專利名稱：膨脹型防火涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防火涂料，特別涉及膨脹型防火涂料，可用作鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、飾面型防火涂料、電纜防火涂料。
顏填料 5～15助劑 1～8溶劑 20-30煙霧抑制劑 適量上述配方中的樹脂對膨脹型防火涂料的性能有重大影響，它與其它組份配伍，既保證了涂層在正常條件下具有各種使用性能，又能在火焰灼燒或高溫作用下具有優(yōu)異的膨脹發(fā)泡效果。本發(fā)明以丙烯酸樹脂為主要樹脂基料，由于合成丙烯酸樹脂的單體相差較大，因而其分解溫度、熔融溫度相差很大，對最終炭化層致密程度、強(qiáng)度、炭化物產(chǎn)量及高溫下炭化層對底材的附著力也有很大影響。本發(fā)明的丙烯酸樹脂除了考慮到樹脂的分子量、親水性、溶解性、貯存穩(wěn)定性外，還考慮了樹脂分子中芳香環(huán)的含量及阻燃元素的有無。本發(fā)明優(yōu)選分子量大、親水性低、溶解性好、發(fā)煙量少、含芳香環(huán)及含阻燃元素的丙烯酸樹脂做基料。
配方中還可加入氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、高氯化聚乙烯樹脂、氯化橡膠、氯醚樹脂等對丙烯酸樹脂進(jìn)行改性。這些樹脂中含氮樹脂和含氯樹脂特別是高氯化聚乙烯、氯化橡膠、氯醚樹脂對涂料的綜合性能有較大的提高，環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂則明顯的對炭化層的致密性和炭化物的總產(chǎn)量有幫助。
催化劑是膨脹型防火涂料的關(guān)鍵成份之一，它促進(jìn)和改進(jìn)涂層的熱分解過程，減少或阻止有機(jī)物熱分解時產(chǎn)生的可燃性焦油、醛、酮等的量，促進(jìn)不燃性氣體的產(chǎn)生及在高溫下穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)炭化層的形成。只要能在適當(dāng)溫度(一般認(rèn)為150～250℃)下，分解出的成分能對含羥基的物質(zhì)進(jìn)行脫水的材料均可做為催化劑?？蛇x的材料有磷酸二氫銨、磷酸尿素、聚磷酸銨、聚磷酸銨鉀、三聚磷酸鉀、磷酸三聚氰胺、磷酸雙三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、有機(jī)磷酸酯、硼酸鹽、酯及衍生物、磺酸酯及衍生物等。本發(fā)明優(yōu)選聚磷酸銨、磷酸三聚氰胺或其混合物作催化劑。
一般市售的聚磷酸銨(聚合度多在20～30)在25℃時其溶解度為8.2％，60℃時其溶解度為62％，為了提高含聚磷酸銨防火涂料在濕、熱環(huán)境下的耐久性，必須降低聚磷酸銨的水溶性。本發(fā)明優(yōu)選對聚磷酸銨進(jìn)行表面處理，用特殊材料對聚磷酸銨的表面進(jìn)行包裹，可用的材料有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、甲基硅油、二甲基硅油、含氫硅油、硬脂酸鋅、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。經(jīng)表面處理的聚磷酸銨與沒進(jìn)行處理的聚磷酸銨相比水溶性明顯降低、與樹脂的相容性明顯提高、分散性明顯提高。
本發(fā)明最優(yōu)選采用硅油系列對聚磷酸銨進(jìn)行表面處理后作催化劑。
成炭劑是涂層在高溫下形成不易燃三維空間結(jié)構(gòu)的泡沫碳化層的物質(zhì)基礎(chǔ)，對泡沫碳化層起骨架作用。成炭劑在分解溫度上要和催化劑相匹配，成炭劑的有效性取決于分子中羥基及碳原子的含量，羥基的數(shù)量大，成炭劑被脫水的速度相對較快，但成炭劑本身的親水性高，所以并非羥基的數(shù)量越高越好，碳原子含量高、分子大，對最終形成的炭化層的強(qiáng)度及致密性有利。成炭劑的種類有很多，如淀粉、纖維素及衍生物、蔗糖、山梨醇、季戊四醇及衍生物、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等。本發(fā)明采用親水性低、熱穩(wěn)定性高的季戊四醇及衍生物為主成炭劑。如季戊四醇、二季戊四醇等。
發(fā)泡劑在一定溫度內(nèi)釋放出不燃性氣體-----鹵化氫、氨、氮及其化合物、水汽。常用的發(fā)泡劑有雙氰胺、三聚氰胺、氯化石蠟、尿素、三聚氰胺的磷酸鹽及硼酸鹽等。為了能延長發(fā)泡時間，使炭化層的高度更理想，一般都采用多個發(fā)泡劑合用，本發(fā)明體系采用三聚氰胺和氯化石蠟為發(fā)泡劑，也可采用三聚氰胺鹽/酯(如磷酸三聚氰胺)和氯化石蠟為發(fā)泡劑。
