CN1708562A - 阻燃涂料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃涂料组合物,包括占涂料组合物总重量百分比为10-50wt%的水溶性树脂,丙烯酰类树脂或氨基甲酸酯类树脂,10-30wt%的阻燃剂,8-20wt%的阻燃助剂,30-45wt%的稀释剂和0.1-0.5wt%的添加剂。由于在涂覆层中包含不燃烧的材料,着火时,被涂覆的材料的燃烧会受到阻碍。同样,有害气体的产生也会降低至最小程度,因而能保证在初期的一段时间能抑制火苗,增加了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃涂料组合物,尤其涉及制备能有效耐火的阻燃涂料组合物的方法,该方法通过混合水溶性树脂,丙烯酰类树脂或氨基甲酸酯类树脂与阻燃剂、阻燃助剂、稀释剂和添加剂来制备阻燃涂料组合物。
背景技术
由于建筑物需要进行内部装修,因此会用到各种易燃材料,如木板、泡沫聚苯乙烯、合成树脂模铸品等等,这些材料都具有遇火易燃并产生大量有害气体的缺点。因此,这些易燃的内部装饰物直接导致大火的快速蔓延。尤其是,热塑性树脂在化学结构上是一种包含氧、氢、碳等物质的易燃有机材料,因此能快速燃烧。此外,在热塑性树脂燃烧过程中会产生大量含有害气体的烟,因此其次会导致死亡的发生。
近年来,已进行了耐火方面的研究,来阻止火灾的发生,并开发了许多阻燃材料在实际应用中抑制火灾,例如,用在建筑材料、电子和电器产品以及电缆上。
例如,美国专利No.5,326,800公开了一种制备阻燃材料的方法,该方法使用含聚碳酸脂的玻璃纤维与碱金属和铵盐混合。此外,韩国专利公开文献No.1999-0036727公开了一种含氢氧化镁颗粒和氢氧化铝颗粒的耐火树脂组合物。但是,由于阻燃材料在制备过程中是单独分别加到树脂组合物中才制得耐火产品的,因而上述这些专利存在制备过程复杂的缺点。
为了在所需的物品上直接涂覆阻燃涂料组合物制得耐火产品,而无需复杂的制备过程,韩国专利公开文献No.2002-0003925公开了一种用在建筑上的阻燃涂料,包含二氧化硅、氧化铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁和氧化钠。
另外,美国专利No.4,532,287公开了一种在有机材料制成的纤维或树脂板的表面上涂覆含卤化物的耐火涂料,而使该纤维或树脂板具有耐火性的方法。
但是,上述方法也有缺点,如使用有害环境的卤化物,在制备、使用和处理化合物的过程中会产生大量的环境污染物。
尽管美国专利No.5,500,480记载了采用金属氢氧化物如氢氧化铝代替卤化物来解决这些问题,但使用大量的金属氢氧化物会导致终产物的金属特性和耐热性能的下降,给阻燃性装修物带来负面的影响。
传统的耐火产品存在各种问题,例如,由于需要在耐火化合物的协助下才能制备阻燃剂而使制备过程复杂,很难给产品提供阻燃特性,以及阻燃性能低。
发明内容
因此,本发明的目的在于解决现有技术存在的问题,从而提供一种阻燃涂料组合物,该阻燃涂料组合物包含水溶性树脂,丙烯酰类树脂或氨基甲酸酯类树脂与阻燃剂、阻燃助剂、稀释剂和添加剂的混合物。
本发明的另一个目的在于提供一种制备阻燃产品的方法,该方法包括在所需的基底上涂覆阻燃涂料组合物。
本发明的最佳实施方式
本发明涉及一种阻燃涂料组合物,包含占涂料组合物总重量百分比为10-50wt%的水溶性树脂、丙烯酰类树脂或氨基甲酸酯类树脂;10-30wt%的阻燃剂;8-20wt%的阻燃助剂;30-45wt%的稀释剂和0.1-0.5wt%的添加剂。
此外,本发明还涉及一种制备阻燃产品的方法,包括将水溶性树脂、丙烯酰类树脂或氨基甲酸酯类树脂与阻燃剂、阻燃助剂、稀释剂和添加剂均匀混合,得到阻燃涂料组合物;在基底上涂覆阻燃涂料组合物;并通过加热和干燥在80-150℃的温度范围内对涂覆阻燃涂料组合物的基底进行热处理。
此处,“阻燃”是指耐火,耐燃。
用于本发明的合适的水溶性树脂是指能在水中溶解和分散的合成树脂,典型的代表是可溶性酚醛树脂、尿素树脂预缩合物、三聚氰胺树脂预缩合物、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、醇酸树脂、丙烯酰类树脂、聚氨基甲酸酯树脂、环氧酯树脂等。作为可用的水溶性树脂,至少一个合成树脂是选自醇酸树脂、丙烯酰类树脂、聚氨基甲酸酯树脂、环氧酯树脂及其混合物。尤其是,优选具有低聚合度的合成树脂,使用量为涂料组合物总重量的10-50wt%,优选15-30wt%。
