CN105368290B - 一种纳米阻燃涂料及其制备工艺 - Google Patents

一种纳米阻燃涂料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米阻燃涂料，该涂料包含如下配方（重量份）：水性聚氨酯30～35；纳米二氧化硅5～10；甲苯30～35；去离子水15～20；正丁醇3～6；异氰酸酯3～6；硅烷偶联剂1.0～1.5；稳定剂0.3～0.5；消泡剂0.3～0.8。同时，本发明还公开了一种制备纳米阻燃涂料的工艺。本发明采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行改性处理，改性后的纳米二氧化硅均匀分散到阻燃涂料中，使得阻燃涂料具有了纳米粒子的优良防火性能，解决传统阻燃涂料耐久性问题，且无毒无害，环保性能优异，装饰效果好。

Description

一种纳米阻燃涂料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种阻燃涂料，尤其涉及一种纳米阻燃涂料及其制备工艺。
背景技术
阻燃涂料的意义是，有火情时能避免火灾发生，保护生命财产安全；万一发生火灾，可最大限度减缓火的蔓延，为消防人员提供宝贵时间，使损失降到最低限度。随着涂料应用领域的发展扩大，对阻燃涂料的需求也越来越迫切。
木材具有舒适宜人的质感和美丽的纹理，是目前建筑和室内装饰的重要材料，但木材易燃，容易造成火灾，危及人类的生命和财产安全。为了提高木材使用的安全性,必须对木材进行阻燃处理，采用阻燃涂料是一种简便易行的方法。由于钢结构具有施工周期短、对环境污染小、抗震性好、质量轻、强度高等优点越来越受到人们的青睐，特别是在大跨度、超高层建筑物和构筑物中得到日益广泛的应用，因此钢结构将在未来的建筑工程中发挥其独特且不可替代的作用。然而钢结构直接裸露在高温火焰下烧灼，不到20min，钢结构很快就会失去其承载能力，远远达不到建筑规范中的防火要求，因此对钢结构采用阻燃涂料是十分必要的。
纳米技术是20世纪后期发展起来的，成为21世纪三大主导技术之一。纳米微粒的尺寸为1～100nm，由于纳米微粒为纳米量级使得它拥有许多奇异的物理和化学性质，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。将纳米粒子添加到阻燃涂料中可以提高阻燃涂料的耐火极限、粘结强度、耐候性能，同时增加涂料的抗菌性能，使涂料具有更强的实用性能。二氧化硅(SiO2)是无机物，具有不燃性，将其纳米化，再经改性处理后加入阻燃涂料中，能改善机体的力学性能、热性能、气体相隔性及耐溶性能，同时涂层的致密性更高，能够减少燃烧热向未燃烧部分反馈以及分解产物向火焰区域的扩散，抑制了挥发物产生的速率，起到了良好的隔热和隔氧的作用，从而延缓涂料的燃烧，具有良好的阻燃效果。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种导热系数低，耐火极限高，且具有很好装饰效果的纳米阻燃涂料。
同时，本发明还提供了一种纳米阻燃涂料的制备工艺。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种纳米阻燃涂料，该涂料包含如下配方（重量份）：水性聚氨酯30～35；纳米二氧化硅5～10；甲苯30～35；去离子水15～20；正丁醇3～6；异氰酸酯3～6；硅烷偶联剂1.0～1.5；稳定剂0.3～0.5；消泡剂0.3～0.8。
作为本发明的一种优选方案，所述硅烷偶联剂为六甲基二硅氮烷（HMDZ）或偶联剂KH-550[(C2H5O3)3Si(CH2)3NH2]。
作为本发明的另一种优选方案，所述纳米二氧化硅平均粒径为28nm，比表面积为600m2/g。
一种制备上述纳米阻燃涂料的工艺，该工艺包括如下步骤：
1）按重量比将纳米二氧化硅加入到甲苯中，经过超声处理55～65min后，得到均匀悬浮液；
2）将硅烷偶联剂加入到悬浮液中，超声处理28～32min，在78～82℃恒温水浴槽中反应115～125min后，得到改性纳米二氧化硅；
3）按重量比向反应釜中加入水性聚氨酯、去离子水，790～810r/min的速度搅拌58～62min；
4）按重量比加入正丁醇，然后边搅拌边向反应釜中加入异氰酸酯，490～510r/min的速度搅拌28～32min；
5）按重量比将改性纳米二氧化硅加入到反应釜中，490～510r/min的速度搅拌28～32min；
6）按重量比向反应釜中加稳定剂和消泡剂，90～110r/min的速度搅拌58～62min后，得到纳米阻燃涂料。
本发明的技术效果是：该纳米阻燃涂料涂层厚度仅为40～50um，其导热系数低于0.025W/m·k，耐火极限不低于60min，同时具有很好的装饰效果。
具体实施方式
一种纳米阻燃涂料，该涂料包含如下配方（重量份）：水性聚氨酯30～35；纳米二氧化硅5～10；甲苯30～35；去离子水15～20；正丁醇3～6；异氰酸酯3～6；硅烷偶联剂1.0～1.5；稳定剂0.3～0.5；消泡剂0.3～0.8。
