一种膨胀型防火涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及防火涂料，特别涉及一种膨胀型防火涂料及其制备方法，可用作钢结构防火涂料、饰面型防火涂料、电缆防火涂料等。


背景技术：

2.防火涂料从防火机理来讲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，要想达到好的防火效果涂层必须很厚，添加大量含卤素、氮、磷等阻燃剂，产生大量有毒气体。膨胀型防火涂料的涂层在受热时膨胀成蜂窝状碳化层，使火焰热量受到隔离而减少或减缓对底材的传递，同时在高温时涂层分解出不燃气体，隔绝并稀释空气。膨胀型防火涂层在受热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与蔓延。膨胀型防火涂料受热后膨胀，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膨胀前的涂层至少低一个数量级。因此，对于膨胀型防火涂料，只需要很薄的涂层就可以达到很好的防火效果。依据膨胀型防火涂料的防火机理，涂料在受热时的膨胀能力显著影响着防火性能的强弱。
3.目前膨胀型防火涂料的配方通常为p-c-n体系，即由催化剂、碳源、与发泡剂构建而成。碳源为富含羟基的物质，在受热时脱水生成碳层；发泡剂在受热时释放不燃性气体，冲击碳层形成三维网络结构的泡沫碳化层；催化剂则会催化加速上述物理化学变化的发生。尽管经过行业技术人员的持续优化，上述膨胀体系已比较成熟，然而膨胀系数仍偏低，需要更高效的膨胀体系，从而具有更好的防火性能。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种膨胀型防火涂料，所述涂料解决了目前膨胀型防火涂料膨胀倍率低的缺点，具有非常优异的防火性能。
5.本发明的再一目的在于：提供一种上述膨胀型防火涂料的制备方法。
6.本发明目的通过下述方案实现：一种膨胀型防火涂料，由催化剂、碳源、与发泡剂构建的p-c-n体系，按质量百分比计，至少含有5-10%的热膨胀型塑料微球与2-5%的聚乙烯醇树脂，所述的热膨胀型塑料微球的壁材为丙烯酸聚合物，起发温度不低于180 ℃。
7.所述热膨胀型塑料微球的平均粒径为200～400 nm。
8.在上述方案基础上，所述膨胀型防火涂料按重量份数计，包括：聚磷酸铵
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20～30份三聚氰胺
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10～20份季戊四醇
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10～15份填料
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3～6份热膨胀型塑料微球
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5～10份丙烯酸乳液
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15～20份
聚乙烯醇树脂
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2～5份去离子水
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10～33份。
9.所述填料为白云石与金红石型二氧化钛的混合物，白云石与金红石型二氧化钛的质量比为1:1。
10.本发明还提供了一种膨胀型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：将热膨胀型塑料微球与聚乙烯醇树脂分散在丙烯酸乳液中，经充分搅拌使其分散均匀；在搅拌下加入去离子水，升温至60～80 ℃，使聚乙烯醇树脂充分溶解，再依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇与填料，搅拌均匀得到膨胀型防火涂料。
11.所述的热膨胀型塑料微球是由热塑性聚合物外壳和封入的烷烃气体组成。
12.本发明机理是：热膨胀型塑料微球受热时，壳内气体压力增加并且热塑性外壳软化，从而使膨胀微球体积显著增加。在膨胀型防火涂料中添加适当比例的热膨胀型塑料微球，可以显著提高受热后的膨胀系数，从而具有更高的防火性能。然而，现有热膨胀型塑料微球在水中的分散性极差，通常很难加入进水性防火涂料中。本发明通过配方和工艺改进，先将热膨胀型塑料微球的粉体与聚乙烯醇树脂的粉体加入丙烯酸乳液中，热膨胀型塑料微球的壁材为丙烯酸聚合物，与丙烯酸乳液具有相似的化学结构，因而微球表面能够很好的被丙烯酸乳液润湿，同时也会黏附部分聚乙烯醇树脂的粉体。当加入去离子水，升高温度至60～80 ℃，聚乙烯醇树脂分子逐渐溶胀解离，进而很好的将热膨胀型塑料微球分散进水中。
13.本发明膨胀型防火涂料中添加了少量填料，为白云石与金红石型二氧化钛的混合物。一方面，少量填料的添加不会抑制受热时涂料的发泡功能。另一方面，白云石与二氧化钛粉末自身具有良好的防火性能。金红石型二氧化钛的优异防紫外性更有助于防止防火涂料涂层的老化。
14.与现有技术相比，本发明的优势在于：在常规的p-c-n膨胀体系的基础上引入丙烯酸聚合物为壁材的热膨胀型塑料微球，利用热膨胀型塑料微球在受热时体积显著增大的机理极大地提高了膨胀型防火涂料受热后的膨胀系数，从而进一步提高了涂层的防火性能。解决了热膨胀型塑料微球在水相中分散性差的问题，通过丙烯酸乳液与聚乙烯醇树脂的配合及特定的制备工艺实现了丙烯酸聚合物为壁材的热膨胀型塑料微球在水相中的均匀分散，从而保障防火性能的充分发挥。
具体实施方式
15.下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。
16.实施例1一种膨胀型防火涂料，由催化剂、碳源、与发泡剂构建的p-c-n体系，按质量百分百计，含有10%热膨胀型塑料微球与5%聚乙烯醇树脂，且所述的热膨胀型塑料微球的壁材为丙烯酸聚合物，起发温度不低于180 ℃。
17.本实施例中所述热膨胀型塑料微球平均粒径为200～400 nm。
18.按质量份计，有下述组分组成：聚磷酸铵
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20 份
三聚氰胺
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10 份季戊四醇
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10 份白云石
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3份金红石型二氧化钛
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3份热膨胀型塑料微球
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10份丙烯酸乳液
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15 份聚乙烯醇树脂
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5份去离子水
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24份；按以下步骤制备：先将将热膨胀型塑料微球与聚乙烯醇树脂分散在丙烯酸乳液中，经充分搅拌使其分散均匀；在搅拌下加入去离子水，升温至60 ℃，使聚乙烯醇树脂充分溶解，再依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、白云石与金红石型二氧化钛，搅拌均匀得到膨胀型防火涂料。
19.实施例2一种膨胀型防火涂料，由以下组分按照重量百分比构成：聚磷酸铵
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30份三聚氰胺
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20份季戊四醇
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15份白云石
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1.5份金红石型二氧化钛
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1.5份热膨胀型塑料微球
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5份丙烯酸乳液
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20份聚乙烯醇树脂
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2份去离子水
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5份，与实施例1制备步骤近似，按下述步骤制备：先将热膨胀型塑料微球与聚乙烯醇树脂分散在丙烯酸乳液中，经充分搅拌使其分散均匀；在搅拌下加入去离子水，升温至80 ℃，使聚乙烯醇树脂充分溶解，再依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、白云石与金红石型二氧化钛。搅拌均匀得到膨胀型防火涂料。
20.实施例3本实施例的膨胀型防火涂料，由以下组分按照重量百分比构成：聚磷酸铵
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25份三聚氰胺
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15份季戊四醇
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12.5份白云石
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2.5份金红石型二氧化钛
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2.5份热膨胀型塑料微球
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7.5份丙烯酸乳液
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17.5份聚乙烯醇树脂
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3.5份去离子水
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14份，与实施例1制备步骤近似，按下述步骤制备：
先将热膨胀型塑料微球与聚乙烯醇树脂分散在丙烯酸乳液中，经充分搅拌使其分散均匀；在搅拌下加入去离子水，升温至70 ℃，使聚乙烯醇树脂充分溶解，再依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、白云石与金红石型二氧化钛，搅拌均匀得到膨胀型防火涂料。
21.本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

