一种丙烯酸膨胀型防火涂层材料
技术领域
本发明属于耐火材料技术领域，具体涉及一种丙烯酸膨胀型防火涂层材料。
背景技术
火灾给人类的生命财产和文明带来的灾难之巨大是不言而喻的。高温燃烧下，承载人类文明的木材、高分子尽数化为灰烬，钢材因为高温失去强度导致弯曲变形，使得混凝土破碎、玻璃融化。防火从古到今都受到人类的高度重视，其中用涂料防火是防火的一种重要手段。
防火涂料从防火机理来讲，一般分为膨胀型和非膨胀型两类。非膨胀型防火涂料是靠其自身的高难燃或不燃性来达到阻燃防火的目的，要想达到好的效果必须涂的很厚，添加大量含卤素、氮、磷等阻燃剂，产生大量有毒气体。膨胀型防火涂料就是涂膜受热膨胀形成蜂窝状炭化层，使火焰热量受到隔离而减少或减缓对底材的传递，同时在高温时涂料分解出不燃气体，隔绝并稀释了空气，另外涂层在防火时发生的一系列物理和化学反应吸收了大量热量从而起到阻燃和延缓火焰扩展、蔓延，为人们提供灭火的时间。膨胀型防火涂料受热膨胀后，产生的多孔泡沫防御层，比原涂层厚几十甚至几百倍，且膨胀后泡沫层的导热系数比未膨胀前的涂层至少第一个数量级，涂得很薄可以达到很好的防火效果。因此，膨胀型防火涂料是目前国内外最广泛使用的一种防火涂料，其中水性膨胀型防火涂料因为具有低的VOC和低能耗的优点应用最为广泛。如中国专利CN201410557458.7公开了一种高性能水性膨胀型防火涂料，主要包括环氧改性苯丙乳液、偏高岭土基低聚物、碳化硅、稻壳灰、新型阻燃剂等组成；该涂料的防火性能和耐热性能均有较大提高，然而，针对现有涂层材料，其力学性能差、隔热性能还有待进一步提高。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明提供一种丙烯酸膨胀型防火涂层材料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的组成：水性丙烯酸乳液成膜物45-55份、多聚磷酸铵12-15份、三聚氰胺8-12份、季戊四醇3-5份、颜填料35-40份、成炭剂2-5份、分散剂1-3份、消泡剂0.2-0.5份；
所述水性丙烯酸乳液成膜物为有机氟改性丙烯酸乳液成膜物，该成膜物采用半连续种子乳液法将亲油接枝改性的纳米二氧化钛与含氟单体甲基丙烯酸六氟丁酯、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯等单体共聚得到；
所述改性丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤：(1)将纳米二氧化硅与3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液按质量比充分混合后，50℃浸泡24h，然后蒸干乙醇，90℃下干燥5-6h，获得改性的纳米二氧化钛；(2)将改性后的纳米二氧化钛与各单体按质量比充分混合后制成混合单体；(3)将配比量的去离子水加入反应釜中，然后加入1/3量的混合单体，1/4量的乳化剂，1/4量的引发剂，加料完毕后升高温度到75-80℃，保温反应3-5h；(4)待反应体系变蓝后，将剩余单体逐滴加入反应釜中，期间每隔15min滴加剩余引发剂和乳化剂，全部滴加完毕后保温反应1-2h；(5)然后滴加甲基丙烯酸六氟丁酯，滴加完毕后升高温度到90-95℃后，继续反应3-5h；(6)反应完毕后降至40-50℃，加入氨水调节pH值到7-8，降至室温出料得改性丙烯酸乳液。
所述颜填料为如下重量份数的组合物：钛白粉45-50份、改性纳米氧化锌50-55份、碱式钼酸铜1-5份；所述钛白粉为主要颜料体系，粒径范围为0.1-3μm，通过添加量和粒度的控制可以较好的实现色泽和耐火性能的统一；改性纳米氧化锌为掺杂改性的纳米氧化锌，通过掺杂改性，可降低纳米粒子的粒径，抑制团聚，提高体系的分散性；改性后的纳米氧化锌可进一步提高其阻燃性、抗菌性和增强性；所述碱式钼酸铜是通过钼酸钠与硫酸铜通过沉淀法制备得到，粒径范围1-3μm；通过在颜填料体系中添加少量的碱式钼酸铜可以明显降低涂料的热释放速率，提高成炭量，提高防火和抑烟性能；
