一种环境适应性水性超双疏阻燃涂料、制备方法及涂层技术

本发明专利技术公开了一种环境适应性水性超双疏阻燃涂料、制备方法及涂层，按重量百分比计，包括：微纳粒子0.1～5％、阻燃剂0.1～5％、双组份低表面能物质0.4～20％，余量为溶剂；双组份低表面能物质包括A组分和B组分，A组分为含氟或含碳的表面活性剂，B组分为含氟低表面能物质；其中A组分至少占双组份低表面能物质质量的10％。本发明专利技术提供的环境适应性水性超双疏阻燃涂料可以用于木质建筑保护、生活家居及特种防护服等多种基材，可解决当前阻燃涂料有效成分易流失、耐候性差的问题，满足对易燃材料阻燃防火、表面抗水拒油和绿色环保长效耐候的要求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种环境适应性水性超双疏阻燃涂料、制备方法及涂层


[0001]本专利技术涉及涂料及制备方法
，具体涉及一种环境适应性水性超双疏阻燃涂料、制备方法及涂层。

技术介绍

[0002]火灾对公共安全和社会发展存在着极大威胁。除了历史建筑和珍贵文物以外，日常生活中常用的材料如木质建材、棉、麻、丝、纤维纺织品等材料因其有着火温度低、氧指数低而易燃。其一旦着火，极易造成火势的蔓延扩大，从而增加火灾的危险。因此，对这些易燃材料进行阻燃处理十分重要。目前已有多种方法可用于易燃材料的阻燃改性，其中利用阻燃涂料对易燃材料表面进行阻燃处理，或在材料表面构筑涂层是降低材料易燃性的有效途径。该方法具有操作简单，不改变基材的本征性能等而被广泛应用。然而，大多数阻燃涂料具有亲水结构，耐水性差且不耐油污，存在着与基材相容性不好，在高温、高湿条件下易从基材中迁移、析出等缺陷。并且经阻燃涂料表面处理后的材料在经过水浸或水洗后会出现阻燃剂流失、溶解及阻燃效果下降等问题，导致其使用受限。
[0003]超双疏表面是指水和油在其表面的静态接触角均大于150
°
，滚动角小于10
°
的表面，其可防水、防油及防多种有机溶剂润湿等，可广泛应用于纺织品、木材、金属、塑料、建筑工程、基础设施等多种材料的抗油污、防腐蚀处理。制备得到的超双疏表面通常具有粗糙结构和较低的表面自由能。如通过将氟硅烷和氰基丙烯酸正丁酯分散于二氯五氟丙烷溶剂，随后再通过浸涂或喷涂法将所得溶液涂覆于材料表面，即可构筑多重凹形粗糙结构而得到超双疏表面。如通过对纤维、织物等基材用异氰酸酯进行表面化学修饰，随后将其置于羟基封端聚丁烯或氟代长链(硫)醇等的低表面能物质溶液后，即可得到超双疏水表面，其使用溶剂为乙酸乙酯、乙烷或甲苯等溶剂。
[0004]例如，本专利技术的申请人在先授权专利“一种阻燃抗菌透明的超双疏涂料及其制备方法和应用”(CN110283529B)，公开了一种阻燃抗菌透明超双疏涂料及其制备方法和应用，该阻燃抗菌透明超双疏涂料是先制备含氮正离子类硅烷偶联剂改性的无机/有机纳米粒子，然后将其与阻燃剂颗粒和含氟硅烷偶联剂一起分散于溶剂中进行反应即可。采用喷涂法、刷涂或浸涂法将该涂料涂覆于金属材料基材、无机材料基材或有机高分子材料基材表面，获得的涂层不仅用量少，能有效的保证基材表面颜色、纹理、孔隙、透气率等特征不变，且还能获得优异、稳定的超双疏性能、阻燃性能和抗菌性能，同时制备简单，原料廉价易得，不使用任何有毒有机溶剂，制备条件温和，皆在常温常态下进行，环境友好，制备成本低，不仅可大规模生产，且有利于工业化应用推广。
[0005]但是，在实际应用上述专利技术或是同类超双疏涂料产品时，发现此类技术方案由于采用了低表面能物质作为主要配方组分，因此必须搭配使用有机溶剂进行配置，在制备此类超双疏涂料时会使用到大量有机溶剂，尤其是常规的可挥发有机溶剂。这不仅增加了超双疏阻燃涂料的制备成本，还会产生大量易挥发性的有机物(VOCs)等废气，对人们的健康安全和生态环境造成严重威胁。此外，有机物的易挥发性和低燃点性使其遇明火时易
引起燃烧甚至爆炸，该安全隐患给涂层溶液的储备、运输造成不变，极大地限制了涂料的实际应用。
[0006]随着环境保护法的制定和人们环境保护意识的加强，以水性漆为代表的水性涂料被业界誉为“第三次涂料革命”。水性涂料以水作为稀释剂或溶剂，可有效降低有机溶剂的使用，使挥发性有机化合物(VOCs)排放大幅下降，并可避免生产、施工过程中的火灾隐患和对人体的健康危害。
[0007]因此，针对在先专利技术及现有技术中超双疏涂料需要大比例有机溶剂进行配置，无法构成水性涂料等缺点，亟需设计制备一种以水为溶剂的超双疏阻燃涂料，这对于社会发展及日常生活具有重要的环境和经济意义。

