CN110128926A - 一种水性膨胀型塑料阻燃涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水性膨胀型塑料阻燃涂料及其制备方法，所述阻燃涂料包括如下重量份数的原料：成膜剂10～60份、阻燃体系9～100份、填料1～10份、阻燃协效剂1～15份、助剂1～10份、去离子水5～60份；成膜剂包括水性聚氨酯和水性丙烯酸树脂；阻燃体系包括聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺；填料包括十二碳醇酯和磷酸三丁酯；填料包括滑石粉和云母粉；助剂包括十二碳醇酯和磷酸三丁酯；阻燃协效剂包括铁酸锌和/或膨润土。本发明制备的水性膨胀型塑料阻燃涂料疏水性能优良，理化性能优异；与塑料基材结合力优异，附着力达到0级，硬度为B等级。阻燃涂料内部气泡少，涂层易于成膜，内部均匀致密，无裂纹等缺陷；遇火燃烧时，隔绝氧气和热量传递，阻燃效果好。

Description

一种水性膨胀型塑料阻燃涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃涂料技术领域，具体是一种水性膨胀型塑料阻燃涂料及其制备方法。
背景技术
塑料具有质量轻、耐化学腐蚀以及优异的机械性能，已被广泛应用于国防工业、国民经济和人们的生产生活中，但大多数塑料及其复合材料耐热性差，成为火灾扩大的主要原因之一。国家也出台多种规范推行塑料制品的阻燃处理，其中，在基材表面涂覆阻燃涂层是一种高效、环保、节能的措施。阻燃涂层在火灾未发生时，起到装饰作用；当火灾发生时，阻燃涂层起到阻止火焰迅速蔓延的作用，给消防人员争取到更多的抢救时间。
传统阻燃涂层以溶剂型为主，在涂层制备和使用过程中有机溶剂直接挥发到空气中，破坏大气环境、危害人类健康。另外，有机溶剂在太阳光的照射之下会发生光化作用，形成臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸脂等具有更大毒性的二次污染源，对环境和人们人身安全有存在着极大的隐患。水性涂层是以水作为分散介质，与溶剂型涂层相比最大的优点是降低了有机溶剂的排放，同时减少使用溶剂类物质可以节约石油资源的消耗，降低企业的生产成本。同时，世界各国也同样重视环保法规的建立，限制阻燃涂层中有机溶剂的排放。因此，水性阻燃涂层对于环境保护和减弱火灾蔓延具有深远的意义。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明目的在于提供一种涂层附着力强、耐水性好，阻燃性能显著的水性膨胀型塑料阻燃涂料及其制备方法。
一种水性膨胀型塑料阻燃涂料，所述阻燃涂料包括如下重量份数的原料：成膜剂10～60份、阻燃体系9～100份、填料1～10份、阻燃协效剂1～15份、助剂1～10份、去离子水5～60份；所述成膜剂包括水性聚氨酯和水性丙烯酸树脂；所述阻燃体系包括聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺；所述填料包括十二碳醇酯和磷酸三丁酯；所述填料包括滑石粉和云母粉；所述助剂包括十二碳醇酯和磷酸三丁酯；所述阻燃协效剂包括铁酸锌和/或膨润土。
优选的，所述阻燃涂料包括如下重量份数的原料：成膜剂15～50份、阻燃体系15～70份、填料1～8份、阻燃协效剂2～10份、助剂0.5～5份、去离子水10～50份。
优选的，所述水性聚氨酯和水性丙烯酸树脂的重量比为1:1-2。
优选的，所述阻燃体系由重量比为4～7：1～4：2～6混合而成。
