一种生物基阻燃涂料、涂层及制备方法与流程

本发明涉及阻燃涂料，具体涉及一种生物基阻燃涂料、涂层及制备方法。

背景技术：

1、目前溴锑阻燃体系依然是行业内公认的最有效的阻燃体系，但是溴锑阻燃过程会产生较多的有毒有害的烟尘，抑烟是溴锑阻燃体系最迫切需要解决的问题。现有的解决方案通常是添加抑烟剂，但市场还没有针对溴锑阻燃体系较好的抑烟剂。

2、此外，纤维素是地球上大量存在的可再生资源，随着石油等资源的枯竭，可再生资源越来越受到人们的关注，如何利用纤维素等生物基材料将成为人们研究的热点问题。

3、本技术发明人为解决溴锑阻燃体系的上述问题，试图将纤维素引入到溴锑阻燃体系中，并做了深入研究后，制备出一种含有纤维素的生物基阻燃涂料，该涂料综合性能优异，且在阻燃过程中能够减少原本溴锑阻燃体系产生有毒有害烟尘，达到抑烟的效果。

4、经检索，国内已有纤维素在涂层应用实施的现有技术，例如中国专利文献公告号为cn112144316b，发明创造名称为：一种纳米纤维素改性丙烯酸树脂及其制备方法和装饰纸；中国专利文献公告号为cn115028774b，发明创造名称为：改性纤维素共聚丙烯酸型两性有机抗水分散剂的制备方法；中国专利文献公告号为cn106009458b，发明创造名称为：一种菠萝皮渣纤维素-g-丙烯酸/高岭土/乌贼墨水凝胶及其制备方法与应用；中国专利文献公告号为cn109385185b，发明创造名称为：一种水性半纤维素/纤维素/丙烯酸-环氧树脂涂料及其制备方法。

5、上述方案都是在涂料领域利用纤维素做出的一些创新性尝试，但是将纤维素用于阻燃的文献报道较少。由于阻燃涂料被广泛、长期大量使用，在国民经济安全生产和居民生活中，具有重要地位，因此。如何将可再生材料与阻燃材料相结合，制备生物基的阻燃涂料，对于涂料领域的应用具有非常重要的价值和意义。

技术实现思路

1、针对于上述问题，本发明的目的之一在于提供一种生物基阻燃涂料、涂层及制备方法，通过对材料成分体系的改进，并将改性纤维素引入到溴锑阻燃体系体系中，利用改性纤维素的三维立体网络结构制备出综合性能优异的阻燃涂料，该涂料可应用于建筑、纺织、钢结构等阻燃领域。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种生物基阻燃涂料，包括以下重量百分比的原料：

