塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料及其製備和使用方法
2023-07-04 01:01:01 1
專利名稱：塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料及其製備和使用方法
技術領域：
本發明申請涉及一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料及其製備和使用方法，屬於化工塗料技術領域。
背景技術：
防火塗料又稱阻燃塗料，將這類塗料塗刷在建築物的某些易燃材料表面，能提高易燃材料的耐火能力，或減緩火焰蔓延傳播的速度，在一定時間內能阻止燃燒，控制火勢的發展，為人們滅火提供時間。根據防火塗料的作用、功能和現行國家標準對防火塗料的要求，最適宜的分類為結構型防火塗料和飾面型防火塗料；按其溶解性，又可分為水性防火塗料和油性防火塗料；按其阻燃機理，可分為膨脹型防火塗料和非膨脹型防火塗料。非膨脹型防火塗料一般是以矽酸鹽、水玻璃等無機物為基料，摻入高嶺土、雲母、硼化物等難燃或不燃材料拌和而成，具有熱穩定性好、價廉、低煙無毒等特點，但其添加量大、在塗料中易沉澱，遇火時，其本身不燃燒並形成一層隔絕氧氣的釉狀保護層，對物體起到一定的保護作用，但其隔熱性能較差；膨脹型防火塗料主要以高分子化合物為基料，加入阻燃劑、發泡劑、溶劑、助劑等材料，經一定分散而形成，具有經濟、價廉、低煙、無毒、熱穩定性好等特點， 塗層遇火或熱輻射時膨脹發泡，產生一層比原塗層厚幾十倍甚至上百倍的泡沫碳化層，以隔斷外界火焰對基層的加熱，從而起到防火作用。防火塗料之所以能阻燃是因為其具有以下的特點1.塗料本身具有難燃或不燃性，使被保護的可燃性基材不直接與空氣接觸，從而延遲基材的著火時間； 2.防火塗料遇火受熱分解出不燃的惰性氣體，使可燃物分解出的可燃氣體和空氣中的氧氣得到稀釋從而抑制燃燒；3.阻止發火反應的鏈鎖反應，分解氣體的燃燒反應是游離基反應，而含氮、 磷、溴等的防火塗料分解出一些活性基團，與可燃游離基結合而中斷鏈鎖反應從而降低燃燒速度；4.防火塗料遇火膨脹發泡，生成一層泡沫隔熱層，封閉被保護的基材，阻止基層燃
；Bs
JyCi。丙烯酸系樹脂因其耐熱性和耐老化性均優於聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯和醋酸纖維素，並具有機械強度大、表面光澤好、透明性好、容易加工等優點，而廣泛應用於工程塑料、建築材料，膠粘劑、塗料及塑料改性劑等領域。但是由於丙烯酸系樹脂極易燃燒，極大地限制了其應用。目前，丙烯酸系樹脂阻燃主要採用的方法是添加阻燃劑，阻燃劑可以分為無機阻燃劑和有機阻燃劑。無機阻燃劑主要有氫氧化鋁ΑΤΗ、聚磷酸銨(APP)、錫化臺物、包覆紅磷等，具有熱穩定性好、不揮發、無毒、不產生腐蝕氣體、價格低廉等特點，但是需要高填充量才具有阻燃性，這樣就影響了樹脂的物理機械性能。近年來，無機阻燃劑又有了新的發展，如美國Solem 公司還推出了 Zerogen和Halfree兩種無滷、低煙、低毒、無腐蝕性及高熱穩定性的阻燃劑；Climax公司銷售的Hydrax系列ATH有5個品種，性能都很優良；美國AIcoeuNvco公司也都開發了 ATH系列新產品，但是由於價格和技術的限制沒有廣泛推廣。
有機阻燃劑克服了無機阻燃劑的填充量大、降低樹脂加工性能和物理性能等缺點，主要包括滷系、磷系及滷-磷系。如氯化石蠟、氯化聚乙烯、全氯環戊癸烷、六溴苯、四氯鄰苯二甲酸酐、五溴乙苯等，但是由於無滷化環保的要求，限制了其使用。另外發展的一種阻燃劑為反應型阻燃劑，主要是含有碳-碳雙鍵的含滷、磷或滷磷化合物，在聚合過程中能參加反應，並結合到高聚物的主鏈或側鏈中起阻燃作用。反應型阻燃劑穩定性好，不易消失，毒性小，對聚合物性能的影響較小，可以認為是一種理想的高效阻燃劑。反應型阻燃劑的操作和加工複雜，在實際使用中，不及添加型阻燃劑用得普遍， 常用於樹脂合成添加劑，在塗料中難以使用。
發明內容