硅烷偶联剂为六甲基二硅氮烷（HMDZ）或偶联剂KH-550[(C2H5O3)3Si(CH2)3NH2]，纳米二氧化硅平均粒径为28nm，比表面积为600m2/g，稳定剂可采用光稳定剂292，消泡剂可采用有机硅消泡剂AT-882DN。
实施例1
一种纳米阻燃涂料的制备工艺，该工艺包括如下步骤：
1)称取甲苯30kg于反应容器中，加入5kg纳米二氧化硅，经过超声波处理55min，得到均匀悬浮液；
2)称取硅烷偶联剂1kg加入到悬浮液中，超声处理28min，在78℃恒温水浴槽中反应115min后，得到改性纳米二氧化硅；
3) 向反应釜中加入20kg去离子水，再称取35kg水性聚氨酯加入到反应釜中，以790r/min的速度搅拌58min；
4) 称取正丁醇3kg加入到反应釜中，然后边搅拌边向反应釜中加入异氰酸酯，异氰酸酯的质量为5kg，490r/min的速度搅拌28min；
5) 将改性纳米二氧化硅加入到反应釜中，490r/min的速度搅拌28min；
6) 向反应釜中加入0.4kg稳定剂和0.6kg消泡剂，90r/min的速度搅拌58min后，得到纳米阻燃涂料。
经检测该纳米阻燃涂料涂层厚度仅为43um，其导热系数为0.025W/m·k，耐火极限不低于62min，同时具有很好的装饰效果。
实施例2
一种纳米阻燃涂料的制备工艺，该工艺包括如下步骤：
1)称取甲苯31kg于反应容器中，加入6kg纳米二氧化硅，经过超声波处理60min，得到均匀悬浮液；
2)称取硅烷偶联剂1.1kg加入到悬浮液中，超声处理29min，在80℃恒温水浴槽中反应117min后，得到改性纳米二氧化硅；
3)向反应釜中加入19kg去离子水，再称取34kg水性聚氨酯加入到反应釜中，以795r/min的速度搅拌59min；
4)称取正丁醇4kg加入到反应釜中，然后边搅拌边向反应釜中加入异氰酸酯，异氰酸酯的质量为6kg，495r/min的速度搅拌29min；
5)将改性纳米二氧化硅加入到反应釜中，500r/min的速度搅拌30min；
6)向反应釜中加入0.3kg稳定剂和0.7kg消泡剂，100r/min的速度搅拌60min后，得到纳米阻燃涂料。
经检测该纳米阻燃涂料涂层厚度仅为41um，其导热系数为0.022W/m·k，耐火极限不低于65min，同时具有很好的装饰效果。
实施例3
一种纳米阻燃涂料的制备工艺，该工艺包括如下步骤：
1)称取甲苯32kg于反应容器中，加入7kg纳米二氧化硅，经过超声波处理64min，得到均匀悬浮液；
2)称取硅烷偶联剂1.2kg加入到悬浮液中，超声处理30min，在79℃恒温水浴槽中反应120min后，得到改性纳米二氧化硅；
3)向反应釜中加入18kg去离子水，再称取33kg水性聚氨酯加入到反应釜中，以800r/min的速度搅拌60min；
4)称取正丁醇5kg加入到反应釜中，然后边搅拌边向反应釜中加入异氰酸酯，异氰酸酯的质量为4kg，500r/min的速度搅拌30min；
5)将改性纳米二氧化硅加入到反应釜中，500r/min的速度搅拌30min；
6）向反应釜中加入0.3kg稳定剂和0.8kg消泡剂，95r/min的速度搅拌62min后，得到纳米阻燃涂料。
经检测该纳米阻燃涂料涂层厚度仅为46um，其导热系数为0.021W/m·k，耐火极限不低于68min，同时具有很好的装饰效果。
实施例4
一种纳米阻燃涂料的制备工艺，该工艺包括如下步骤：
1)称取甲苯33kg于反应容器中，加入9kg纳米二氧化硅，经过超声波处理62min，得到均匀悬浮液；
2)称取硅烷偶联剂1.3kg加入到悬浮液中，超声处理31min，在81℃恒温水浴槽中反应123min后，得到改性纳米二氧化硅；
3)向反应釜中加入17kg去离子水，再称取32kg水性聚氨酯加入到反应釜中，以805r/min的速度搅拌61min；
4)称取正丁醇5.3kg加入到反应釜中，然后边搅拌边向反应釜中加入异氰酸酯，异氰酸酯的质量为3kg，505r/min的速度搅拌31min；
5)将改性纳米二氧化硅加入到反应釜中，500r/min的速度搅拌30min；
6)向反应釜中加入0.5kg稳定剂和0.4kg消泡剂，110r/min的速度搅拌61min后，得到纳米阻燃涂料。
经检测该纳米阻燃涂料涂层厚度仅为49um，其导热系数为0.020W/m·k，耐火极限不低于71min，同时具有很好的装饰效果。
实施例5
一种纳米阻燃涂料的制备工艺，该工艺包括如下步骤：
1)称取甲苯35kg于反应容器中，加入10kg纳米二氧化硅，经过超声波处理65min，得到均匀悬浮液；
2)称取硅烷偶联剂1.5kg加入到悬浮液中，超声处理32min，在82℃恒温水浴槽中反应125min后，得到改性纳米二氧化硅；
3)向反应釜中加入15kg去离子水，再称取30kg水性聚氨酯加入到反应釜中，以810r/min的速度搅拌62min；
