一種用於塗料阻燃的高效環保阻燃劑及其製備方法
2023-06-01 12:07:51 2
專利名稱：一種用於塗料阻燃的高效環保阻燃劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種可用於塗料阻燃的新型環保型阻燃劑，具體是以茶皂素作為氣源代替傳統膨脹型阻燃劑中的三聚氰胺，與酸源和炭源復配製備的新型的可用於阻燃塗料的環保型阻燃劑，可獲得具有良好阻燃效果和環境友好的阻燃塗料。
背景技術：
阻燃塗料是現代工程中應用最廣、適用性最強、施工最為方便的建築材料，在保障建築物安全方面發揮了巨大的作用。隨著人們生活品味的提高，人們對木質結構、鋼結構等建築材料更加青睞。而阻燃塗料對上述材料一方面具有塗飾美觀作用，另一方面當發生火災或受高溫作用時，阻燃塗料對木材、鋼結構具有良好的保護作用，是良好的阻燃隔熱建築材料。此外，隨著全球環境保護意識的增強、對塗料使用的安全要求呼聲日益高漲，發達國家已經開始開發有利於環境保護、高效低毒的新型阻燃塗料。同時，為適應整個塗料行業向「五E」方向邁進的新環境，即提高塗膜質量(Excellence of finish)、方便施工 (Easy of application)、節省資源(E—conomics)、節省能源(Energy saving)禾口適應環境 (Ecology)，阻燃塗料發展越來越重視提高阻燃塗料的環境適應性、改善塗料的阻燃性能， 使阻燃塗料達到高效低毒。膨脹型阻燃塗料是以高分子聚合物為基料，並添加發泡劑、脫水成炭催化劑、炭化劑等阻燃組分。其塗層在高溫受熱情況下，表面塗層會熔融、起泡、隆起，形成緻密的炭質泡沫隔熱層，並釋放出不燃性氣體。膨脹塗料膨脹發泡過程是一個體積膨脹、吸熱的過程，消耗大量的熱，有利於降低體系溫度，故其阻燃隔熱效果顯著。而傳統阻燃塗料在高溫受熱時形成釉狀保護層，但生成的釉狀保護層導熱率往往較大，隔熱效果差，為了達到一定的阻燃效果，往往需要較厚的塗層，因而單位面積用量大，使用成本高，裝飾效果差。而且膨脹型阻燃塗料塗層一般較薄，有利於滿足裝飾要求。因此，從阻燃效果、裝飾效果及經濟成本角度考慮，膨脹型阻燃塗料應用的更為廣泛，其阻燃效果更好，是當令阻燃塗料的發展趨勢。目前膨脹型阻燃塗料中P-C-N系產品在國內外應用最為廣泛，但這種類型的膨脹型阻燃塗料，，主要存在耐水性、耐溼熱性問題和阻燃等級較低等問題。此外阻燃塗料在燃燒過程中還可能產生劇毒氰化氫的危險。出於對環境保護和安全應用的考慮，阻燃材料的研究主要集中在提高阻燃效率、降低阻燃劑的毒性等方面。茶皂素是從油茶籽餅中提取的一種五環三萜類物質，作為油茶加工的副產物，易在自然環境條件下降解成無毒物質，對環境無汙染。茶皂素具有較強的發泡作用，用作泡沫橡膠、泡沫滅火器的發泡劑，可用於加氣混凝土生產和纖維板製造業，在膨脹型阻燃劑中可部分或完全代替傳統發泡劑。《全國油茶產業發展規劃O009-2020年)》中決定2020年我國油茶種植面積將達6631萬畝。目前我國油茶麵積約有4500萬畝，油茶籽年產量100萬噸左右，每年榨油後剩下的油茶餅粕約有50萬噸，其中茶皂素量高達5-10萬噸。許乾慰等(上海塗料，2008，46(1) :8_11)以聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MEL)、雙季戊四醇(DPER)為阻燃體系，自交聯矽丙乳液為基質樹脂的膨脹型阻燃塗料為研究對象，研究偶氮二甲醯胺對阻燃塗料阻燃性能的影響，結果表明當偶氮二甲醯胺用量為1.5% 時，對阻燃塗料的發泡效果最好；霍海鳳等(塗料工業，2008，38 (3) 27-29)採用鉬酸銨 (AM)、可膨脹石墨(EG)和AM/EG對三聚氰胺聚磷酸鹽(MPP)/三聚氰胺(MEL)/季戊四醇 (PER)超薄型阻燃塗料進行改性，製備改性塗料。結果表明AM/EG改性的阻燃塗料的殘炭量以及耐火時間都得到了明顯的提高。王清文等(CN 101117510A)發明了一種改性氨基樹脂基膨脹型阻燃塗料，其發明的材料阻燃塗料與三層木製膠合板素板相比較，其耐點燃時間提高了 9倍，總熱釋放量降低了 42. 5%，熱釋放速率峰值也降低了 11.5% ；唐萬雄等(CN 10121280142A)發明了一種環保型水性納米阻燃塗料，分別採用含磷、氮有機物插層的層狀矽酸鹽納米阻燃劑以及聚合物包含的納米氫氧化鎂阻燃劑作為塗料的阻燃體系，塗料具有極好的阻燃效果。
