一种水性环保耐候的膨胀型防火涂料及其制备方法与流程

本发明涉及阻燃涂料，具体涉及一种水性环保耐候的膨胀型防火涂料及其制备方法。

背景技术：

1、火灾的发生极易使人民的生命财产遭受巨大的损失，特别是室内建筑，处于室内建筑中的易燃制品极易造成的火灾。由于材料的极限氧指数低，会导致火灾蔓延速度快，有毒有害气体释放量大，火灾一旦发生，蔓延速度极快。为了避免火灾事故的频发，故室内易燃制品亟需通过改性提高材料的阻燃效果，减少火灾造成的重大损失。传统提升易燃物制品的阻燃效果的方法是通过在易燃物制品表面涂覆一层阻燃涂料，这是一种行之有效的解决方法，然而传统的防火涂料主要以溶剂型的防火涂料为主，随着环保voc释放量的收紧，防火涂料需要逐渐转向水性无卤、无甲醛、无voc的水性防火涂料转变。但是水性防火涂料在使用过程中存在易于开裂，漆膜强度低，防火阻燃剂易于析出等问题，特别是基于聚磷酸铵体系的水性环保阻燃剂，由于聚磷酸铵水中的溶解度较大，随着温度升高其溶解度随之增加，为了解决聚磷酸铵的溶解析出性，通常采用密胺树脂包覆、环氧树脂包覆、硅烷包覆等方法处理，在一定程度上决绝了聚磷酸铵在树脂体系中的分散性以及聚磷酸铵的迁移析出性，但是繁琐的制备工艺与平庸的性能，在一定程度限制了其应用范围，与此同时聚磷酸铵的析出仍然存在，特别是交替温湿变换环境中，聚磷酸铵易于迁移至防火涂料表面以晶体的形式析出，导致水性防火涂料随着时间的迁移逐渐失效。故开发一款水性环保耐候型防火涂料对于室内易燃物制品的防火至关重要。特别是对于提高木材，塑料制品，墙面，地板等易燃制品的防火等级与安全性至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水性环保耐候的膨胀型防火涂料及其制备方法，以解决现有技术中的防火阻燃剂易从防火涂料表面溶解析出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的一种水性环保耐候的膨胀型防火涂料，包括以下重量百分比组分：水性丙烯酸树脂30-40％，三聚氰胺聚磷酸盐30-45％，成炭剂15-30％，气相二氧化硅0.5-3％，金红石型二氧化钛0.5-3％，木质素磺酸盐0.5-2％，分散剂0.5-1.5％，消泡剂0.5-2％，润湿剂0.5-2％，偶联剂0.2-1％，流平剂0.2-1.5％，交联剂0.5-1.5％。

4、进一步的，所述水性丙烯酸树脂包括环氧改性丙烯酸树脂，聚氨酯改性丙烯酸树脂，非改性水性丙烯酸树脂中的一种或多种，其中有效成分固含量20-40％。

5、进一步的，所述三聚氰胺聚磷酸盐平均粒径d50小于10μm，水中溶解度小于0.1g/100g，热分解温度大于300℃，氮含量大于37％，磷含量大于14％。

6、进一步的，所述成炭剂包括季戊四醇、双季戊四醇、壳聚糖、木质素、海藻酸钠其中的一种或多种，纯度大于98％。

7、进一步的，所述气相二氧化硅比表面积100-400m2/g，表面亲水性/亲油性，所述金红石型二氧化钛粒径小于15μm，浆料固含量大于55％。

8、进一步的，所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钾、木质素磺酸钙中的一种或多种，含硫量5-10％。

9、进一步的，所述分散剂为有机硅改性丙烯酸类分散剂，所述润湿剂为聚醚类/改性有机硅类润湿剂，所述偶联剂为kh550，kh560，kh570，wd70硅烷偶联剂中的一种或多种。

10、进一步的，所述流平剂为有机硅改性聚醚类，所述交联剂为氮丙啶类，聚氮杂环丙烷类、聚碳化二亚胺类中的一种或多种交联剂。

11、本发明还提供一种水性环保耐候的膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：称量给定计量的水性丙烯酸树脂，加入气相二氧化硅高速搅拌分散均匀，加入分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、偶联剂、木质素磺酸盐高速搅拌分散均匀，加入成炭剂高速搅拌分散均匀，再加入交联剂高速搅拌分散均匀，所得浆料通过砂磨机砂磨，最后加入水调节防火涂料粘度至3000-6000pa.s，得到最终涂料