用于本发明的丙烯酰类树脂是指丙烯酸树脂或聚丙烯酸酯丙烯酸类树脂。这类树脂的使用量为涂料组合物总重量的10-50wt%,优选15-30wt%,例如聚甲基丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯-丙烯酸烷基酯共聚物。在甲基丙烯酸烷基酯-丙烯酸烷基酯共聚物的情况下,甲基丙烯酸烷基酯单元的含量为约50-99wt%,丙烯酸烷基酯单元的含量为约1-50wt%。
甲基丙烯酸烷基酯包括如甲基丙烯酸甲酯。具有2-10个碳原子烷基基团的丙烯酸烷基酯可以是例如丙烯酸乙基酯,丙烯酸正-丙基酯、丙烯酸异丙基酯、丙烯酸正-丁基酯、丙烯酸异丁基酯、丙烯酸己基酯、丙烯酸辛基酯等。
本发明的氨基甲酸酯类树脂的使用量为涂料组合物总重量的10-50wt%,优选15-30wt%,并包括异氰酸酯和多元醇。异氰酸酯的例子包括TDI(甲苯二异氰酸酯),MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯),HDI(1,6-六亚甲基二异氰酸酯),PPDI(对-亚苯基二异氰酸酯),HMDI(4,4-双环己基甲烷二异氰酸酯),改性的异氰酸酯等。由于多元醇具有两个或两个以上的羟基,因此可以使用例如聚酯型多元醇,PHD多元醇,胺改性的多元醇,硅改性的多元醇,氨基甲酸酯改性的多元醇等。
本发明阻燃剂的使用量为涂料组合物总重量的10-30wt%,优选12-20wt%。可以使用本领域公知的任何阻燃剂,优选采用磷酸化、卤化或无机的阻燃剂。
在本发明中,阻燃助剂本身并不防火,但是当它与阻燃剂一起使用时,比单独使用阻燃剂能进一步增加防火效果。因而,尽管只使用了少量的助剂,但是能表现出足够的防火效果。在这种情况下,阻燃助剂的使用量为涂料组合物总重量的8-20wt%,优选10-15wt%。阻燃助剂的例子包括三氧化锑、五氧化锑、硼酸锌、碳黑、硼酸、固体石蜡等。尤其是,优选使用三氧化锑或硼酸锌。
由于阻燃助剂与阻燃剂一起使用时能提高防火效果,因而阻燃助剂的用量尽可能小。一般来说,助剂的使用量时阻燃剂的1/3-1/2wt%。
本发明稀释剂的选择需要考虑挥发性、可溶性以及与树脂的相容性,例如可选用甲乙酮、甲苯、异丙醇、乙醇和甲醇。
稀释剂的使用量为涂料组合物总重量的30-45wt%。如果稀释剂的使用量小于30wt%,则涂覆层会变厚,或者当在基底表面涂覆了阻燃涂料组合物时涂覆的表面会不平坦。并且,当稀释剂的量超过45wt%时,会导致防火效果的下降。
本发明所用的添加剂是为了确保阻燃涂料组合物的表面均匀化程度高,从而使涂覆过程简单,同时使组合物能被干净地涂覆到基底表面。结果,添加剂使组合物易分散,得到易储存和易用的产品。
表面均匀化程度高意味着克服了在产品上涂覆涂料组合物时经常产生的表面缺陷问题,因而涂覆层呈现出好的外观,并具有期望的保护功能。
添加剂选自丙烯酸酯共聚物,酸性共聚物的烷基铵盐,不饱和的聚胺酰胺盐,极性酸酯,羧酸酯,聚醚改性的二甲基聚硅氧烷,聚酯改性的二甲基聚硅氧烷,聚甲基烷基硅氧烷,烷基改性的聚甲基烷基硅氧烷,聚丙烯酸酯共聚物等。
用来保持表面湿度的添加剂的使用量为阻燃涂料组合物总重量的0.1-0.5wt%,优选0.1-0.3wt%。作为添加剂的分散剂的用量是固体含量的1.0-1.5wt%或5-6wt%,根据所用的固体含量发生变化。在本发明中,含量范围在1.0-1.2wt%之间。
将包含上述组分的阻燃涂料组合物涂覆到基底上,该过程通过一系列制备阻燃涂料组合物的步骤,在基底上涂覆涂料组合物,通过加热和干燥在80-150℃范围内对涂覆后的基底进行热处理。
这儿,术语“基底”是指在燃烧时会产生有害气体的固体物,例如用作建筑材料,如包装材料、墙纸、地板材料、墙面材料或装修材料、弹力材料、装饰材料、绝缘材料和日常用品的塑料,包含泡沫聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯,聚氯乙烯。此外,房屋或电子和电器产品的电缆所包含的材料在燃烧时也会产生有害气体。任何基底只要经过涂覆处理涂覆上阻燃涂料组合物而产生阻燃性能,则都能使用至其产品最长期限。必要的话,可在阻燃涂料组合物中加入颜料来产生颜色。
制备阻燃涂料组合物的步骤是指水溶性树脂、氨基甲酸酯类树脂或丙烯酰类树脂与阻燃剂、阻燃助剂、稀释剂和添加剂混合,制得均匀的组合物。
在下述实施例的启示下将更好地理解本发明,但是本发明的内容并不限于实施例。
实施例1
6g的丙烯酰类树脂A-9540[Aekyung Chemical,韩国]和5g的稀释剂MEK[Duksan Chemical Co.,韩国]相混合并充分搅拌,加入5g的阻燃剂TBBA[Nippon Chemical,日本]并搅拌。
然后,将0.06g的表面润湿添加剂BYK-306[BYK,德国]和5g MEK[Duksan Chemical Co.,韩国]的混合物滴加到反应混合物中,并搅拌。