本發明申請即是針對目前防火塗料中存在的上述不足之處，提供一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料及其製備和使用方法。所述的環保防火塗料是以熱塑性丙烯酸樹脂作為主要原料，配以無滷協效阻燃劑聚磷酸銨(APP)-季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MA)， 並加入少量偶聯劑、分散助劑、顏料和適當溶劑，在適當的工藝下製備而成。所述環保防火塗料可用於HIPS、PS、ABS、PMMA等塑膠機殼的塗裝，經過適當施工及乾燥後，可形成具有優異防火效果的漆膜，其防火等級可達UL94 V-O級，且發煙量極低。本塗料兼具熱塑性丙烯酸樹脂塗料安全環保、易於施工和返工、附著力優異、保色裝飾性強、耐水、耐化學性好等特點ο本發明申請的目的之一是提供一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料，該目的是通過下述的技術方案實現的
一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料，包括以下重量份的各種組分 TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂38-60份；分散劑1-3份； 混合溶劑5-20份； 環氧基官能團矽烷偶聯劑1-5份； 協效阻燃劑15-30份；鈦酸酯偶聯劑 8-15份。上述的防火塗料為無色漿的，如果需要製備有色漿的防火塗料，還需要在無色漿防火塗料的基礎上進一步添加下述重量份的各種組分
帶顏料親和基團的改性丙烯酸樹脂/TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂4-8份；混合溶劑3-6份；分散劑0.2-1份；顏料0.5-2份。在上述兩種防火塗料中
所述的分散劑包括Β (163或Β (104。所述的混合溶劑是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一種溶劑或幾種溶劑的混合物。所述的協效阻燃劑包括無滷阻燃劑，包括磷系阻燃劑及無機水合物，前者主要包括紅磷阻燃劑、無機磷系的聚磷酸銨(APP)、磷酸二氫銨、磷酸氫二銨、磷酸酯等，有機磷系的非滷磷酸酯；後者主要包括氫氧化鎂、氫氧化鋁、改性材料如水滑石。進一步的，所述的協效阻燃劑為聚磷酸銨(APP)-季戊四醇(PER) -三聚氰胺(MA) 的復配型固體環保阻然劑，該阻燃劑不含滷，細度小於 ο μ m,分解溫度大於250°C，含磷質量約分數23%，含氮量約分數20%，密度1. 8g/cm3。環氧基官能團矽烷偶聯劑包括KH-550、KH-560或KH-570。
在有色漿防火塗料中
所述的帶顏料親和基團的改性丙烯酸樹脂包括ACR7618、AC1252K或ACR7561的一種或幾種的混合物。所述的顏料包括鈦白粉、炭黑、有機偶氮紅色粉、鐵黃色粉或鈷藍色粉。本發明申請的另一個目的是提供上述用於施工中調節所述防火塗料粘度的配套稀釋劑，所述的稀釋劑包括如下重量份的各種組分
防白水5-20份； 二丙酮醇5-20份；正丁醇5-20份；
醋酸乙酯45-60份； 甲縮醛5-15份。本發明的再一個目的是提供上述無色漿防火塗料的製備方法，所述的方法包括如下的步驟
1、防火助劑混合分散
將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑按所述的比例混合，並加入混合溶劑，在轉速400-800rpm下，按比例緩慢加入協效阻燃劑，加入完畢後，再提高轉速至 1000-1400rpm,分散至細度達15 μ m以下，備用；
2、制漆
取潔淨制漆缸，將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂及上述步驟中製備的防火助劑、 矽烷偶聯劑及鈦酸酯偶聯劑按比例加入，用高速分散機以600-800rpm攪拌10-15分鐘，然後用上述的配套稀釋劑調整粘度，用雙層400目濾布過濾包裝。本發明的還提供上述有色漿防火塗料的製備方法，該製備方法與上述無色防火塗料製備方法的差別在於在防火助劑混合分散和制漆的步驟之前增加了色漿製備的過程，具體來說，所述的方法包括如下的步驟
1、色漿製備
將帶顏料親和基團的改性丙烯酸樹脂/TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑、混合溶劑，按所述比例配製後，在高速分散機內以轉速800 1200rpm攪拌5-10 分鐘；然後，在轉速400-800rpm下，按比例緩慢加入顏料，加入完畢後，再提高轉速至 1000-1400rpm，分散20-40分鐘，然後採用砂磨機進行研磨至細度到15 μ m以下備用；