优选的，所述填料滑石粉和云母粉的重量比为1:2-4。
优选的，所述助剂十二碳醇酯和磷酸三丁酯的重量比为1:1-3。
本发明所述一种水性膨胀型塑料阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
(1)在球磨机中分别加入阻燃体系、阻燃协效剂和填料，研磨8-12h，得混合粉末；
(2)取成膜剂加入适量水，在防爆分散机下搅拌2-3h，得到混合溶液；
(3)将混合粉末加入至混合溶液中，置于球磨机研磨8-10h，再加入助剂搅拌3-5h，即可制得阻燃塑料涂料。
优选的，所述球磨机为行星式球磨机，转速为150～280r/min。
本发明所述阻燃涂料的使用方法为：采用涂膜器将上述涂料均匀涂覆于经喷砂处理过的聚碳酸酯塑料板材上，并静置晾干12h，在聚碳酸酯基材表面得到阻燃涂层。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：
1、本发明由于各组分的协同作用，制备的水性膨胀型塑料阻燃涂料疏水性能优良，理化性能优异；阻燃涂层浸泡于去离子水中无起泡、起皱现象，涂料与塑料基材结合力优异，附着力达到0级，硬度为B等级。
2、本发明制成的阻燃涂料内部气泡少，涂层易于成膜，内部均匀致密，无裂纹等缺陷；阻燃涂层遇火燃烧时，涂层充分膨胀形成具有蜂窝状炭层结构，隔绝氧气和热量传递，涂层内部基材得到充分保护。
3、本发明提供的阻燃涂料制备方法简单，成本较低，且可通过调节涂层涂覆厚度和阻燃剂的质量比来满足不同阻燃级别的要求。
附图说明
图1为实施例1水性膨胀型塑料阻燃涂料附着力测试划痕宏观形貌图；
图2为实施例1水性膨胀型塑料阻燃涂料铅笔硬度为B等级的测试划痕在金相显微镜下放大图；
图3为实施例1水性膨胀型塑料阻燃涂层燃烧后在场发射扫描电镜下微观形貌图；
图4为涂覆本发明水性膨胀型塑料阻燃涂料与未涂覆涂层胶合板的背温曲线图。
附图标记：A-未涂覆涂层胶合板背温曲线；B-涂覆涂层胶合板背温曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
一种水性膨胀型塑料阻燃涂料，由以下配比的原料组成：水性聚氨酯25g、水性丙烯酸树脂25g、聚磷酸铵14.5g、季戊四醇7.3g、三聚氰胺18.2g、滑石粉1.5g、云母粉为2.5g、铁酸锌1g、膨润土3g、十二碳醇酯为1g和磷酸三丁酯为2g和去离子水50g。
其制备方法为，包括如下步骤：
(1)在行星式球磨机中分别加入聚磷酸铵14.5g、季戊四醇7.3g、滑石粉1.5g、云母粉为2.5g、铁酸锌1g和膨润土3g，在转速为250r/min下研磨10h，得混合粉末；
(2)取水性聚氨酯25g、水性丙烯酸树脂25g加入去离子水50g，在防爆分散机下搅拌2.5h，得到混合溶液；
(3)将混合粉末加入至混合溶液中，置于球磨机研磨8h，转速为280r/min，再加入十二碳醇酯为1g和磷酸三丁酯为2g搅拌4h，即可制得阻燃塑料涂料。
实施例2
一种水性膨胀型塑料阻燃涂料，由以下配比的原料组成：水性聚氨酯17.5g、水性丙烯酸树脂17.5g、聚磷酸铵12.8g、季戊四醇8.6g、三聚氰胺8.6g、滑石粉3g、云母粉为4g、膨润土8g、十二碳醇酯为2g和磷酸三丁酯为3g和去离子水30g。
其制备方法为，包括如下步骤：
(1)在行星式球磨机中分别加入聚磷酸铵12.8g、季戊四醇8.6g、三聚氰胺8.6g、滑石粉3g、云母粉为4g、膨润土8g，在转速为280r/min下研磨8h，得混合粉末；
(2)水性聚氨酯17.5g、水性丙烯酸树脂17.5g加入去离子水30g，在防爆分散机下搅拌3h，得到混合溶液；
