、填料、适量的水、分散剂、稳定剂在高速分散机下分散均匀，出料包装得到环保型水性纳米防火阻燃涂料。
本发明实施例6环保型水性纳米防火阻燃涂料，其组分及重量百分比为：
水性醋丙乳液 28％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 5％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 7％
季戊四醇 14％
多聚磷酸铵 20％
三聚氰胺 11％
纳米SiO2 1.5％
纳米TiO2 1.5％
TiO2 5％
磷酸盐分散剂 0.5％
钛酸酯偶联剂 0.3％
水 5％
微米碳黑 适量
上述环保型水性纳米防火阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
首先将水性醋丙树脂与纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、纳米颜、填料，适量的分散剂、稳定剂等一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀，出料后的混合物再加入微米颜、填料、适量的水、分散剂、稳定剂在高速分散机下分散均匀，出料包装得到环保型水性纳米防火阻燃涂料。对以上实施例1、2、3、4、5、6环保型水性纳米防火阻燃涂料、溶剂型防火阻燃涂料和普通水性防火阻燃涂料进行各项性能测试，其结果如下列表所示：
Claims (10)
1. 环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其组成如下：
水性树脂 10～90％
含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂 1～50％
聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂 1～50％
多聚磷酸铵 1～30％
三聚氰胺 1～20％
成碳剂 1～30％
纳米颜、填料 0.1～30％
微米填料 0.1～60％
分散剂 0.1～10％
稳定剂 0.1～10％
水 0.1～50％
微米颜料 适量。
2. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是先将水性树脂、纳米阻燃剂、多聚磷酸铵、三聚氰胺、成碳剂、纳米颜、填料，分散剂及稳定剂一起投入行星搅拌釜中搅拌分散均匀；出料后的混合物再加入微米颜、填料，水，分散剂和稳定剂在高速分散机内分散均匀获得成品。
3. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是水性树脂为水性丙烯酸树脂(I)，水性苯乙烯-丙烯酸树脂(II)，水性醋酸乙烯-丙烯酸树脂(III)，水性醋酸乙烯-苯乙烯树脂(IV)，水性醇酸树脂(V)中的一种、两种或两种以上的组合物。
4. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是阻燃剂为含磷、氮有机物插层的层状硅酸盐纳米阻燃剂及聚合物包覆的纳米氢氧化镁阻燃剂的一种或两种组合物。
5. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是成碳剂是季戊四醇及淀粉的一种或两种组合物。
6. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是纳米颜、填料是指纳米SiO2、TiO2及CaCO3，的一种、两种或两种以上的组合物。
7. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是微米填料是碳酸钙、滑石粉、硅灰石、高岭土、二氧化硅、硫酸钡及硅藻土的一种、两种或两种以上的组合物。
8. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是分散剂可以是磷酸盐类、聚丙烯酸盐类、聚羧酸盐类中的一种、两种或两种以上的组合物。
9. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是稳定剂是釱酸酯偶联剂。
10. 根据权利要求1中所述的环保型水性纳米防火阻燃涂料及制备方法，其特征是微米颜料是TiO2、锌钡白、碳黑、氧化铁红及氧化铁黄中的一种或两种的组合物。
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