技术实现思路

[0008]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提供了一种环境适应性水性超双疏阻燃涂料、制备方法及涂层，本专利技术提供的环境适应性水性超双疏阻燃涂料可以用于木质建筑保护、生活家居及特种防护服等多种基材，可解决当前阻燃涂料有效成分易流失、耐候性差的问题，满足对易燃材料阻燃防火、表面抗水拒油和绿色环保长效耐候的要求。
[0009]为实现上述目的，本专利技术是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。
[0010]在一方面，本专利技术提供了一种环境适应性水性超双疏阻燃涂料，按重量百分比计，包括：
[0011]微纳粒子0.1～5％、阻燃剂0.1～5％、双组份低表面能物质0.4～20％，余量为溶剂；
[0012]双组份低表面能物质包括A组分和B组分，A组分为含氟或含碳的表面活性剂，B组分为含氟低表面能物质；其中A组分至少占双组份低表面能物质质量的10％。
[0013]进一步的，所述微纳粒子为二氧化硅、氧化锌、二氧化钛、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化钴、氧化锆、硫化银、碳酸钙、银粒子、石墨烯、碳纳米管、聚脲、聚脲醛、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。
[0014]进一步的，所述阻燃剂为聚磷酸铵、乙醇胺改性聚磷酸铵、乙二胺改性聚磷酸铵、丙二胺改性聚磷酸铵、派嗪改性聚磷酸铵、聚磷酸铵衍生物、聚磷酸盐、磷酸铵盐、聚磷酸密胺盐、磷酸酯、次磷酸盐、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸盐、三氧化二锑、二硫代焦磷酸酯、二硫代磷酸新戊二酯、正硅酸四乙酯、碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子、五水偏硅酸钠、聚硅酸、聚二甲基硅氧烷、三聚磷酸铝、磷酸三甲苯酯、亚磷酸三苯酯、甲基膦酸二甲酯、锌酸亚锡中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。
[0015]在其中一个技术方案中，所述B组分为含氟硅烷偶联剂，且所述含氟硅烷偶联剂具有以下线性结构式所表示偶联剂中的至少一种：
[0016](CH3O)3Si(CH2)2(CF2)
n
CF3、
[0017](CH3CH2O)3Si(CH2)2(CF2)
n
CF3或
[0018]Cl3Si(CH2)2(CF2)
n
CF3，
[0019]其中n≥1。
HEXAFOR
TM 6244、科慕Capstone
TM ST
‑
100HS、科慕CapstoneTM ST
‑
110中任意一种。
[0032]经推测，当A组分选择上述含氟共聚物或含氟表面活性剂，之所以其与B 组分构成的双组份低表面能物质，能够保障其涂料产品与水以任意比例混合的效果基础上，其涂层能保持超双疏性的特性，这是因为一方面A组分选择中所具有的亲水结构部分可使得微纳粒子与阻燃剂均匀分散于水中，另一方面A组分低表面能物质的疏水结构部分可降低微纳粒子和阻燃剂的表面能，增强其疏水性能；同时推测A组分中部分结构能够和B组分相互协同，可起到与水以任意比例混合前提下，仍具有超双疏性的功能。