由于丙烯酸樹脂本身是可燃材料，在180℃左右就開始分解，本發(fā)明所選用的催化劑和發(fā)泡劑發(fā)揮作用的溫度在200℃以上。因此，必須另加阻燃劑在200℃以下對涂層進(jìn)行初期的阻燃。為了降低阻燃材料在整個涂料配方中的用量，應(yīng)盡可能選擇一物多用的品種。常用的阻燃劑有氯化石蠟、磷酸酯、亞磷酸酯、溴化物、含氯量高的樹脂等，優(yōu)選的阻燃劑是氯化石蠟，因?yàn)樗粌H能對丙烯酸樹脂發(fā)揮明顯的阻燃作用，還兼有發(fā)泡劑的作用，并對成炭量有幫助。
對膨脹型防火涂料而言，由于已加入了大量防火添加劑，故顏填料不宜多加，超過10％(重量百分?jǐn)?shù))即大大影響其膨脹效果。在選擇顏填料時盡量選擇著色力高、熱反射系數(shù)高、導(dǎo)熱系數(shù)低、對炭化層能起骨架作用的無機(jī)顏料、填料，有機(jī)顏料盡量少加或不加。一般用鈦白、氧化鋅等作著色顏料。
本發(fā)明人經(jīng)過多次試驗(yàn)證明，發(fā)泡高度并不完全與耐火極限成正比，若膨脹層疏松，發(fā)泡越高其耐火極限越差，因此增加膨脹層的強(qiáng)度是提高防火涂料耐火極限的關(guān)鍵之一。本發(fā)明人通過大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)一些粉料和纖維狀物質(zhì)可以作為補(bǔ)強(qiáng)劑，本發(fā)明優(yōu)選鈦白、氧化鋁、硅灰石、礦渣棉、巖棉、玻璃棉及各種耐火棉作補(bǔ)強(qiáng)劑。
火災(zāi)中一氧化碳和鹵化氫等有毒氣體是造成死亡的第一原因。為了減少有毒煙霧的發(fā)生量，本發(fā)明還專門添加了煙霧抑制劑，常用的煙霧抑制劑有氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化鋁、碳酸鈣、硼酸鋅、鉬酸鋅等。對本發(fā)明而言，優(yōu)選的是硼酸鋅、氧化鋁。
本發(fā)明的助劑包括適量的分散劑和抗沉降劑。分散劑和抗沉降劑改進(jìn)了涂料的施工性能、以及貯存穩(wěn)定性和發(fā)泡的均勻性。
本發(fā)明的溶劑應(yīng)盡量選擇毒性低的，對人體刺激小的具有合適揮發(fā)速度的混合溶劑。優(yōu)選安全性較高、氣味較小的丙二醇醚類為主溶劑，以200#汽油等脂肪烴為稀釋劑。
本發(fā)明的膨脹型防火涂料用本領(lǐng)域通用的方法制備，例如用下列方法先溶解好樹脂備用，然后按配方量稱好各組份，加入配料罐中，攪拌均勻，然后上三輥研磨機(jī)研磨至細(xì)度合格，用高速攪拌機(jī)分散均勻，過濾包裝出料。
本發(fā)明的膨脹型防火涂料具有防火隔熱性能好、粘接力好、強(qiáng)度高、能經(jīng)受高低溫循環(huán)的影響，涂層的耐水性、耐酸性、耐鹽腐蝕性良好，不易脫落，貯存穩(wěn)定，裝飾性好，施工方便等特點(diǎn)，燃燒時無煙霧或少煙霧產(chǎn)生。特別適合于作超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、飾面型防火涂料及電纜防火涂料。
催化劑改性實(shí)施例實(shí)施例3至12是涂料配方實(shí)例。
實(shí)施例4至12制備方法和施工方法同實(shí)施例3，僅僅是所用原料不同。
丙烯酸樹脂10份，氨基樹脂2份，硅灰石2份，氧化鋁2份，鈦白粉4份，實(shí)施例2的改性過的催化劑30份，MP16份，二季戊四醇6份，氯化石蠟5份以上實(shí)施例所得到的防火涂料性能指標(biāo)

防火性能實(shí)驗(yàn)室對比上述實(shí)施例3至實(shí)施例12的涂膜，用酒精噴燈火焰距涂層5cm烘烤，涂層厚度1mm，受火時間5min。結(jié)果以上涂膜均能形成比較均勻致密的炭化層，其中的實(shí)施例3與其它9個實(shí)施例相比，炭化層強(qiáng)度較差，最早出現(xiàn)炭化層被燒塌的現(xiàn)象，產(chǎn)生的煙霧較多。這說明對丙烯酸樹脂改性，對催化劑表面處理以及加入煙霧抑制劑對涂料的綜合性能有很大提高。
當(dāng)涂料作為飾面漆用于木質(zhì)基材時，參照GB12442.1-95，進(jìn)行防火性能測試，以上配方涂料當(dāng)干膜厚度為0.5mm時，用酒精燈烘烤30min后，涂層膨脹高度1-2cm，木質(zhì)基材不發(fā)生碳化或發(fā)生輕微碳化。