12、基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

13、水性丙烯酸树脂具有优异的耐候性，通过交联进一步提高树脂的耐水性与耐候性；在制备的防火涂料中，三聚氰胺聚磷酸盐阻燃剂表面带有正电荷，在水性树脂体系中具有不易分散的性质，木质素磺酸盐具有很好的水溶性，同时具有较高的碳含量，可以作为阻燃涂料中的碳源，由于木质素磺化后的磺酸基带负电，能够通过静电作用吸附至三聚氰胺聚磷酸盐表面，改善三聚氰胺聚磷酸盐在树脂基体中的分散性能；气相二氧化硅由于具有较大比表面积，表面带有丰富的羟基基团，加入至水性丙烯酸防火涂料中能够通过表面的羟基基团与水、丙烯酸形成氢键，改善防火涂料的粘度与触变性，减缓阻燃填料在涂料中的沉降分层现象，同时在防火受热过程中，气相二氧化硅具有很好的耐热性，能够提高炭层的耐烧蚀强度；金红石二氧化钛具有优异的紫外吸收能力，能够提高防火涂料的耐紫外性，同时防火涂料受热分解产生的聚磷酸与二氧化钛结合生成焦磷酸钛能够提高炭层的耐烧蚀性；三聚氰胺聚磷酸盐本身的水溶解度较低，水解产生的产物三聚氰胺在水中属于微溶物，不同于聚磷酸铵水解产生的磷酸铵是极易溶于水，在动力学上三聚氰胺聚磷酸盐在潮湿交变环境中的溶解迁移析出现象会弱于聚磷酸铵；在防火涂料受热分解过程中，三聚氰胺聚磷酸盐热分解温度320℃左右明显高于聚磷酸铵的热分解温度(225℃左右)，分解产生的聚磷酸与双季戊四醇结合生成磷酸酯，随着温度升高，聚磷酸酯脱水碳化，在气源三聚氰胺热分解产生氮气，氨气作用下膨胀。形成多孔结构的炭层，在二氧化钛与气相二氧化硅的作用下提高炭层的结构强度与耐烧蚀性，在基体表面形成一层具有耐烧蚀、隔热与阻隔性能优异的炭层，能够极大程度上减弱外部热源传导至防火涂料基材，减弱基材的热分解，同时在一定程度上阻隔基材产生测可燃气体扩散至表面，减弱热释放速率，酸源(聚磷酸)与气源(三聚氰胺)的有机结合能够更好的协同防火阻燃炭层的形成，减少了单独使用由于物理共混造成的成分分布不均一，进而造成膨胀炭层的不均一性。

技术特征：

1. 一种水性环保耐候的膨胀型防火涂料，其特征在于，包括以下重量百分比组分：水性丙烯酸树脂30-40%，三聚氰胺聚磷酸盐30-45%，成炭剂 15-30%，气相二氧化硅0.5-3%，金红石型二氧化钛0.5-3%，木质素磺酸盐0.5-2%，分散剂0.5-1.5%，消泡剂0.5-2%，润湿剂0.5-2%，偶联剂 0.2-1%，流平剂0.2-1.5%，交联剂0.5-1.5%。

2.根据权利要求1所述的水性环保耐候的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述水性丙烯酸树脂包括环氧改性丙烯酸树脂，聚氨酯改性丙烯酸树脂，非改性水性丙烯酸树脂中的一种或多种，其中有效成分固含量20-40%。

3.根据权利要求1所述的水性环保耐候的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述三聚氰胺聚磷酸盐平均粒径d50小于10μm，水中溶解度小于0.1g/100g，热分解温度大于300℃，氮含量大于37%，磷含量大于14%。

4.根据权利要求1所述的水性环保耐候的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述成炭剂包括季戊四醇、双季戊四醇、壳聚糖、木质素、海藻酸钠其中的一种或多种，纯度大于98%。

5.根据权利要求1所述的水性环保耐候的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述气相二氧化硅比表面积100-400m2/g，所述金红石型二氧化钛粒径小于15μm，浆料固含量大于55%。

6.根据权利要求1所述的水性环保耐候的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述木质素磺酸盐包括木质素磺酸钠、木质素磺酸钾、木质素磺酸钙中的一种或多种，含硫量5-10%。

7.根据权利要求1所述的水性环保耐候的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述分散剂为有机硅丙烯酸类改性分散剂，所述润湿剂为聚醚类/改性有机硅类润湿剂，所述偶联剂为kh550，kh560，kh570，wd70硅烷偶联剂中的一种或多种，所述流平剂为有机硅改性聚醚类，所述交联剂为氮丙啶类，聚氮杂环丙烷类、聚碳化二亚胺类中的一种或多种交联剂。

8.根据权利要求1-7任一项所述的水性环保耐候的膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：称量给定计量的水性丙烯酸树脂，加入气相二氧化硅高速搅拌分散均匀，加入分散剂、润湿剂、流平剂、消泡剂、偶联剂、木质素磺酸盐高速搅拌分散均匀，加入成炭剂高速搅拌分散均匀，再加入交联剂高速搅拌分散均匀，所得浆料通过砂磨机砂磨，最后加入水调节防火涂料粘度至3000-6000pa.s，得到最终涂料。

技术总结本发明公开了一种水性环保耐候的膨胀型防火涂料及其制备方法，包括以下重量百分比组分：水性丙烯酸树脂30‑40%，三聚氰胺聚磷酸盐30‑45%，成炭剂15‑30%，气相二氧化硅0.5‑3%，金红石型二氧化钛0.5‑3%，木质素磺酸盐0.5‑2%，分散剂0.5‑1.5%，消泡剂0.5‑2%，润湿剂0.5‑2%，偶联剂0.2‑1%，流平剂0.2‑1.5%，交联剂0.5‑1.5%。本发明在一定程度上阻隔基材产生的可燃气体扩散至表面，减弱热释放速率，本发明不仅能够显著提升阻燃防火层的耐紫外耐候性，同时还能在加热升温过程与聚磷酸形成焦磷酸钛，协同提高炭层的防火性能。技术研发人员：陈小丰,郭仲前,张辉彬,张宏亮,田勤,陈卓受保护的技术使用者：成都佳驰电子科技股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/4