2、防火助劑混合分散
將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑按所述的比例混合，並加入混合溶劑，在轉速400-800rpm下，按比例緩慢加入協效阻燃劑，加入完畢後，再提高轉速至 1000-1400rpm,分散至細度達15 μ m以下，備用；
3、制漆
取潔淨制漆缸，將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂及上述步驟中製備的防火助劑、 矽烷偶聯劑及鈦酸酯偶聯劑按比例加入，用高速分散機以600-800rpm攪拌10-15分鐘，採用上述步驟1中製備的色漿按需求調色，然後用配套稀釋劑調整粘度，用雙層400目濾布過濾包裝。本發明申請的再一個目的是提供上述防火塗料的使用方法，所述的方法包括如下的步驟底材前處理(打磨、擦拭除油)一靜電除塵一噴塗防火漆一乾燥一包裝的步驟，具體來說，
1、底材前處理
6噴塗前用400目砂紙打磨底材表面，再用有機溶劑擦去底材上的汙染物，並靜電除塵，
2、噴塗作業參數
1)施工環境溫度15-;35°C，相對溼度40-75%；
2)塗裝方式空氣噴塗，可採用人工噴塗或程序控制機器自動噴塗；
3)設備參數重力式或吸上式噴槍，口徑1.0-1. 5mm,空氣壓力0. 3-0. 4mPa,噴塗距離 15-20cm ；
4)施工粘度根據環境溫度的變化，通過調整配套稀釋劑的用量調至最佳的施工粘度 9. 5 士0. 5s ；
5)固化後漆膜厚度單層厚度<40 μ m，本防火塗料可重塗，但漆膜總厚度< 50μπι ；
6)乾燥條件60°C下烘烤20分鐘以上，20-25°C下放置18- 小時實幹。本發明申請所述的防火塗料適用的底材包括塑膠底材，包括HIPS、PS、ABS或 PMMA0本發明申請所述的防火塗料中的各種組分，包括TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑、混合溶劑、環氧基官能團矽烷偶聯劑、協效阻燃劑、鈦酸酯偶聯劑、顏料、帶顏料親和基團的改性丙烯酸樹脂都為化工塗料領域常見的產品，均可以通過市售獲得。塗料用丙烯酸樹脂屬於高聚物，其運動具有兩重性，即鏈段運動和整個分子鏈運動，且兼有固體的彈性和液體的粘彈性，玻璃化溫度(TG)是鏈段能運動的最低溫度，其高低與分子鏈的柔性有直接關係，分子鏈柔性越大，玻璃化溫度就低；分子鏈剛性大，玻璃化溫度就高。本發明申請所述的防火塗料中，熱塑性丙烯酸樹脂的TG為80-100°C之間。阻燃劑又稱難燃劑、耐火劑或防火劑，是賦予易燃聚合物難燃性的功能性助劑，依應用方式分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。根據組成，添加型阻燃劑主要包括無機阻燃劑、滷系阻燃劑(有機氯化物和有機溴化物)、磷系阻燃劑(赤磷、磷酸酯及滷代磷酸酯等) 和氮系阻燃劑等；反應型阻燃劑多為含反應性官能團的有機滷和有機磷的單體。此外，具有抑煙作用的鉬化合物、錫化合物和鐵化合物等亦屬阻燃劑的範疇。主要適用於有阻燃需求的塑料，延遲或防止塑料尤其是高分子類塑料的燃燒，使其點燃時間增長、點燃自熄、難以點燃。鈦酸酯偶聯劑是70年代後期由美國肯利奇石油化學公司開發的一種偶聯劑， 對於熱塑型聚合物和乾燥的填料，有良好的偶聯效果；這類偶聯劑可用通式R00(4-n) Ti(0X-RY)n (n=2, 3)表示；其中RO-是可水解的短鏈烷氧基，能與無機物表面羥基起反應， 從而達到化學偶聯的目的；OX-可以是羧基、烷氧基、磺酸基、磷基等，這些基團很重要，決定鈦酸酯所具有的特殊功能，如磺酸基賦予有機物一定的觸變性，焦磷醯氧基有阻燃、防鏽和增強粘接的性能。本發明申請所述的防火塗料具有以下的優點
1.目前常見的防火塗料基本都是木器防火塗料或者牆面防火塗料，較少用於塑膠表面塗飾，本發明的塗料可塗飾於各種常見塑膠底材，如HIPS、PS、ABS、PMMA等，且具有良好附著力及綜合性能；
