一种膨胀型水性防火涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种膨胀型水性防火涂料及其制备方法。该涂料为水基、单组份、自干型产品，由聚氨酯‑乙酸乙烯酯‑丙烯酸酯共聚物乳液、改性复合阻燃剂、沉淀硫酸钡、云母粉、助剂及水组成。其施工便捷、涂装VOC排放低、低烟、无卤，是高性能溶剂型防火涂料的环保替代品。

【技术实现步骤摘要】
一种膨胀型水性防火涂料及其制备方法
本专利技术涉及防火涂料领域，具体涉及一种抗冲击、抗拉伸、抗弯折的膨胀型水性防火涂料及其制备方法。
技术介绍
钢结构防火涂料是一种应用于钢铁基材表面，在发生火灾时，通过阻燃、隔热降低钢材遇火升温速率，防止钢构快速形变坍塌，提高钢构抗灾能力的功能型涂料。目前，已商品化的防火涂料种类很多。依据分散介质，可分为水性与溶剂型；依据应用膜厚，可分为：厚型、薄型、超薄型；依据耐火隔热机理，可分为：膨胀型与非膨胀型。其中，膨胀型防火涂料由于应用膜厚低、涂层自重小、装饰性好、施工便捷(不受钢结构形状与部位限制)等优势，在各型钢构建筑中广为使用。其中，80％以上的膨胀型防火涂料为溶剂型产品。然而，随着国家减排控霾力度的逐渐加大，传统溶剂型防火涂料涂装VOC排放高(300～500g/L)、易燃、易爆等缺陷逐步暴露，市场亟需一款绿色环保、性能可靠的替代产品。水性化是膨胀型防火涂料的重要转型方向。目前，许多涂料企业相继推出了商品化的水性产品，然而由于技术缺陷，该类产品主要面向低端市场。正在意义上的高性能膨胀型水性防火解决方案尚不成熟。目前，膨胀型水性防火涂料主要面临的技术问题有：(1)耐火性能过度依赖阻燃剂，导致颜基比过高，涂层疏松，涂层粘结强度低，抗冲击、抗拉伸性能差，同时不具备腐蚀防护功能；(2)树脂体系与阻燃剂体系引入了大量的极性基团，致使涂层吸水率高，早期耐水性差(施工遇雨易脱落)，易溶胀变形，易加速金属腐蚀；(3)成炭不稳定，耐火时间短；(4)耐久性差，耐火极限随使用时间的延长下降明显；(5)施工性不佳，厚涂易开裂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于钢结构表面，尤其适用于处于冲击频繁(如：土石飞溅)或高湿(如：地下室、游泳馆)场合的钢结构表面，具备优异抗冲击、抗拉伸、抗弯折、耐水和耐腐蚀性能的膨胀型水性防火涂料。该涂料为水基、单组份、自干型产品，其施工便捷、涂装VOC排放低、低烟、无卤，是高性能溶剂型防火涂料的环保替代品。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种膨胀型水性防火涂料，该涂料的成分如下：本专利技术技术方案中，所述的聚氨酯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物乳液是通过如下方法制备得到：S1：将50～70质量份的聚醚多元醇、10～30质量份的聚碳酸酯二醇、1～10质量份的1,4–丁二醇、5～12质量份的二羟甲基丙酸加入充氮的反应器，在110～130℃下真空脱水；降温至80℃以下，加入150～300质量份的丁酮溶解物料；将10～20质量份的六亚甲基二异氰酸酯、30～50质量份的二苯基甲烷二异氰酸酯用丁酮稀释后缓慢滴入反应器；加入0.5～1.5质量份的二正丁基锡二月桂酸酯，在70～80℃下搅拌反应3～4h；冷却体系至45～55℃，加入0.1～0.4质量份的对苯二酚和5～20质量份的丙烯酸-β-羟丙酯继续反应2～3h；加入2～10质量份的三乙胺中和反应体系，加入250～350质量份的水，高速搅拌转相；蒸馏脱除溶剂，获得聚氨酯预聚物水分散体；S2：将80～120质量份的聚氨酯预聚物水分散体、10～30质量份的乙酸乙烯酯、5～15质量份的叔碳酸乙烯酯、10～50质量份的甲基丙烯酸甲酯、5～30质量份的丙烯酸丁酯、5～30质量份的苯乙烯和50～150质量份的水搅拌下混合均匀得到混合单体预乳液；将部分混合单体预乳液加入反应器中，升温至80～85℃搅拌溶胀胶粒；加入过硫酸铵水溶液，搅拌聚合1h；补加剩余混合单体预乳液和过硫酸铵水溶液，继续搅拌反应4～5h；随后升温至90～95℃进行保温1h；冷却至50℃以下，加入氨水调整体系pH值为7.5～8.5，过滤，获得共聚物乳液。本专利技术技术方案中，所述的聚氨酯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物乳液，其特征在于：所述聚醚多元醇为羟基封端的聚丙二醇，分子量为1000～2000；所述聚碳酸酯二醇为旭化成T5652N聚碳酸酯二醇，分子量为2000。本专利技术技术方案中，所述的改性复合阻燃剂是通过如下方法制备得到：将5～10质量份的双季戊四醇、15～30质量份的聚磷酸铵、4～8质量份的三聚氰胺、1～5质量份的氢氧化铝、5～15质量份的金红石型二氧化钛加入反应器中，加入20～60质量份的脱水处理的丙酮，高速分散使粉体悬浮在丙酮中，缓慢加入1～6质量份的六亚甲基二异氰酸酯，室温搅拌反应30min；加入1～4质量份的迪高Dispers755W分散剂，继续搅拌30min；蒸馏脱除溶剂，所得粉体用球磨机研磨至细度小于30μm，即获得改性复合阻燃剂。本专利技术技术方案中，所述的改性复合阻燃剂，其特征在于：所述聚磷酸铵为科莱恩EXOLITAP428聚磷酸铵。本专利技术技术方案中：所述的云母粉为滁州格锐矿业的GF-2云母粉(白云母)；所述防沉剂为德固赛A200气相二氧化硅；所述润湿分散剂为迪高Dispers755W分散剂；所述消泡剂为迪高Foamex810消泡剂；所述基材润湿剂为毕克BYK-349基材润湿剂；所述防闪锈剂为合三弘SC2180水性防闪锈剂；所述增稠剂为陶氏TT935增稠剂；所述聚碳化二亚胺为斯塔尔XL-701聚碳化二亚胺。一种上述的膨胀型水性防火涂料的制备方法，该方法包括以下步骤：S1：加入水、改性复合阻燃剂、沉淀硫酸钡、云母粉、防沉剂、润湿分散剂及消泡剂，高速分散至均匀、无粉团无结块。转入研磨设备，研磨至细度小于40微米。S2：加入二甲基乙醇胺，调整pH值至7.5～8.5。加入聚氨酯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物乳液、醇酯十二、基材润湿剂、防闪锈剂、异噻唑啉酮，搅拌均匀。加入增稠剂调整体系粘度至80～120KU。S3：加入聚碳化二亚胺，搅拌均匀后室温熟化24h，即得到膨胀型水性防火涂料。本专利技术的有益效果：首先，本专利技术创新性公开了一种具备优异抗冲击、抗拉伸、抗弯折性能的膨胀型水性防火涂料。该涂料使用聚氨酯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物乳液为成膜物。其中，基于聚酯多元醇及聚碳酸酯二醇的聚氨酯链段，可赋予涂层优异的韧性与弹性；丙烯酸酯及苯乙烯单元可以提供适度的微相分离，确保体系的机械强度并调节链段的柔顺性；乙酸乙烯酯、叔碳酸乙烯酯单元可以提高粘结强度，提升涂层强度并改善涂刷手感。其次，采用了经典的“双季戊四醇/聚磷酸铵/三聚氰胺/氢氧化铝/金红石二氧化钛”成碳阻燃体系。通过合理的配比优化，确保碳源、气源、酸源充足。同时，在高温下可以形成结构稳定、数量适宜的磷酸铝和磷酸钛，增强碳层强度、提升隔热效率，有效延长涂层的耐火极限。第三，通过极性基团的封闭，降低涂层吸水率，克服传统防火涂层不耐水、不防腐、不耐湿热等弊病。本专利技术使用的极性基团封闭方案分别为：(1)使用六亚甲基二异氰酸酯对阻燃剂中的羟基、氨基进行疏水改性；(2)使用聚碳化二亚胺封闭共聚物中的羧基单元。第四，采用中等颜基比的制漆方案，提高涂层的致密性。同时，创新性的引入了高纯度、高径厚比的白云母为辅料。白云母的引入可以提升碳层强度，同时增强本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膨胀型水性防火涂料，其特征在于由以下成分构成：/n