用稀释剂稀释0.45g的分散剂Disperbyk-161[BYK,德国]制得15%浓度的溶液,将该溶液缓慢加入到反应混合物中,然后再将3g的阻燃助剂Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.,Korea]加到混合物中,得到阻燃涂料组合物。
实施例2
按照实施例1的方法制备阻燃涂料组合物,不同的是采用4g的Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.,韩国]作为阻燃助剂来代替3g的Sb2O3[IlsungAntimony Co.Ltd.,韩国]。
实施例3
按照实施例1的方法制备阻燃涂料组合物,不同的是采用A-881[Aekyung Chemical,韩国]作为丙烯酰类树脂来代替A-9540[AekyungChemical,韩国]。
实施例4
6g的氨基甲酸酯类树脂12-406[Aekyung Chemical,韩国]和5g的稀释剂MEK[Duksan Chemical Co.,韩国]相混合并充分搅拌,加入5g的阻燃剂TBBA[Nippon Chemical,日本]。
然后,将5g的表面润湿添加剂BYK-306[BYK,德国]和5g MEK[Duksan Chemical Co.,韩国]的混合物滴加到反应混合物中,并搅拌。
用稀释剂稀释0.45g的分散剂Disperbyk-161[BYK,德国]制得15%浓度的溶液,将该溶液缓慢加入到反应混合物中,然后再将3g的阻燃助剂Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.,Korea]加到混合物中,得到阻燃涂料组合物。
实施例5
按照实施例4的方法制备阻燃涂料组合物,不同的是采用4g的Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.,韩国]作为阻燃助剂来代替3g的Sb2O3[IlsungAntimony Co.Ltd.,韩国]。
实施例6
按照实施例4的方法制备阻燃涂料组合物,不同的是采用Mg(OH)2[Kyowa Chemical,日本]作为阻燃剂来代替TBBA[NipponChemical,韩国]。
实施例7
按照实施例4的方法制备阻燃涂料组合物,不同的是采用硼酸锌[BORAX,USA]作为阻燃助剂来代替Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.,韩国]。
实施例8
按照实施例4的方法制备阻燃涂料组合物,不同的是采用1.5g的硼酸锌[BORAX,USA]和1.5g的Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.,韩国]一起作为阻燃助剂来代替Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.,韩国]。
实施例9
将实施例1制得的阻燃涂料组合物用浸涂法涂覆到PE电缆上,涂层厚度为20-30um,在120℃下热处理2分钟。
实施例10
将实施例4制得的阻燃涂料组合物用浸涂法涂覆到PE电缆上,涂层厚度为20-30um,在120℃下热处理2分钟。
实施例11
将实施例6制得的阻燃涂料组合物用浸涂法涂覆到PE电缆上,涂层厚度为20-30um,在120℃下热处理2分钟。
实施例12
将实施例7制得的阻燃涂料组合物用浸涂法涂覆到PE电缆上,涂层厚度为20-30um,在120℃下热处理2分钟。
实施例13
将实施例1制得的阻燃涂料组合物用辊涂法涂覆到PVC膜上,涂层厚度为10-30um,在120℃下热处理2分钟。
实施例14
将实施例4制得的阻燃涂料组合物用辊涂法涂覆到PVC膜上,涂层厚度为10-30um,在120℃下热处理2分钟。
实施例15
将实施例6制得的阻燃涂料组合物用辊涂法涂覆到PVC膜上,涂层厚度为10-30um,在120℃下热处理2分钟。
实施例16
将实施例7制得的阻燃涂料组合物用辊涂法涂覆到PVC膜上,涂层厚度为10-30um,在120℃下热处理2分钟。
实验测试
为了检测所涂覆的阻燃涂料组合物的物理特性,测试了表面特性、燃烧时的渗出情况以及耐火性能。
根据UL-1581(VW-1)对电缆进行了燃烧测试,对于PVC膜或塑料板则采用了45°微焰灯的方法进行测试。
涂覆上了实施例1-8制备的涂料组合物的每个电缆都按照UL-1581(VW-1)进行了测试。结果见表1所示。
表1
实施例 | 粘附性 | 挠性 | 渗出 | UL-1581(VW-1) |
1 | × | × | 无 | 通过 |
2 | × | × | 无 | 通过 |
3 | × | × | 无 | 通过 |
4 | ○ | ○ | 无 | 通过 |