當(dāng)涂料用于鋼結(jié)構(gòu)底材時，按照GB14907-94進(jìn)行防火性能測試，大大超過國標(biāo)中要求的指標(biāo)。
當(dāng)用作電纜防火涂料時，按照GA181-1998進(jìn)行防火性能測試，達(dá)到A類防火涂料指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種膨脹型防火涂料，其特征在于，包括下列成分組份 重量百分比樹脂10～30催化劑 10～30成炭劑 5～15發(fā)泡劑 5～15阻燃劑 3～10補(bǔ)強(qiáng)劑 5～10顏填料 5～15助劑1～8溶劑20～30煙霧抑制劑 適量
2.根據(jù)權(quán)利要求1的膨脹型防火涂料，其特征在于，所述的樹脂優(yōu)選丙烯酸樹脂，并加入下列一種或幾種物質(zhì)對丙烯酸樹脂進(jìn)行改性氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、高氯化聚乙烯樹脂、氯化橡膠、氯醚樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的膨脹型防火涂料，其特征在于，所述的催化劑優(yōu)選磷酸二氫銨、磷酸尿素、聚磷酸銨、聚磷酸銨鉀、三聚磷酸鉀、磷酸三聚氰胺、磷酸雙三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、有機(jī)磷酸酯、硼酸鹽、酯及衍生物、磺酸酯及衍生物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的膨脹型防火涂料，其特征在于，可以用下列物質(zhì)的一種或幾種對所述的催化劑進(jìn)行表面處理硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、甲基硅油、二甲基硅油、含氫硅油、硬脂酸鋅、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的膨脹型防火涂料，其特征在于，本發(fā)明優(yōu)選采用硅油系列對聚磷酸銨進(jìn)行表面處理后作催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的膨脹型防火涂料，其特征在于，所述的成炭劑選自淀粉、纖維素及衍生物、蔗糖、山梨醇、季戊四醇及衍生物、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的膨脹型防火涂料，其特征在于，所述的發(fā)泡劑是在一定溫度內(nèi)釋放出不燃性氣體-----鹵化氫、氨、氮及其化合物、水汽的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的膨脹型防火涂料，其特征在于，所述的發(fā)泡劑選自雙氰胺、三聚氰胺、氯化石蠟、尿素、三聚氰胺的磷酸鹽及硼酸鹽等。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的膨脹型防火涂料，其特征在于，所述的補(bǔ)強(qiáng)劑優(yōu)選鈦白、氧化鋁、硅灰石，石棉、礦渣棉、巖棉、玻璃棉及各種耐火棉。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的膨脹型防火涂料，其特征在于，所述的煙霧抑制劑優(yōu)選氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化鋁、碳酸鈣、硼酸鋅、鉬酸鋅。
全文摘要
本發(fā)明公開的膨脹型防火涂料,包括丙烯酸樹脂、催化劑、成炭劑、發(fā)泡劑、阻燃劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、顏填料、助劑、煙霧抑制劑等成分,并對丙烯酸樹脂改性,對催化劑進(jìn)行表面處理以及加入煙霧抑制劑來提高涂料的綜合性能。當(dāng)涂膜受熱膨脹時形成不易燃三維空間結(jié)構(gòu)的炭化層,使火焰熱量受到隔離而減少對底材的傳導(dǎo),同時在高溫時涂料分解出不燃?xì)怏w,隔絕并稀釋空氣,阻止火焰擴(kuò)展、蔓延。該涂料適合于鋼結(jié)構(gòu)、木質(zhì)基材、電纜等的防火涂裝。
文檔編號C09D5/18GK1380368SQ0211029
公開日2002年11月20日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月11日
發(fā)明者王華進(jìn), 王賢明, 管朝祥, 劉登良 申請人:海洋化工研究院