發明內容
本發明的目的是提供用於阻燃塗料的膨脹環保性阻燃劑，解決的問題是公開一種以茶皂素為氣源的新型膨脹阻燃塗料及其製備方法，以克服傳統三聚氰胺作為膨脹型阻燃塗料氣源燃燒時可能產生劇毒氰化氫的危險。同時改善產品的塗飾和成膜性能。本發明用於膨脹型阻燃塗料的阻燃劑的組成是聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素的質量比為 10-40 10-20 1-5。根據發明，優選聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素的質量比為25-35 12-18 2_5。聚磷酸銨作為酸源、季戊四醇作為碳源、茶皂素作為氣源。本發明中，茶皂素是油茶餅粕中提取的茶皂甙類混合物，茶皂素含量一般為60%， 有工業成品銷售。茶皂素在新型膨脹阻燃塗料中的含量太高或太低都會影響協同阻燃效果，含量太低時，炭層膨脹效果不好；含量太高時，炭層質量不高，對熱和火的阻隔效果能力下降。阻燃體系用量太少，塗料的阻燃性能達不到阻燃塗料應用領域的阻燃要求，阻燃體系用量太高，塗料的儲存穩定性，塗飾塗膜性能將大幅下降；另一方面也影響阻燃塗料的阻燃效果。本發明採用上述塗料阻燃劑配方製備而成的新型膨脹阻燃塗料，其中膨脹阻燃劑佔塗料固體含量的質量百分數為35-55%，優選40-41%。油漆在膨脹型阻燃塗料中的質量百分含量為40-60%，可選用醇酸清漆，例如C-101醇酸樹脂清漆，為中油度醇酸樹脂清漆。穩定劑採用工業上常用的矽烷偶聯劑，偶聯劑添加量為膨脹型阻燃塗料的1_3%， 優選1-2%。分散劑採用十六烷基三甲基氯化銨改性的有機膨潤土。分散劑添加量為膨脹型阻燃塗料的1_3%，優選1.5-2.5%。所述新型膨脹阻燃塗料是這樣製備的將茶皂素、聚磷酸銨、季戊四醇按上述比例混合後，經充分研磨達到超細粉體後按一定比例添加到醇酸清漆中，經充分攪拌混合均勻後，添加矽烷偶聯劑與有機膨潤土，在高速剪切攪拌器充分攪拌分散均勻獲得成品。茶皂素與酸源和碳源復配，在受熱情況下，具有良好的膨脹性能和成炭性能。將茶皂素替代目前膨脹性阻燃體系的氣源三聚氰胺，不僅可以降低成本，而且在改善阻燃體系與醇酸樹脂界面相容性，提高隔熱阻燃方面具有顯著的效果，特別是消除三聚氰胺受熱時可能產生氰化氫的危險。本發明採用經濟、可操作性強的方法，將磷氮阻燃劑與茶皂素復配製備新型阻燃體系用於膨脹型阻燃塗料。本發明所製備的用於新型膨脹阻燃塗料的阻燃體系，磷氮阻燃劑與茶皂素間具有良好的協同阻燃作用，與傳統的三聚氰胺膨脹型阻燃劑相比，具有成本降低，阻燃效果好，塗飾塗膜性能好、高效環保等優點。
具體實施例方式下面具體結合實例對本發明提供的新型膨脹阻燃塗料及其製備方法進行詳細說明。但本發明絕不局限於這些實施例。實施例1(對比例)將IOOg醇酸樹脂，在機械攪拌下加入1. 5g矽烷偶聯劑級2. Og有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得醇酸樹脂塗料。實施例2 (三聚氰胺對比例)將聚磷酸銨42g、季戊四醇25g、三聚氰胺5g復配成新型阻燃劑，經研磨1-池，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土，在高剪切速率下混合均勻，即可得膨脹型阻燃塗料。實施例3將聚磷酸銨27g、季戊四醇12g、茶皂素9g復配成新型阻燃劑，經研磨l_2h，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例4將聚磷酸銨36g、季戊四醇觀8、茶皂素8g復配成新型阻燃劑，經研磨1-池，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例5將聚磷酸銨32g、季戊四醇36g、茶皂素4g復配成新型阻燃劑，經研磨1-池，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例6將聚磷酸銨43g、季戊四醇25g、茶皂素4g復配成新型阻燃劑，經研磨1-池，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例7將聚磷酸銨35