[0033]而在上述对比实验基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境适应性水性超双疏阻燃涂料，其特征在于，按重量百分比计，包括：微纳粒子0.1～5％、阻燃剂0.1～5％、双组份低表面能物质0.4～20％，余量为溶剂；双组份低表面能物质包括A组分和B组分，A组分为含氟或含碳的表面活性剂，B组分为含氟低表面能物质；其中A组分至少占双组份低表面能物质质量的10％。2.根据权利要求1所述环境适应性水性超双疏阻燃涂料，其特征在于：所述微纳粒子为二氧化硅、氧化锌、二氧化钛、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氢氧化镁、氢氧化钴、氧化锆、硫化银、碳酸钙、银粒子、石墨烯、碳纳米管、聚脲、聚脲醛、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。3.根据权利要求1所述环境适应性水性超双疏阻燃涂料，其特征在于：所述阻燃剂为聚磷酸铵、乙醇胺改性聚磷酸铵、乙二胺改性聚磷酸铵、丙二胺改性聚磷酸铵、派嗪改性聚磷酸铵、聚磷酸铵衍生物、聚磷酸盐、磷酸铵盐、聚磷酸密胺盐、磷酸酯、次磷酸盐、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、三聚氰胺磷酸酯、三聚氰胺聚磷酸盐、三氧化二锑、二硫代焦磷酸酯、二硫代磷酸新戊二酯、正硅酸四乙酯、碱金属离子、碱土金属离子、过渡金属离子、五水偏硅酸钠、聚硅酸、聚二甲基硅氧烷、三聚磷酸铝、磷酸三甲苯酯、亚磷酸三苯酯、甲基膦酸二甲酯、锌酸亚锡中的一种或两种及以上以任意比例构成的混合物。4.根据权利要求1所述环境适应性水性超双疏阻燃涂料，其特征在于：所述B组分为含氟硅烷偶联剂，且所述含氟硅烷偶联剂具有以下线性结构式所表示偶联剂中的至少一种：(CH3O)3Si(CH2)2(CF2)
n
CF3、(CH3CH2O)3Si(CH2)2(CF2)
n
CF3或Cl3Si(CH2)2(CF2)
n
CF3，其中n≥1。5.根据权利要求1或4所述环境适应性水性超双疏阻燃涂料，其特征在于：所述A组分为氟化丙烯酸类共聚物、氟化聚氨酯类共聚物、含氟非离子型表面活性剂、含氟阴离子型表面活性剂、含氟阳离子型表面活性剂、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵其中任意一种或多种混合，或其中任意一种与含碳表面活性剂混合构成的混合物；所述含碳表面活性剂为丙烯酸酯类乳液、苯丙类乳液、硅丙类乳液、聚醋酸乙烯酯类乳液、聚醋酸乙烯丙烯酸酯类乳液、聚氨酯类分散液、乙烯丙烯酸酯类乳液、聚山梨醇其中任意一种；所述氟化丙烯酸类共聚物为杜邦321、马富龙HEXAFOR
TM 6244中任意一种；所述含氟非离子型表面活性剂为杜邦FSH、杜邦FSO、杜邦FSN、科慕Capstone
TM FS
‑
35、马富龙635、马富龙HEXAFOR
TM T
‑
63、Capstone
TM FS
‑
3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉忠，王芳，宋飞，孙仁义，李春波，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：