一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料，它以磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、二氧化钛、羟乙基纤维素、分散剂、消泡剂、正辛醇和水为主要原料复合而成。所述改性丙烯酸酯核壳乳液采用软核硬壳结构，并利用磷酸锆对软核部分进行改性，采用甲基丙烯酸对硬壳部分进行交联，有效提高丙烯酸酯核壳乳液的阻燃性能和耐水性能，并表现出优异的耐老化性能和耐黄变性能；所得防火涂料具有防火时间久、使用寿命长、耐候性强、装饰性好、水性环保等优点，且涉及的制备简单，适合推广应用。

Fire retardant coating based on zirconium phosphate and methacrylic acid composite modified acrylate core shell emulsion and preparation method thereof

The invention discloses a fire retardant coating based on zirconium phosphate and methacrylic acid modified acrylate core shell emulsion. It is made of zirconium phosphate and methacrylic acid composite modified acrylate core shell emulsion, ammonium polyphosphate, pentaerythritol, melamine, titanium dioxide, hydroxyethyl cellulose, dispersant, defoamer, octanol and water as main raw materials. The modified acrylate core shell emulsion adopts a soft core hard shell structure, and uses zirconium phosphate to modify the soft core part, and crosslinks the hard shell part with methacrylic acid, effectively improves the flame retardancy and water resistance of the acrylate core shell emulsion, and exhibits excellent aging resistance and yellowing resistance. The fireproof coating has long fire prevention time and long service life. It has the advantages of strong weatherability, good decoration, water-based environmental protection, and the preparation involved is simple, so it is suitable for popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料及其制备方法
本专利技术属于高分子乳液和涂料
，具体涉及一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料及其制备方法。
技术介绍
当今社会，火灾频繁发生，不仅使人们生命财产遭受损失，也使得周边生态环境遭到严重破坏，因此人们越来越重视防火保护问题。在众多的防火保护技术方案中，防火涂料由于防火性能优异，施工方便、装饰性好、经济环保等优点，在工程中得到了广泛的应用。而乳液作为防火涂料的基体，充当着生命骨架的作用，乳液性能对防火涂料性能的好坏起着决定性的作用。在众多的乳液中，丙烯酸酯乳液由于具有优异的性能，被广泛应用于水性涂料中。目前，制备的丙烯酸酯乳液通常存在层膜温度高、高温回粘、耐水性和耐沾污性能差等缺点，如专利CN102391412中公开的有机硅改性丙烯酸酯核壳乳液，通过有机硅对丙烯酸酯乳液进行改性，但其耐老化和抗氧化性不佳，易黄变，并且成本高，不适于广泛应用。因此，进一步探索高性能丙烯酸酯乳液并优化其制备工艺具有重要的研究和应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料，该防火涂料具有耐火时间长、耐水性好、附着力优异、干燥时间短、抗裂性好、环境友好等优点，且涉及的制备工艺简单，适合推广应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料，各组分及其所占质量百分比包括：磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液20～30％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，二氧化钛1～5％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水。上述方案中，所述磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液以乳化剂、核单体混合物、磷酸锆、壳单体混合物和交联单体为主要原料经核壳乳液聚合而成，具体制备方法包括以下步骤：1)将乳化剂溶解于水中配制乳化剂水溶液，并分成三份，向其中一份乳化剂水溶液加入磷酸锆，超声分散0.5～1h后，加入核单体混合物，预乳化0.5～1h，得核预乳化液；向另一份·乳化剂水溶液中加入壳单体混合物和交联单体，预乳化1～2h，得壳预乳化液；将缓冲剂溶解于剩下一份乳化剂水溶液中，得缓冲剂水溶液；将引发剂溶于水中，得引发剂水溶液；2)种子乳液的制备：在搅拌条件下，向反应容器中依次加入缓冲剂水溶液、1/4～1/3体积的引发剂水溶液和2/5～1/2体积的核预乳化液，然后升温至65～70℃，当乳液出现大量蓝光时，保温0.5～1h，得种子乳液；3)核层聚合：向所得种子乳液中，滴入剩余的核预乳化液和1/4～1/3体积的引发剂水溶，控制在1.0-1.5h内同时滴加完毕，然后控温至70～80℃，并保温0.5～1h，得核层乳化液；4)壳层聚合：向所得核层乳化液中，滴加剩余的引发剂水溶液和壳预乳化液，并控制在1～2h滴完，然后升温至80～85℃保温0.5～1h，再自然冷却至40～50℃，调节pH值至7～9，过筛，即得磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液。上述方案中，所述核单体混合物和壳单体混合物分别由软单体、硬单体组成；其中，软单体为丙烯酸正丁酯，硬单体为甲基丙烯酸甲酯；核单体混合物中软、硬单体的质量比为2:1～5:1，壳单体混合物中软、硬单体的质量比为3:1～1:3。上述方案中，所述核单体混合物与壳单体混合物的质量比为2:3～3:2。上述方案中，所述磷酸锆为α-磷酸锆，其粒径为800目～5000目。上述方案中，所得磷酸锆占核单体混合物和壳单体混合物总质量的1～8％。上述方案中，所述交联单体为甲基丙烯酸，交联单体占核单体混合物和壳单体混合物总质量的1～10％。上述方案中，所述乳化剂由阴离子乳化剂和非离子乳化剂按质量比1:3～3:1组成；阴离子乳化剂为十二烷基苯酸钠或十二烷基硫酸钠的一种，非离子乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚，乳化剂用量为原料中软硬单体总质量的3～4％。上述方案中，所述缓冲剂水溶液为碳酸氢钠、磷酸二氢钠中的一种，缓冲剂用量为核单体混合物和壳单体混合物总质量的0.2～0.5％；缓冲剂水溶液的浓度为10～20wt％。。上述方案中，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，引发剂用量为核单体混合物和壳单体混合物总质量的0.4～0.8％；引发剂水溶液中水的用量为核单体混合物和壳单体混合物总质量的10～30％。上述方案中，分散剂为润湿分散剂5040等。上述方案中，消泡剂为有机硅消泡剂470等。上述方案中，水为去离子水。上述一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料的制备方法，包括如下步骤：1)按配比称取原料，各原料及其所占质量百分比包括：磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液20～30％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，二氧化钛1～5％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水；2)将称取的聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺、二氧化钛、羟乙基纤维素研磨成粉状，然后加水充分研磨混合均匀；再加入消泡剂和分散剂，继续充分研磨；3)最后加入磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液和正辛醇充分研磨混合均匀，即得所述防火涂料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术通过在丙烯酸酯核壳乳液中引入磷酸锆进行复合改性，引入的磷酸锆具有良好的热稳定性能、机械强度、化学稳定性和催化成炭作用，磷酸锆的固体酸催化效应可以“零距离”地促进传统膨胀型阻燃剂的成炭反应，同时其片层结构还可以提高膨胀炭层的强度及气密性；此外，膨胀炭层可以将燃烧降解产物包裹，为磷酸锆与聚磷酸铵的催化成炭作用创造时间和有利环境；引入的磷酸锆可作为一种阻燃协效剂，与传统阻燃剂之间具有良好的协同阻燃作用；也可作为成炭骨架稳定炭层，提高炭层强度，使所得涂料燃烧时形成的炭层更加牢固，不易被火焰冲破，同时在炭层表面形成类似陶瓷状结构；将磷酸锆引入丙烯酸酯核壳乳液基防火涂料中可以在燃烧时发生磷酸锆脱结晶水反应，延缓燃烧速度，并能促进乳液基体发生氧化还原反应和热氧化交联反应等，从而显著提升其阻燃隔热性能。2)本专利技术在核壳乳液聚合过程中掺入磷酸锆和交联单体进行复合改性，在核层加入磷酸锆，利用磷酸锆的层状特殊结构，将核层乳液聚合物插入磷酸锆层间，使磷酸锆剥离分散开在核层中，从而提高乳液阻燃性能、耐高温性、抗氧化性和耐老化性；在壳层聚合时加入交联单体甲基丙烯酸，形成一定的交联网络，使得壳层致密性提高，形成一层坚硬的保护层，进一步增强所得乳液的防水性和耐污性。3)本专利技术所得防火涂料具有防火时间久、使用寿命长、耐候性强、装饰性好、水性环保等优点，且涉及的制备简单，适合推广应用。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。以下实施例中，采用的分散剂为润湿分散剂5040；消泡剂为有机硅消泡剂470。采用的磷酸锆为α-磷酸锆，其粒径为5000目。以下实施例中，所述磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的制备方法包括如下步骤：1)将1.0g烷基酚聚氧乙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料，其特征在于，各组分及其所占质量百分比包括：磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液20～30％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，二氧化钛1～5％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水。