g、季戊四醇四8、茶皂素9g復配成新型阻燃劑，經研磨1-池，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例8將聚磷酸銨Mg、季戊四醇14g、茶皂素4g復配成新型阻燃劑，經研磨l_2h，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土，在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例9將聚磷酸銨43g、季戊四醇20g、茶皂素9g復配成新型阻燃劑，經研磨1-池，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例10將聚磷酸銨40g、季戊四醇27g、茶皂素5g復配成新型阻燃劑，經研磨1-池，混合均勻，加入到IOOg醇酸清漆中，攪拌0. 5-lh，加入2. Ig矽烷偶聯劑級2. 8g有機改性膨潤土， 在高剪切速率下混合均勻，即可得新型膨脹阻燃塗料。實施例11對上述實施例所製備的一種醇酸樹脂塗料和9種膨脹阻燃塗料進行阻燃性能測試(氧指數、煙密度、耐火時間)。氧指數測試按IS04589-1984進行，樣條尺寸為130. OmmX6. 5mmX 3. 0mm。煙密度測試按ASTME662-95進行，樣條尺寸 40. OmmX 40. OmmX 3. 0mm。耐火時間參照GB15442. 2-1995。飾面型防火塗料阻燃性能分級及試驗方法一大板燃燒法，採用自己設計的垂直燃燒法作簡易評價。具體過程如下將放置測試板用的鐵圈固定在鐵架臺上，鐵圈與酒精噴燈口的垂直距離為7cm，將測試板置鐵圈上，然後開始計時至檢測終點。在檢測時，木板燃燒時背火面炭化，出現裂縫，定為耐燃時間 (min)。實施9和實施例1 (對照)按照GB/T 6739-1996測試漆膜硬度、按照GB/1731-93 測試漆膜柔韌性、按照GB/T 9286-1998測試漆膜附著力、按照GB/T 1732-93測試漆膜抗衝擊性能。表1樣品的阻燃和抑煙性能
權利要求
1.一種新型膨脹阻燃塗料的膨脹阻燃劑，其特徵在於聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素按下列質量比例10-40 10-20 1-5組成。
2.根據權利要求1所述的膨脹阻燃劑，其特徵在於聚磷酸銨、季戊四醇、茶皂素按下列質量比例25-35 12-18 2-5組成。
3.根據權利要求1或2所述的膨脹阻燃劑，其特徵在於聚磷酸銨為高聚合度、水難溶的磷酸銨聚合物，聚合度為700-1500。
4.一種以醇酸樹脂清漆為基礎塗料的膨脹型阻燃塗料，其特徵在於膨脹型阻燃塗料的質量百分組成為醇酸樹脂清漆40-60%，權利要求1-3之一所述的膨脹型阻燃劑35-55%， 穩定劑1-3% ；分散劑1_3%。
5.根據權利要求4所述的膨脹型阻燃塗料，其特徵在於穩定劑是矽烷偶聯劑，質量分數為1_2%。
6.根據權利要求4所述的膨脹阻燃塗料，其特徵在於分散劑是十六烷基三甲基氯化銨改性的有機膨潤土，質量分數為1. 5-2. 5%。
7.根據權利要求4-6之一所述的膨脹型阻燃塗料，其特徵在於膨脹阻燃劑的質量百分含量為40-41%。
全文摘要
本發明涉及一種環保型膨脹型阻燃塗料的阻燃劑及其製備方法。本發明用茶皂素作為氣源與酸源和碳源按一定比例復配成新型阻燃劑，以醇酸樹脂清漆為基料，添加偶聯劑、分散劑等助劑復配成高效阻燃塗料。以塗料固含量重量百分比計，其重要組分為醇酸樹脂清漆40-60％；聚磷酸銨25-35％；季戊四醇12-18％；茶皂素2-5％；矽烷偶聯劑1-3％；有機膨潤土1-3％。製備方法為將茶皂素、聚磷酸銨、季戊四醇按比例混合後，經充分研磨達到超細粉體，再按一定比例添加到醇酸樹脂清漆中，經充分攪拌混合均勻後，添加矽烷偶聯劑與有機膨潤土在高速剪切攪拌器中充分攪拌分散均勻獲得成品。本發明不含滷素阻燃劑，具有揮發性低，阻燃性能優良，塗飾塗膜性能好，高效環保等優點。
文檔編號C09D5/00GK102277030SQ201110203879
公開日2011年12月14日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者吳志平, 李湘洲, 錢偉 申請人:中南林業科技大學, 李湘洲