4)称取正丁醇6kg加入到反应釜中，然后边搅拌边向反应釜中加入异氰酸酯，异氰酸酯的质量为3.8kg，510r/min的速度搅拌32min；
5)将改性纳米二氧化硅加入到反应釜中，500r/min的速度搅拌30min；
6)向反应釜中加入0.4kg稳定剂和0.3kg消泡剂，105r/min的速度搅拌59min后，得到纳米阻燃涂料。
经检测该纳米阻燃涂料涂层厚度仅为47um，其导热系数为0.022W/m·k，耐火极限不低于67min，同时具有很好的装饰效果。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种纳米阻燃涂料，其特征在于，该涂料由水性聚氨酯30～35重量份、纳米二氧化硅5～10重量份、甲苯30～35重量份、去离子水15～20重量份、正丁醇3～6重量份、异氰酸酯3～6重量份、六甲基二硅氮烷(HMDZ)1.0～1.5重量份、稳定剂0.3～0.5重量份、消泡剂0.3～0.8重量份组成；所述纳米二氧化硅平均粒径为28nm，比表面积为600m2/g。
2.一种制备权利要求1所述的纳米阻燃涂料的工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
1)按重量比将纳米二氧化硅加入到甲苯中，经过超声处理55～65min后，得到均匀悬浮液；
2)将六甲基二硅氮烷(HMDZ)加入到悬浮液中，超声处理28～32min，在78～82℃恒温水浴槽中反应115～125min后，得到改性纳米二氧化硅；
3)按重量比向反应釜中加入水性聚氨酯、去离子水，790～810r/min的速度搅拌58～62min；
4)按重量比加入正丁醇，然后边搅拌边向反应釜中加入异氰酸酯，490～510r/min的速度搅拌28～32min；
5)按重量比将改性纳米二氧化硅加入到反应釜中，490～510r/min的速度搅拌28～32min；
6)按重量比向反应釜中加稳定剂和消泡剂，90～110r/min的速度搅拌58～62min后，得到纳米阻燃涂料。
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Address after: 400030 Chongqing Jiulongpo District Feng Sheng Road No. 27 of No. 5

Applicant after: CHONGQING COLOR STONE TECHNOLOGY CO.,LTD.

Address before: 400030 Chongqing District, Sha Road, Chongqing University,, the first floor of the first floor of the apartment five

Applicant before: CHONGQING COLOR STONE TECHNOLOGY CO.,LTD.

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Effective date of registration: 20220708

Address after: 402760 No.92 Donglin Avenue, Biquan street, Bishan District, Chongqing

Patentee after: Chongqing slake Technology Co.,Ltd.

Address before: 400030 No. 27-5, Fengsheng Road, Jiulongpo District, Chongqing

Patentee before: CHONGQING COLOR STONE TECHNOLOGY CO.,LTD.

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Effective date of registration: 20221109

Address after: 402760 No.92 Donglin Avenue, Biquan street, Bishan District, Chongqing

Patentee after: Zhongjiwei (Chongqing) new material Technology Research Institute Co.,Ltd.

Address before: 402760 No.92 Donglin Avenue, Biquan street, Bishan District, Chongqing

Patentee before: Chongqing slake Technology Co.,Ltd.

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