【技术特征摘要】
1.一种基于磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液的防火涂料，其特征在于，各组分及其所占质量百分比包括：磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液20～30％，聚磷酸铵30～36％，季戊四醇10～20％，三聚氰胺10～15％，二氧化钛1～5％，羟乙基纤维素0.5～1％，分散剂0.5～1％，消泡剂0.5～1％，正辛醇0.5～1％，其余为水。2.根据权利要求1所述的防火涂料，其特征在于，所述磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液以乳化剂、核单体混合物、磷酸锆、壳单体混合物和交联单体为主要原料经核壳乳液聚合而成，具体制备方法包括以下步骤：1)将乳化剂溶解于水中配制乳化剂水溶液，并分成三份，向其中一份乳化剂水溶液加入磷酸锆，超声分散0.5～1h后，加入核单体混合物，预乳化0.5～1h，得核预乳化液；向另一份乳化剂水溶液中加入壳单体混合物和交联单体，预乳化1～2h，得壳预乳化液；将缓冲剂溶解于剩下一份乳化剂水溶液中，得缓冲剂水溶液；将引发剂溶于水中，得引发剂水溶液；2)种子乳液的制备：在搅拌条件下，向反应容器中依次加入缓冲剂水溶液、1/4～1/3体积的引发剂水溶液和2/5～1/2体积的核预乳化液，然后升温至65～70℃，当乳液出现大量蓝光时，保温0.5～1h，得种子乳液；3)核层聚合：向所得种子乳液中，滴入剩余的核预乳化液和1/4～1/3体积的引发剂水溶液，控制在1.0-1.5h内同时滴加完毕，然后控温至70～80℃，并保温0.5～1h，得核层乳化液；4)壳层聚合：向所得核层乳化液中，滴加剩余的引发剂水溶液和壳预乳化液，并控制在1～2h滴完，然后升温至80～85℃保温0.5～1h，再自然冷却至40～50℃，调节pH值至7～9，过筛，即得磷酸锆和甲基丙烯酸复合改性丙烯酸酯核壳乳液。3.根据权利要求2所述的防火涂料，其特征在于，所述核单体混合物和壳单体混合物分别由软单体、硬单体组成；其中，软单体为丙烯酸正丁酯，硬单体为甲基丙烯酸甲酯；核单体混合物中软、硬单体的质量比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘治田，王成，胡清华，张旗，刘诗，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42