一种膨胀型阻燃绝热防火涂料及制备方法与流程

1.本发明属于阻燃膨胀绝热材料技术领域，尤其涉及一种以二丁烯橡胶为粘合剂的膨胀型阻燃绝热防火涂料及制备方法。


背景技术：

2.防火涂料广泛应用于建筑、交通工具、电器、军工、化工、纺织、古建及文物保护等诸多方面。当发生火灾的时候能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延。
3.目前市场防火涂料分为膨胀型防火涂料，非膨胀型防火涂料。
4.一，非膨胀型防火涂料是在主要成膜物质(漆基)，一般以人工合成的不燃烧或难燃烧有机高分子树脂为主体，(例如丙烯酸树脂等)中加入颜料、填料、防火填料、增塑剂、其他助剂、水或溶剂而组成的防火体系。用于可燃性底材表面，能降低被涂底材表面的可燃性，阻止火焰燃烧到底材或对底材起到阻止蔓延、扩展作用，只能有限的提高被涂底材防火性能。
5.二，膨胀型防火涂科是在非膨胀型防火涂料配料的基础上再加入发泡膨胀剂组成防火体系。正常的情况下，遇火时膨胀型防火涂料先阻止火的蔓延，然后涂料膨胀并形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状的碳质泡沫层，使火焰和物体隔绝开来，进一步的阻止或延缓火燃烧，降低物料表面的温度，以达到防火的目的，但是由于受到涂料膨胀速度和倍率的影响，热传导效应会很快的体现在所保护的材料上，防护时间有限，短时间得不到救援的话，所防护的材料也能燃烧或由于高温失去结构功效，引起二次伤害，给救援带来难度。
6.同时，市场上的防火涂料还存在的使用年限较短，耐候性不足，容易脱落等缺点。


技术实现要素：

7.为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种以端羟基聚二丁烯为载体的膨胀型阻燃绝热防火涂料及制备方法，该防火涂料具有阻燃绝热性好，粘结力强，耐候性好，耐水性好，耐酸碱盐腐蚀性好，柔韧性优良、绝缘性好，储存方便，易于施工的特点。
8.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
9.一种膨胀型阻燃绝热防火涂料，由a组分、b组和助剂混合形成，
10.a组分按重量比包括以下原料：
[0011][0012]
b组分按重量比包括以下原料：
[0013]
固化剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1～10份
[0014]
增塑剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2～10份
[0015]
扩链剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1～5份
[0016]
助剂：
[0017]
稀释剂
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
1～5份；
[0018]
所述的粘合剂为端羟基聚丁二烯、端羧基聚二丁烯中的一种或两种；
[0019]
所述的催化剂为辛酸亚锡、辛酸锡、乙酰丙酮铁、三苯基铋、二月桂酸二丁基锡中的一种或两种以上；
[0020]
所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、甲基硅油、硬脂酸中的一种或两种以上；
[0021]
所述的无机阻燃剂为氢氧化铝、膨胀石墨、氢氧化镁、氧化铝、三氧化二镑、胶体五氧化二镑、硼酸锌、氧化锌、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或两种以上；
[0022]
所述的有机阻燃剂为三苯基磷酸酯、磷酸三甲苯酯、二苯基磷酸酯、间苯二酚双磷酸酯、磷酸二苯基异癸酯、氯化石蜡油，中的一种或两种以上；
[0023]
所述的高温粘结剂为聚磷酸二氢铝、硅酸钠、硅溶胶中的一种或两种以上；
[0024]