2.由於主體採用熱塑性丙烯酸樹脂，所以塗料具有良好的保光保色性、耐水耐化學性； 且施工方便、乾燥速度快，節約能源；另外施工重塗和返工後，塗膜仍然有良好的附著力及其他綜合性能；
3.由於阻燃劑的分解溫度大於250°C，使得塗料具有良好的耐熱性能，塗料抗老化性能優異；
4.由於本發明選用的阻燃劑為有機阻燃劑與無機阻燃劑的復臺物，能產生協同效應， 最優化防火效果，按照美國防火材料標準及測試方法，其防火等級可達UL94 V-O級；具體來說
(1)組分聚磷酸銨APP的為無機膨脹型阻燃劑，具有熱穩定性佳、分散性好等優點，且相比於有機阻燃劑和反應型阻燃劑，具有價格低廉、毒性小等優點；
(2)組分季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MA)為有機協同組分，且與丙烯酸樹脂相容性良好，塗飾本發明的產品受熱或點燃後季戊四醇具有成碳效果，可以在泡沫層中形成有一定厚度的碳層並膨脹，形成泡沫層，泡沫層不僅隔絕了氧氣，而且有良好的隔熱性能，能有效地阻滯熱量向基材的迅速傳導，降低了材料的降解速率，使燃燒減緩。另外一方面三聚氰胺受熱發生分解，產生NH3、同時成膜物質中部分成分分解產生水蒸氣等不燃氣體，促使第一階段已熔融軟化的成膜物質持續地膨脹發泡，形成泡沫層，有效地延緩了熱量以及氧氣和可燃氣體的傳遞，增加塗料的阻燃作用，起到很好的防火隔熱作用；
5.本發明與直接添加阻燃劑到相應的塑料基材的注塑方法相比，其材料整體性能、顏色可控性明顯較優，且總成本較低；
6.本發明所用原料為不含滷素、重金屬等環保限定物質，且燃燒時發煙量小，環保效果較好。
具體實施例方式以下結合具體的實施方式，對本發明申請所述的一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料及其製備和使用方法進行詳細的描述，目的是為了公眾更好的理解本發明申請的技術內容，而不是對所述技術內容的限制，事實上，以相同或近似的原理，對所述防火塗料及其製備和使用方法進行的改進，包括所述防火塗料以及其配套稀釋劑中各組分的增減和替換，以及在其製備和使用方法中不同工藝條件的改進，都在本發明申請所要求保護的技術方案之內。下面以列表的方式，對本發明申請所述的防火塗料的配方以及製備方法進行說明
實施例1
1、防火塗料的配方組成 無色漿防火塗料
權利要求
1.一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料，其特徵在於所述的防火塗料包括以下重量份的各種組分TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂38-60份；分散劑1-3份； 混合溶劑5-20份； 環氧基官能團矽烷偶聯劑1-5份； 協效阻燃劑15-30份；鈦酸酯偶聯劑 8-15份。
2.根據權利要求1所述的防火塗料，其特徵在於所述的防火塗料還包括下述重量份的各種組分帶顏料親和基團的改性丙烯酸樹脂或TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂4-8份； 混合溶劑3-6份；分散劑0.2-1份；顏料0.5-2份。
3.根據權利要求1或2所述的防火塗料，其特徵在於所述的分散劑包括Β (163或 Β (104;所述的混合溶劑是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一種溶劑或幾種溶劑的混合物。
4.根據權利要求1或2所述的防火塗料，其特徵在於所述的協效阻燃劑包括無滷阻燃劑。
5.根據權利要求4所述的防火塗料，其特徵在於所述的協效阻燃劑為聚磷酸銨-季戊四醇-三聚氰胺的復配型固體環保阻然劑，該阻燃劑不含滷，細度小於10 μ m,分解溫度大於250°C，含磷質量約分數23%，含氮量約分數20%，密度為1. 8g/cm3。
6.根據權利要求1或2所述的防火塗料，其特徵在於所述的環氧基官能團矽烷偶聯劑包括KH-550、KH-560或KH-570 ；所述的帶顏料親和基團的改性丙烯酸樹脂包括ACR7618 、AC1252K或ACR7561的一種或幾種的混合物；所述的顏料包括鈦白粉、炭黑、有機偶氮紅色粉、鐵黃色粉或鈷藍色粉。
7.一種用於施工中調節權利要求1-6所述防火塗料粘度的配套稀釋劑，其特徵在於 所述的稀釋劑包括如下重量份的各種組分防白水5-20份； 二丙酮醇5-20份；正丁醇5-20份；醋酸乙酯45-60份； 甲縮醛5-15份。