4、丙烯酸树脂        5%~50%

5、溴化丁苯橡胶树脂  5%~50%

6、改性纤维素        5%~30%

7、阻燃填料          10%~50%

8、助剂              1%~5%，

9、其中阻燃填料选用锑系化合物和金属氢氧化物的混合物。

10、在第一方面可实现的实施方式中，锑系化合物选用三氧化二锑；

11、和/或，所述金属氢氧化物选用氢氧化铝或氢氧化镁中的至少一种。

12、在第一方面可实现的实施方式中，丙烯酸树脂的分子结构具有侧链，其侧链含有-nr1r2结构，其中r1为氢原子，r2是由含有1~6个碳原子的烷烃组成。

13、丙烯酸树脂采用油溶性树脂或乳液中的任意一种；

14、和/或，所述溴化丁苯橡胶树脂采用油性树脂或乳液中的任意一种。

15、采用乳液时，上述两种树脂乳液要具有较高的固体含量，优选的，固体含量超过40%的树脂乳液。

16、在第一方面可实现的实施方式中，助剂包括消泡剂和流平剂，所述流平剂为有机硅类助剂；

17、和/或，所述消泡剂为有机硅类助剂。

18、在第一方面可实现的实施方式中，流平剂选用byk307流平剂；

19、和/或，所述消泡剂选用byk024消泡剂。

20、在第一方面可实现的实施方式中，改性纤维素由纤维素经硅烷偶联剂改性制得，改性后纤维素的大分子链段上会接枝一定数量的环氧基团。

21、在第一方面可实现的实施方式中，纤维素为天然植物提取物，植物来源包括禾本植物和木本植物。

22、第二方面，本发明提供了一种生物基阻燃涂料的制备方法，用于制备上述的生物基阻燃涂料，包括以下步骤：

23、（1）将丙烯酸树脂和溴化丁苯橡胶树脂这两种树脂在加热搅拌的条件下进行混和研磨处理，搅拌时间为1h~10h，加热温度为50℃~80℃，其中丙烯酸树脂玻璃化转化温度在10℃，油性溴化丁苯橡胶树脂具有45%固体含量，其粘度为10000厘泊。

24、（2）加入功能填料，功能填料包括改性纤维素和阻燃填料，在改性纤维素和阻燃填料的加入过程中高速加热搅拌，加热温度为50℃~80℃。将改性纤维素干粉分散到纯水中，以马尔文粒度仪测试，检测到其粒径分布d50为15微米。纤维素经改性后，其表面具有良好的疏水性。其中阻燃填料需要通过325目筛网，以保证后续制备的阻燃涂层减少缺陷。

25、（3）边搅拌边加入涂料助剂，然后静置数小时后，分装打包。

26、在第二方面可实现的实施方式中，步骤（1）中采用篮式砂磨机对丙烯酸树脂和溴化丁苯橡胶树脂进行混合研磨处理。

27、第三方面，本发明提供了一种生物基阻燃涂层，该环保阻燃涂层通过将上述的生物基阻燃涂料涂布于基体上并干燥得到。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

29、1.本发明中纤维素改性后，纤维素的大分子链段上会接枝一定数量的环氧基。改性纤维素的环氧基与丙烯酸大分子侧链的仲胺基在加热时发生聚合反应，从而使丙烯酸树脂与改性纤维素之间形成更牢固的三维网络结构，使得到的涂层才能在耐水性、抗开裂性、硬度等方面产生会更优良特性。另外这种三维网络结构，致密度高，实际使用过程中能有效降低溴锑阻燃在阻燃过程的挥发物的挥发，达到很好的抑烟效果。

30、2.通过改性纤维素的三维立体网络结构的构建，具有以下优点：（1）氢氧化物使用造成的涂层性能降低得到很好的改善；（2）溴锑阻燃部分被氢氧化镁替代得以实现，减少了溴锑的使用量；（3）涂层致密，综合性能优秀；（4）致密三维网络结构减少了溴锑物阻燃过程烟雾的挥发。

31、3.本发明中改性纤维素上有很多羟基，易于改性，也可以增加交联密度，长的纤维素链段还可以在树脂中起到支撑作用，从而提升涂层的硬度。

32、4.改性纤维素与阻燃材料的配合使用，有利于制备生物基的阻燃涂料，满足环保和可再生性的需求，该涂料可应用于建筑、纺织、钢结构等阻燃领域。

33、5.选用锑系化合物和金属氢氧化物作为阻燃填料，具有良好的阻燃性能，可以在遇到火源时有效地抑制火势的蔓延，且在使用过程中能够减少有害物质的释放，符合现代环保理念。

34、6.锑系化合物和金属氢氧化物具有较高的耐热性，可以在较高温度下保持稳定，此外，锑系化合物和金属氢氧化物可以很好地与各种类型的涂料基质混合，形成具有良好阻燃性能的涂料。

35、7.本发明中改性纤维素加入后显著减少了涂层干燥过程应力收缩造成的细小裂纹，防止涂层开裂。由于纤维素在溴系阻燃体系中成为立体网状结构，也提高了涂层对基材的附着力，更由于其网络结构能够封闭体系在阻燃过程内部有机物的挥发物，因此达到了很好的抑烟的效果，这对于溴系阻燃体系来说具有重要的意义。