所述成炭剂为丁胺封端的三嗪成炭剂，该成炭剂是以三聚氯氰、乙醇胺、乙二胺为原料通过低温缩合、中温缩合高温聚合反应得到的成炭剂；该成炭剂与多聚磷酸铵复合使用，可显著提升形成炭层的致密性，提高隔热和隔氧效果；
所述分散剂为Dowfax2A1、DISPEX%20GA40、Dispers740W中的至少一种
所述消泡剂为GPE10、GPE20、GPE50中的至少一种；
本发明还提供一种所述丙烯酸膨胀型防火涂层材料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将改性丙烯酸乳液、季戊四醇、分散剂、消泡剂按质量比加入反应釜中，高速搅拌分散20-30min，的预混乳液；
(2)将聚磷酸铵与成炭剂按质量比混合后，升高温度到160-180℃至体系完全溶解，然后剧烈搅拌下滴加到冷水中，过滤，出料得球形混合物；将所得球型混合物放入研磨机中继续研磨3-5h，过筛得混合阻燃剂；
(3)将混合阻燃剂、混合填料按质量比依次加入预混乳液中，加料完毕后，将反应体系升高温度到50-60℃，保持反应3-4h，获得均匀乳状液，降温，真空脱泡后得热膨胀防火涂层材料。
本发明得有益效果在于：(1)采用有机氟硅改性得丙烯酸乳液作为成膜剂，提高了涂层得力学性能、粘接强度；(2)独特得颜填料体系配方，显著提升了涂层得耐温性能和抑烟效果；(3)通过成炭剂与聚磷酸铵阻燃剂的独特复配方法，提高了协同阻燃效率；(4)本发明提高的涂层材料的阻燃效果好、制备方法简单、施工方便，广泛用于建筑物内外墙的阻燃施工。
具体实施方式
下面以实施例对本发明进行详细说明，所举实施例仅用于对本发明的原理和特征进行描述，只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种丙烯酸膨胀型防火涂层材料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的组成：水性丙烯酸乳液成膜物48份、多聚磷酸铵13份、三聚氰胺9份、季戊四醇4份、颜填料37份、成炭剂2份、Dowfax2A1型分散剂2.3份、GPE10型消泡剂0.2份；
所述水性丙烯酸乳液成膜物为有机氟改性丙烯酸乳液成膜物，该成膜物采用半连续种子乳液法将如下重量份数的单体共聚得到：亲油接枝改性的纳米二氧化钛7份、含氟单体甲基丙烯酸六氟丁酯13份、乙烯基三乙氧基硅烷8份、甲基丙烯酸甲酯42份、丙烯酸24份、丙烯酸丁酯12份。
所述改性丙烯酸乳液的制备方法，包括如下步骤：(1)将纳米二氧化钛20g与3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷0.5g的乙醇溶液60mL充分混合后，50℃浸泡24h，然后蒸干乙醇，90℃下干燥5-6h，获得改性的纳米二氧化钛；(2)将改性后的纳米二氧化钛7g、乙烯基三乙氧基硅烷8g、甲基丙烯酸甲酯42g、丙烯酸24g、丙烯酸丁酯12g充分混合后制成混合单体；(3)将配比量的去离子水106mL，步骤(2)得到的混合单体31g，十二烷基二苯醚二磺酸钠0.4g，过硫酸钾0.2g依次加入反应釜中，加料完毕后升高温度到75-80℃，保温反应3-5h；(4)待反应体系变蓝后，将剩余单体62g逐滴加入反应釜中，期间每隔15min滴加剩余一定量引发剂(总共1.2g)和乳化剂(0.6g)，全部滴加完毕后保温反应1-2h；(5)然后滴加甲基丙烯酸六氟丁酯13g，滴加完毕后升高温度到90-95℃后，继续反应3-5h；(6)反应完毕后降至40-50℃，加入氨水调节pH值到7-8，降至室温出料得改性丙烯酸乳液。
所述颜填料为如下重量份数的组合物：钛白粉48份、改性纳米氧化锌51份、碱式钼酸铜2份；所述钛白粉为主要颜料体系，平均粒径1μm；改性纳米氧化锌为Yb掺杂改性的纳米氧化锌，通过掺杂改性，可降低纳米粒子的粒径，抑制团聚，提高体系的分散性；