5 | ○ | ○ | 无 | 通过 |
6 | ○ | ○ | 无 | 通过 |
7 | ○ | ○ | 无 | 通过 |
8 | ○ | ○ | 无 | 通过 |
9 | ○ | ○ | 无 | 通过 |
注:[×:差,○:好]
根据对一种电力电缆,XLPE电缆进行的耐火评价方法测试,上表1显示了耐火性和表面特性依赖于所用的阻燃剂含量。结果说明,本发明的涂料组合物在燃烧时没有渗出现象,通过了UL-1581(VW-1)测试。
另一方面,根据45°微焰灯的方法,使用No.#12的条形涂布器(barcoater)将实施例9-16制得的每种涂料组合物涂覆到PVC膜上,厚度为30um,然后裁成宽35cm、长25cm尺寸的待测样品。根据45°微焰灯的方法,将3个待测样品置于火口(KUKDONG Fire Prevention CO.)处。采用Korea Fire Equipment Inspection Corporation的相同方法,评价了下述特性。
结果见下表2。
表2
实施例 | 粘附性 | 硬度 | 渗出 | 45°微焰灯方法 |
9 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
10 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
11 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
12 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
13 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
14 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
15 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
16 | 100/100 | - | 无 | 通过 |
如表2所述,本发明组合物的粘附性很好,没有渗出现象,并通过了45°微焰灯方法的测试。
本发明阻燃涂料组合物从韩国防火设备检测公司(Korea FireEquipment Inspection Corporation)获得了耐火证书。
工业应用性
如上所述,本发明的阻燃涂料组合物包括水溶性树脂、丙烯酰类树脂或氨基甲酸酯类树脂与阻燃剂、阻燃助剂、稀释剂和添加剂的混合物,将该涂料组合物涂覆到燃烧时会产生有害气体的基底上,由于涂覆的涂层上包含不燃烧的材料,从而阻碍了燃烧的发生。这样,有害气体的产生被降低到了最低程度,保证了在初期的一段时间能抑制火灾的蔓延,增加了安全性。
此外,本发明的涂料组合物是液态的,因而能给任何基底提供防火性能。与传统的固体阻燃剂相比,本发明的涂料组合物能进一步增加阻燃装修材料的使用。
本发明已通过举例来说明,应该理解的是,所用的术语应根据说明书的本意来理解,而不是用于限制。在上述教导的启示下,本发明还可做许多修饰和变动。因而,本发明的范围应根据权利要求的范围来确定。
Claims (8)
1.一种阻燃涂料组合物,包括占涂料组合物总重量百分比为10-50wt%的水溶性树脂,丙烯酰类树脂或氨基甲酸酯类树脂,10-30wt%的阻燃剂,8-20wt%的阻燃助剂,30-45wt%的稀释剂和0.1-0.5wt%的添加剂。
2.根据权利要求1所述的涂料组合物,其中,所述的水溶性树脂包括至少一种选自下述的合成树脂:醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧乙烷树脂及其混合物。
3.根据权利要求1所述的涂料组合物,其中,所述的丙烯酰类树脂包括聚甲基丙烯酸烷基酯,甲基丙烯酸烷基酯-丙烯酸烷基酯共聚物或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的涂料组合物,其中,所述的氨基甲酸酯类树脂包括异氰酸酯,多元醇或它们的混合物。
5.根据权利要求1所述的涂料组合物,其中,所述的阻燃助剂包括三氧化锑、五氧化锑、硼酸锌、碳黑、硼酸、固体石蜡或它们的混合物。
6.根据权利要求1所述的涂料组合物,其中,所述的稀释剂包括甲乙酮、甲苯、异丙醇、乙醇,甲醇或它们的混合物。
7.一种制备阻燃产品的方法,包括下述步骤:在基底上涂覆权利要求1至6任意一项所述的阻燃涂料组合物,通过加热和干燥在80-150℃的温度范围下对涂覆的基底进行热处理。
8.一种采用权利要求1至6任意一项所述的阻燃涂料组合物涂覆的基底。
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