(3)将混合粉末加入至混合溶液中，置于球磨机研磨7h，转速为280r/min，再加入十二碳醇酯为2g和磷酸三丁酯为3g搅拌4h，即可制得阻燃塑料涂料。
实施例3
一种水性膨胀型塑料阻燃涂料，由以下配比的原料组成：水性聚氨酯20g、水性丙烯酸树脂40g、聚磷酸铵16g、季戊四醇8g、三聚氰胺16g、滑石粉2.5g、云母粉为7.5g、铁酸锌3g、膨润土4g、十二碳醇酯为2g、磷酸三丁酯为3g和去离子水40g。
其制备方法为，包括如下步骤：
(1)在行星式球磨机中分别加入聚磷酸铵16g、季戊四醇8g、三聚氰胺16g、滑石粉2.5g、云母粉为7.5g、铁酸锌3g、膨润土4g，在转速为150r/min下研磨12h，得混合粉末；
(2)取水性聚氨酯20g、水性丙烯酸树脂40g加入去离子水50g，在防爆分散机下搅拌2.5h，得到混合溶液；
(3)将混合粉末加入至混合溶液中，置于球磨机研磨8h，转速为280r/min，再加入十二碳醇酯为1g和磷酸三丁酯为2g搅拌4h，即可制得阻燃塑料涂料。
实施例4
一种水性膨胀型塑料阻燃涂料，由以下配比的原料组成：水性聚氨酯17.8g、水性丙烯酸树脂35.6g、聚磷酸铵16g、季戊四醇8.8g、三聚氰胺4.4g、滑石粉11g、云母粉为3.5g、铁酸锌3.5g、铁酸锌3g、膨润土2g、十二碳醇酯为2.5g、磷酸三丁酯为3g和去离子水25g。
其制备方法为，包括如下步骤：
(1)在行星式球磨机中分别加入聚磷酸铵16g、季戊四醇8.8g、三聚氰胺4.4g、滑石粉11g、云母粉为3.5g、铁酸锌3.5g、铁酸锌3g、膨润土2g，在转速为250r/min下研磨10h，得混合粉末；
(2)取水性聚氨酯17.8g、水性丙烯酸树脂35.6g加入去离子水25g，在防爆分散机下搅拌3h，得到混合溶液；
(3)将混合粉末加入至混合溶液中，置于球磨机研磨10h，转速为250r/min，再加入十二碳醇酯为2.5g、磷酸三丁酯为3g搅拌4h，即可制得阻燃塑料涂料。
采用涂膜器将上述涂料均匀涂覆于经喷砂处理过的聚碳酸酯塑料板材上，并静置晾干12h，在聚碳酸酯基材表面得到阻燃涂层。针对水性膨胀型塑料阻燃涂层进行性能检测。
涂层附着力大小根据国家标准GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》进行判定，使用百格刀法进行测试，刀具切割间距为3mm，观察涂层十字交叉切割区发生脱落情况，对照附着力试验结果分级表评定涂层附着力等级。实验结果表明：阻燃涂层能牢固地附着于聚碳酸酯表面，附着力为0级。
硬度反应涂层抵抗形变的能力，硬度的高低以铅笔不同硬度表现，涂层的硬度采用国家标准GB/T 6739-2006《涂抹硬度铅笔测试法》中A法进行测试。铅笔硬度等级分别为：6B—5B—4B—3B—2B—B—HB—H—2H—3H—4H—5H—6H，其中6B铅笔硬度最软，6H铅笔硬度最硬。铅笔的硬度由两个硬度等级确定，较软铅笔在涂层表面不产生划痕，较硬的铅笔在涂层表面产生明显的划痕。实验测试结果表明，涂层的硬度为B等级。
采用石蜡对试板进行封边处理，干燥备用。再根据国标GB/T 1034—2008《塑料吸水性的测定》对样板的吸水率进行测试。结果表明，涂层的吸水率仅为24.38％。
根据国家标准GB 12441-2005《饰面型防火涂料》中的大板燃烧法对涂层的耐燃时间进行测试，并测量涂层燃烧前后的厚度，计算涂层膨胀倍率。酒精喷灯喷口离样板表面的高度为7cm，火焰高度为10cm，并每隔10s记录热电偶温度计的温度，待胶合板背面开始出现黑晕时停止燃烧。实验结果显示，涂层的膨胀倍率为17.8，耐燃时间为510s。