技术特征：
1.一种膨胀型防火涂料，由催化剂、碳源、与发泡剂构建的p-c-n体系，其特征在于,按质量百分百计，至少含有5-10%热膨胀型塑料微球与2-5%聚乙烯醇树脂，且所述的热膨胀型塑料微球的壁材为丙烯酸聚合物，起发温度不低于180 ℃。2.如权利要求1所述的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述热膨胀型塑料微球平均粒径为200～400 nm。3.如权利要求1和2任一所述的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述膨胀型防火涂料按重量份数计，包括：聚磷酸铵
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20～30份三聚氰胺
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10～20份季戊四醇
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10～15份填料
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3～6份热膨胀型塑料微球
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5～10份丙烯酸乳液
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15～20份聚乙烯醇树脂
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2～5份去离子水
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10～33份。4.如权利要求3所述的膨胀型防火涂料，其特征在于，按质量份计，有下述组分组成：聚磷酸铵
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20 份三聚氰胺
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10 份季戊四醇
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10 份白云石
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3份金红石型二氧化钛
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3份热膨胀型塑料微球
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10份丙烯酸乳液
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15 份聚乙烯醇树脂
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5份去离子水
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24份。5.如权利要求3所述的膨胀型防火涂料，其特征在于，按质量份计，有下述组分组成：聚磷酸铵
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30份三聚氰胺
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20份季戊四醇
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15份白云石
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1.5份金红石型二氧化钛
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1.5份热膨胀型塑料微球
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5份丙烯酸乳液
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20份聚乙烯醇树脂
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2份去离子水
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5份。6.如权利要求3所述的膨胀型防火涂料，其特征在于，按质量份计，有下述组分组成：聚磷酸铵
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25份三聚氰胺
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15份季戊四醇
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12.5份
白云石
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2.5份金红石型二氧化钛
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2.5份热膨胀型塑料微球
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7.5份丙烯酸乳液
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17.5份聚乙烯醇树脂
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3.5份去离子水
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14份。7.如权利要求1-6任一所述的膨胀型防火涂料，其特征在于，所述填料为白云石与金红石型二氧化钛的混合物，白云石与金红石型二氧化钛的质量比为1:1。8.如权利要求1-4任一所述的膨胀型防火涂料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：将热膨胀型塑料微球与聚乙烯醇树脂分散在丙烯酸乳液中，经充分搅拌使其分散均匀。在搅拌下加入去离子水，升温至60～80 ℃，使聚乙烯醇树脂充分溶解，再依次加入聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇与填料。搅拌均匀得到膨胀型防火涂料。

技术总结
本发明公开了一种膨胀型防火涂料及其制备方法，含有热膨胀型塑料微球与聚乙烯醇树脂。在常规的P-C-N膨胀体系的基础上引入丙烯酸聚合物为壁材的热膨胀型塑料微球，利用热膨胀型塑料微球在受热时体积显著增大的机理极大地提高了膨胀型防火涂料受热后的膨胀系数，从而显著提高了涂层的防火性能。为了解决热膨胀型塑料微球在水相中分散性差的问题，通过丙烯酸乳液与聚乙烯醇树脂的配合及特定的制备工艺实现了丙烯酸聚合物为壁材的热膨胀型塑料微球在水相中的均匀分散，从而保障防火性能的充分发挥。的充分发挥。


技术研发人员：崔大祥 陈义军 林琳 陈超
受保护的技术使用者：上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/20