【技术特征摘要】
1.一种膨胀型水性防火涂料，其特征在于由以下成分构成：

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2.根据权利要求1所述的膨胀型水性防火涂料，其特征在于所述的聚氨酯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物乳液是通过以下方法制备得到：
S1：将50～70质量份的聚醚多元醇、10～30质量份的聚碳酸酯二醇、1～10质量份的1,4–丁二醇、5～12质量份的二羟甲基丙酸加入充氮的反应器，在110～130℃下真空脱水；降温至80℃以下，加入150～300质量份的丁酮溶解物料；将10～20质量份的六亚甲基二异氰酸酯、30～50质量份的二苯基甲烷二异氰酸酯用丁酮稀释后缓慢滴入反应器；加入0.5～1.5质量份的二正丁基锡二月桂酸酯，在70～80℃下搅拌反应3～4h；冷却体系至45～55℃，加入0.1～0.4质量份的对苯二酚和5～20质量份的丙烯酸-β-羟丙酯继续反应2～3h；加入2～10质量份的三乙胺中和反应体系，加入250～350质量份的水，高速搅拌转相；蒸馏脱除溶剂，获得聚氨酯预聚物水分散体；
S2：将80～120质量份的聚氨酯预聚物水分散体、10～30质量份的乙酸乙烯酯、5～15质量份的叔碳酸乙烯酯、10～50质量份的甲基丙烯酸甲酯、5～30质量份的丙烯酸丁酯、5～30质量份的苯乙烯和50～150质量份的水搅拌下混合均匀得到混合单体预乳液；将部分混合单体预乳液加入反应器中，升温至80～85℃搅拌溶胀胶粒；加入过硫酸铵水溶液，搅拌聚合1h；之后加入剩余混合单体预乳液和过硫酸铵水溶液，继续搅拌反应4～5h；随后升温至90～95℃，保温1h；冷却至50℃以下，加入氨水调整体系pH值为7.5～8.5，过滤，获得聚氨酯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物乳液。


3.根据权利要求2所述的所述的聚氨酯-乙酸乙烯酯-丙烯酸酯共聚物乳液，其特征在于所述的聚醚多元醇为羟基封端的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈钊聪，张卫中，
申请(专利权)人：南京长江涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32