8.權利要求1所述的防火塗料的製備方法，其特徵在於所述的方法包括如下的步驟1)防火助劑混合分散將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑按所述的比例混合，並加入混合溶劑，在轉速400-800rpm下，按比例緩慢加入協效阻燃劑，加入完畢後，再提高轉速至 1000-1400rpm,分散至細度達15 μ m以下，備用；2)制漆取潔淨制漆缸，將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂及上述步驟中製備的防火助劑、 矽烷偶聯劑及鈦酸酯偶聯劑按比例加入，用高速分散機以600-800rpm攪拌10-15分鐘，然後用上述的配套稀釋劑調整粘度，用雙層400目濾布過濾包裝。
9.權利要求2所述的防火塗料的製備方法，其特徵在於所述的方法包括如下的步驟1)色漿製備將帶顏料親和基團的改性丙烯酸樹脂/TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑、混合溶劑，按所述比例配製後，在高速分散機內以轉速800 1200rpm攪拌5-10 分鐘；然後，在轉速400-800rpm下，按比例緩慢加入顏料，加入完畢後，再提高轉速至 1000-1400rpm，分散20-40分鐘，然後採用砂磨機進行研磨至細度到15 μ m以下備用；2)防火助劑混合分散將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑按所述的比例混合，並加入混合溶劑，在轉速400-800rpm下，按比例緩慢加入協效阻燃劑，加入完畢後，再提高轉速至 1000-1400rpm,分散至細度達15 μ m以下，備用；3)制漆取潔淨制漆缸，將TG為80-100°C的熱塑性丙烯酸樹脂及上述步驟中製備的防火助劑、 矽烷偶聯劑及鈦酸酯偶聯劑按比例加入，用高速分散機以600-800rpm攪拌10-15分鐘，採用上述步驟1)中製備的色漿按需求調色，然後用配套稀釋劑調整粘度，用雙層400目濾布過濾包裝。
10.權利要求1-6所述防火塗料的使用方法，其特徵在於，所述的方法包括底材前處理一靜電除塵一噴塗防火漆一乾燥一包裝的步驟，具體包括如下的工藝條件1)底材前處理噴塗前用400目砂紙打磨底材表面，再用有機溶劑擦去底材上的汙染物，並靜電除塵，2)噴塗作業參數a)施工環境溫度15-;35°C，相對溼度40-75%；b)塗裝方式空氣噴塗，可採用人工噴塗或程序控制機器自動噴塗；c)設備參數重力式或吸上式噴槍，口徑1.0-1. 5mm,空氣壓力0. 3-0. 4mPa,噴塗距離 15-20cm ；d)施工粘度根據環境溫度的變化，通過調整配套稀釋劑的用量調至最佳的施工粘度 9. 5 士0. 5s ；e)固化後漆膜厚度單層厚度<40 μ m，本防火塗料可重塗，但漆膜總厚度< 50μπι ；f)乾燥條件60°C下烘烤20分鐘以上，20-25°C下放置18- 小時實幹。
全文摘要
本發明提供了一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環保防火塗料及生產和使用方法。所述的環保防火塗料是以熱塑性丙烯酸樹脂作為主要原料，配以無滷協效阻燃劑聚磷酸銨(APP)-季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MA)，並加入少量偶聯劑、分散助劑、顏料和適當溶劑，在適當的工藝下製備而成。所述環保防火塗料可用於HIPS、PS、ABS、PMMA等塑膠機殼的塗裝，經過適當施工及乾燥後，可形成具有優異防火效果的漆膜，起到防火及裝飾的作用。本塗料兼具熱塑性丙烯酸樹脂塗料安全環保、易於施工和返工、附著力優異、保色裝飾性強、耐水、耐化學性好等特點，防火等級可達UL94V-0級，且不含滷素及重金屬，燃燒時發煙量極低，是一種環保、高性能、高效防火塗料。
文檔編號C09D133/00GK102492344SQ20111041396
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者吳小浩, 黃杰良 申請人:深圳市嘉卓成科技發展有限公司