所述的固化剂为甲苯二异氰酸酯、六次甲基二异氰酸酯、4.4’一二苯基甲烷二异氰酸酯、多甲撑多苯基多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上；
[0025]
所述的增塑剂为己二酸二辛脂、癸二酸二辛酯、壬酸异癸酯中的一种或两种以上。
[0026]
所述的扩链剂为丁二醇、乙二醇、苯二胺、丙二醇中的一种或两种以上。
[0027]
所述的发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠中的一种或两种以上。
[0028]
所述的助燃剂为二氧化锰、纳米三氧化二铁、二茂铁中的一种或两种以上。
[0029]
所述的除水剂为生石灰、碱石灰、五氧化二磷中的一种或两种以上。
[0030]
所述的烟雾吸收剂为沸石、硅藻土中的一种或两种。
[0031]
所述的防老剂为对苯二胺、n
‑
苯基
‑
n'
‑
异丙基
‑
对苯二胺、n
‑
苯基
‑
n`
‑
环己基对苯二胺中的一种或两种以上。
[0032]
所述的紫外线吸收剂为紫外线吸收剂uv
‑
p、紫外线吸收剂uv
‑
0、紫外线吸收剂uv
‑
531、紫外线吸收剂uvp
‑
327中的一种或两种以上。
[0033]
所述的稀释剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、三氯化碳、四氯化碳中的一种或两种以上。
[0034]
将所述的膨胀型阻燃绝热防火涂料涂覆在玻璃纤维布、玄武岩纤维防火布、腈纶棉纤维防火布、nomex防火布、sm防火布、蓝色玻纤防火布、铝箔防火布、陶瓷防火布、高硅氧防火布或硅钛防火布上制成膨胀型阻燃绝热防火材料。
[0035]
一种膨胀型阻燃绝热防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0036]
1)将发泡剂、无机阻燃剂、高温粘结剂、除水剂、烟雾吸收剂、防老剂、紫外线吸收剂按上述配比投入高速搅拌机混合搅拌，搅拌时间控制在10～20分钟，转速控制在500～1400转；
[0037]
2)把粘合剂、催化剂、偶联剂、有机阻燃剂投入水浴反应釜，搅拌速度每分钟30～500转，温度20～80摄氏度，搅拌时间10～60分钟，制成预聚体；
[0038]
3)把步骤1)搅拌混合后的粉体投入步骤2)的水浴反应釜中，混合搅拌，搅拌速度每分钟30～500转，温度20～80摄氏度，搅拌时间10～60分钟，形成a组分；
[0039]
4)把固化剂、扩链剂、增塑剂投入水浴反应釜中，搅拌速度每分钟30～500转，温度20～80摄氏度，搅拌时间10～60分钟，形成b组分；
[0040]
5)使用时将a组分与b组分混合，并添加助剂搅拌即可。
[0041]
本发明原料的选择基于以下方面考虑：
[0042]
1、粘结剂选择丁二烯橡胶(端羟基聚丁二烯(htpb)、端羧基聚二丁烯(ctpb)中的一种或两种)做为粘合剂，对材料的性能影响很大，它与其他组分配伍，即保证了涂层在各种条件下具有的稳定使用性能，又能促进在火焰灼烧或高温条件下其他组分配合得到优异的膨胀发泡效果。
[0043]
丁二烯橡胶是一种液体橡胶，它与扩链剂、固化剂在室温或高温下反应可以生成三维网络结构的固化物。它对大部分材料如木材、金属、玻璃、塑料、皮革、陶瓷、纤维等都有良好的粘结能力，该固化物具有优异的力学性能，特别具有耐水解、耐酸碱、耐磨、耐低温和优异电绝缘性。用它做涂料的粘结剂具有优良的粘结力，防腐蚀性和机械强度。当丁二烯橡胶遇火后表面燃烧释放热量，促使膨胀发泡材料吸热膨胀发泡形成绝热隔离层，迅速阻断温度传导，降低材料表面的温度，不会形成二次燃烧，从而起到绝热防火的作用。特别是适用于所保护的材料对温度比较敏感，起火后需要在最短的时间阻断热量传导的行业，比如炼油厂，石化厂，信息公司等。
[0044]
本发明在选择丁二烯橡胶粘结剂时，也是考虑到它能满足粘度低，热值高，粘结力强，耐腐蚀性强，抗水性强，耐候性好，耐低温和优异电绝缘性等要求。
[0045]