表1为涂层理化性能测试结果
图1为本发明水性膨胀型塑料阻燃涂层附着力测试划痕宏观形貌图；从图1可以看出，水性膨胀型塑料阻燃涂层能牢固地附着于基材表面，根据附着力试验结果分级表可知，涂层与基材的附着力为0级。
图2为本发明水性膨胀型塑料阻燃涂层铅笔硬度为B等级的测试划痕在金相显微镜下放大图；从图2可以看出，该硬度等级的铅笔在涂层表面没有产生划痕，没有将涂层划破，仅留下石墨本身滑动的轨迹，因此可判定涂层的硬度为B等级。
图3为本发明水性膨胀型塑料阻燃涂层燃烧后在场发射扫描电镜下微观形貌图，从图3可以看出，燃烧后阻燃塑料涂料的残余物充分膨胀，且发泡较均匀；涂层充分膨胀，隔绝火源与基材直接接触且残炭具有隔热效果，从而起阻燃作用。
图4为涂覆本发明水性膨胀型塑料阻燃涂层与未涂覆涂层胶合板的背温曲线图。从图4中看出，未涂覆涂层的胶合板背温上升迅速，胶合板的背温达到200℃时，耐燃时间仅为110s，而涂覆涂层后，涂层厚度为0.8mm，涂层背温上升缓慢，耐燃时间延长，胶合板的背温达到200℃时，耐燃时间达到510s。其中A-燃烧后阻燃塑料涂料；B-环氧树脂基材。
以上内容是结合具体的/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施例做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种水性膨胀型塑料阻燃涂料，其特征在于：所述阻燃涂料包括如下重量份数的原料：成膜剂10～60份、阻燃体系9～100份、填料1～10份、阻燃协效剂1～15份、助剂1～10份、去离子水5～60份；所述成膜剂包括水性聚氨酯和水性丙烯酸树脂；所述阻燃体系包括聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺；所述填料包括十二碳醇酯和磷酸三丁酯；所述填料包括滑石粉和云母粉；所述助剂包括十二碳醇酯和磷酸三丁酯；所述阻燃协效剂包括铁酸锌和/或膨润土。
2.根据权利要求1所述水性膨胀型塑料阻燃涂料，其特征在于：所述阻燃涂料包括如下重量份数的原料：成膜剂15～50份、阻燃体系15～70份、填料1～8份、阻燃协效剂2～10份、助剂0.5～5份、去离子水10～50份。
3.根据权利要求1所述水性膨胀型塑料阻燃涂料，其特征在于：所述水性聚氨酯和水性丙烯酸树脂的重量比为1:1-2。
4.根据权利要求1所述水性膨胀型塑料阻燃涂料，其特征在于：所述阻燃体系由重量比为4～7：1～4：2～6混合而成。
5.根据权利要求1所述水性膨胀型塑料阻燃涂料，其特征在于：所述填料滑石粉和云母粉的重量比为1:2-4。
6.根据权利要求1所述水性膨胀型塑料阻燃涂料，其特征在于：所述助剂十二碳醇酯和磷酸三丁酯的重量比为1:1-3。
7.如权利要求1或2所述一种水性膨胀型塑料阻燃涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在球磨机中分别加入阻燃体系、阻燃协效剂和填料，研磨8-12h，得混合粉末；
(2)取成膜剂加入适量水，在防爆分散机下搅拌2-3h，得到混合溶液；
(3)将混合粉末加入至混合溶液中，置于球磨机研磨8-10h，再加入助剂搅拌3-5h，即可制得阻燃塑料涂料。
8.根据权利要求7所述一种水性膨胀型塑料阻燃涂料的制备方法，其特征在于：所述球磨机为行星式球磨机，转速为150～280r/min。
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