所述碱式钼酸铜是通过钼酸钠与硫酸铜通过沉淀法制备得到，粒径范围1-3μm；
所述成炭剂为丁胺封端的三嗪成炭剂，该成炭剂是以三聚氯氰、乙醇胺、乙二胺为原料通过低温缩合、中温缩合高温聚合反应得到的成炭剂；
所述丙烯酸膨胀型防火涂层材料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将改性丙烯酸乳液48g、季戊四醇4g、Dowfax2A1型分散剂2.3g、GPE10型消泡剂0.2份按质量比加入反应釜中，高速搅拌分散20-30min，的预混乳液；
(2)将聚磷酸铵13g与成炭剂2g按质量比混合后，升高温度到172℃至体系完全溶解，然后剧烈搅拌下滴加到冷水中，过滤，出料得球形混合物；将所得球型混合物放入研磨机中继续研磨3-5h，过筛得混合阻燃剂；
(3)将混合阻燃剂15g、混合填料37g按质量比依次加入预混乳液中，加料完毕后，将反应体系升高温度到50-60℃，保持反应3-4h，降温，真空脱泡后得热膨胀防火涂层材料。
实施例2
本实施例提供一种丙烯酸膨胀型防火涂层材料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的组成：水性丙烯酸乳液成膜物50份、多聚磷酸铵13份、三聚氰胺10份、季戊四醇4.5份、颜填料38份、成炭剂3份、Dispers740W型分散剂2份、GPE20型消泡剂0.2份；
所述水性丙烯酸乳液成膜物为有机氟改性丙烯酸乳液成膜物，该成膜物采用半连续种子乳液法将如下重量份数的单体共聚得到：亲油接枝改性的纳米二氧化钛9份、含氟单体甲基丙烯酸六氟丁酯15份、乙烯基三乙氧基硅烷8份、甲基丙烯酸甲酯44份、丙烯酸25份、丙烯酸丁酯15份。所述改性丙烯酸乳液的制备方法，同实施例1；
所述颜填料为如下重量份数的组合物：钛白粉50份、改性纳米氧化锌49份、碱式钼酸铜2份；所述钛白粉为主要颜料体系，粒径范围为1μm；改性纳米氧化锌为Mn掺杂改性的纳米氧化锌；
所述碱式钼酸铜是通过钼酸钠与硫酸铜通过沉淀法制备得到，粒径范围1-3μm；
所述成炭剂及制备方法同实施例1；
所述丙烯酸膨胀型防火涂层材料的制备方法同实施例1，仅需将各组分等同替代即可；
实施例3
本实施例提供一种丙烯酸膨胀型防火涂层材料，其特征在于，所述涂料包括如下重量份数的组成：水性丙烯酸乳液成膜物55份、多聚磷酸铵15份、三聚氰胺11份、季戊四醇5份、颜填料40份、成炭剂4份、DISPEX%20GA40型分散剂2份、GPE50型消泡剂0.3份；
所述水性丙烯酸乳液成膜物为有机氟改性丙烯酸乳液成膜物，该成膜物采用半连续种子乳液法将如下重量份数的单体共聚得到：亲油接枝改性的纳米二氧化钛8份、含氟单体甲基丙烯酸六氟丁酯4份、乙烯基三乙氧基硅烷8份、甲基丙烯酸甲酯45份、丙烯酸27份、丙烯酸丁酯14份。所述改性丙烯酸乳液的制备方法，同实施例1；
所述颜填料为如下重量份数的组合物：钛白粉50份、改性纳米氧化锌49份、碱式钼酸铜2份；所述钛白粉为主要颜料体系，平均粒径为1μm；改性纳米氧化锌为Cu掺杂改性的纳米氧化锌；
所述碱式钼酸铜是通过钼酸钠与硫酸铜通过沉淀法制备得到，粒径范围1-3μm；
所述成炭剂及制备方法同实施例1；
所述丙烯酸膨胀型防火涂层材料的制备方法同实施例1，仅需将各组分等同替代即可；
将实施例1-3制备的涂层材料与市售同类产品进行比较，具体过程是将样品分别涂布在10mm×100mm×100mm的钢板上，涂布厚度保持在0.5-0.8mm，钢板放置在一个固定的四方的炉子中，涂层向下，除涂料涂布面外，钢板其余部分使用保温层进行保温处理，背部安装有固定测试温度的感温探头，使用喷枪点火燃烧至背面升温至580℃，记录点火的平均时间和涂层发泡的平均厚度，结果如表1所示：
表1.膨胀防火涂层性能
表1数据表明，本发明制备的防火涂层材料的升温速率慢，阻燃时间长，效果明显。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