2、催化剂能提高粘合剂的化学反应速率，缩短固化时间，有利于后续的施工。
[0046]
对加快粘合剂固化反应的催化剂选择基于以下考虑：一是催化剂的活性，二是催
化剂反应的温度和速度，要促进粘合剂的反应按预期的方向和速度进行，固化后形成的涂层各项性能良好，涂层均匀稳定。因此选择辛酸亚锡、辛酸锡乙酰丙酮铁三苯基铋二月桂酸二丁基锡中的一种或两种以上。
[0047]
3、本发明使用的无机材料须使用偶联剂对其进行表面处理，才能增强无机材料与粘合剂之间粘合强度，提高涂层材料的性能。
[0048]
对偶联剂选择基于以下考虑：分散性，包裹性，以及和界面结合性。偶联剂要在在本发明内部分散均匀，完全包裹无机材料，并且和粘合剂界面结合性良好，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善界面状态，利于膨胀型绝热防火涂料的阻燃，绝热性能的发挥。
[0049]
4、发泡剂是本发明的重要材料，它对膨胀型绝热防火涂料的性能有很大的影响。选择发泡剂的时候，必须要考虑到粘合剂、阻燃剂以及其他材料和发泡剂成分的相互配合。同时也要兼顾发泡剂的分散性，发泡温度，发泡时间，以及泡孔的强度等因素，这样才能在遇火时，在达到设定的温度时，短时间迅速，均匀的膨胀形成细小密实泡孔，隔绝热量的传导，降低所保护物表面的温度，不能形成二次燃烧，达到绝热防火的作用。基于以上考虑本发明的发泡剂选择碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠中的一种或多种。
[0050]
5、阻燃剂是本发明极其重要的材料，阻燃剂分为有机阻燃剂和无机阻燃剂，它对膨胀型绝热防火涂料功能的实现有着极其重要的影响。
[0051]
无机阻燃剂在高温条件下，发生了强烈的吸热反应，吸收燃烧放出的部分热量，降低可燃物表面的温度，有效地抑制可燃性气体的生成，阻止燃烧的蔓延。无机阻燃剂的阻燃机理就是通过提高聚合物的热容，使其在达到热分解温度前吸收更多的热量，从而提高其阻燃性能。这类阻燃剂充分发挥其结合水蒸汽时大量吸热的特性，提高其自身的阻燃能力。
[0052]
有机阻燃剂在高温下能形成玻璃状或稳定的泡沫覆盖层，隔绝氧气，具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作用，从而达到阻燃目的。如：有机磷类阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程。
[0053]
本发明的阻燃剂选用无机阻燃剂和有机阻燃剂配伍使用，这样才能更好发挥其他组分的优异性能。
[0054]
因此无机阻燃剂选择氢氧化铝、膨胀石墨、氢氧化镁、氧化铝、三氧化二镑、胶体五氧化二镑、硼酸锌、氧化锌、三聚氰胺聚磷酸盐中的一种或两种以上
[0055]
有机阻燃剂选择三苯基磷酸酯、磷酸三甲苯酯、二苯基磷酸酯、间苯二酚双磷酸酯、磷酸二苯基异癸酯、氯化石蜡油中的一种或两种以上。
[0056]
6、高温粘结剂也是本发明重要组成部分，它和其他组分充分配合，发挥本发明阻燃绝热的作用。
[0057]
选择高温粘结剂时要考虑其化学结合力强，耐高温、抗震动、抗剥落、耐高温气流冲刷，并具有良好的红外线吸收能力和绝缘性。当本发明遇火发泡膨胀后，保持阻燃膨胀绝热层的稳定，不随着火焰飘离有着至关重要的作用。因此，高温粘结剂选择聚磷酸二氢铝、硅酸钠、硅溶胶中的一种或两种以上。
[0058]
7、助燃剂能帮助粘合剂丁二烯橡胶在遇火或高温时，提高表面燃烧速度，缩短燃烧时间，提高释放热值，促使其他助剂快速膨胀，形成稳定隔温绝热层，阻止热能的传导，降低所保护物表面的温度，不能形成二次燃烧，达到绝热防火的作用。
[0059]
选择助燃剂时，要考虑到缩短粘合剂的燃烧时间，提高释放的热值。因此助燃剂选择二氧化锰、纳米三氧化二铁、二茂铁中的一种或两种以上。
[0060]
8、除水剂能降低配方组分含水量，因为配方体系中的各个组分都或多或少的含有水分，而且配方中水分能降低粘合剂的聚合度，延长固化时间，对后续的施工会带来不便。
[0061]
9、烟雾吸收剂能吸附粘合剂燃烧时产生的烟雾等不良气体，其选择要考虑到有益于在配方体系中分散均匀，吸附力强，降低使用环境的烟雾，提高使用环境的空气质量，方便后续的救援。
[0062]
10、防老剂是指能延缓高分子化合老化的物质。能抑制氧化作用，抑制热或光的作用，从而延长制品的使用寿命。基于此，防老剂选择对苯二胺(防老剂d)、n
‑
苯基
‑
n'
‑
异丙基
‑
对苯二胺(防老剂4010na)、n
‑
苯基
‑
n`
‑
环己基对苯二胺(防老剂4010)中的一种或两种以上。
[0063]
11、紫外线吸收剂是一种光稳定剂，能吸收阳光中的紫外线部分，而本身又不发生变化。延长本发明在户外条件下的使用时间。可选择紫外线吸收剂uv
‑
p(2
‑
(2ˊ
‑
羟基
‑
5ˊ
‑
甲基苯基)苯并三氮唑)、紫外线吸收剂uv
‑
o(2，4
‑
二羟基二苯甲酮)、紫外线吸收剂uv
‑
531(2
‑
羟基
‑4‑
正辛氧基二苯甲酮)、紫外线吸收剂uvp
‑
327(2
‑
(2
’‑
羟基
‑3’
，5
’‑
二叔苯基)
‑5‑
氯化苯并三唑)中的一种或两种以上。
[0064]
12、固化剂是本配方的重要组成部分，对本发明影响很大，它会影响到本发明的粘结体系的固化温度，固化速度和固化后材料粘结强度。其和粘合剂发生交联固化反应，可将其制成有三维网络结构的弹性体。
[0065]
在选择固化剂的时候要考虑到其的反应活性和对反应条件的要求，以及和其他组分的配合度，这样才能达到配方设计的要求，并且形成稳定可靠的涂层。因此，固化剂选择甲苯二异氰酸酯(tdi)、六次甲基二异氰酸酯(hmdi)、4.4’一二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、多甲撑多苯基多异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或两种以上。
[0066]
13、增塑剂可以使得橡胶分子间的作用力降低，从而降低橡胶的玻璃化温度，提高橡胶可塑性、流动性，便于物料的分散以及后续的施工，同时还能改善硫化胶的某些物理机械性能，如降低硬度和定伸应力、赋予较高的弹性和较低的生热、提高耐寒性等。
[0067]
在增塑剂的选择时要考虑到以下因素，例如增塑效果好，用量少，吸收速度快，与橡胶的相容性好，挥发性小，不迁移，耐寒性好，耐水、油和耐溶剂，耐热、耐光性好，电绝缘性好，耐燃性好，耐菌，无色、无毒，价廉物美等。
[0068]
14、扩链剂也是本发明的重要组成部分，它的一些含活泼氢的化合物与异氰酸酯端基预聚物反应，致使分子链扩散延长，生成分子量更大的线性分子，加快涂料成型，提高固化速度，方便施工。
[0069]
在选择扩链剂的时候要考虑以下因素，比如，生产和使用温度，和橡胶的相容性，吸收和反应的速度，挥发性等。
[0070]
15、稀释剂是用来调节粘合剂固化反应速度，降低物料粘度的助剂，以利于生产和施工。
[0071]
选择稀释剂要考虑下列因素，例如其是否与粘合剂发生反应，是否影响粘合剂固化反应，稀释剂的沸点和挥发速率，稀释效果和使用成本，是否对人体和环境有危害等。
[0072]
本发明能够广泛用于户内外的各种材料防护，特别适用于防火性能要求高的场合，比如电力，信息，石化行业等。膨胀型阻燃绝热防火涂料使被保护基材在250
‑
290摄氏度以内延迟物体着火或減小燃烧的速度。当膨胀型阻燃绝热防火涂料表面温度超过290度以后能快速的释放热量，膨胀形成碳质絮状隔离层，隔绝热效应的传导。同时形成稳定絮状结构，防止絮状隔离层飘散，持续稳定的隔绝热能的传递，获得较小燃烧的速度。
具体实施方式
[0073]
下面对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
[0074]
实施例1
[0075]
[0076][0077]
其中，稀释剂按重量百分比占a组分和b组分总量的1％～5％，可根据施工现场的对涂料粘度要求调整加入量。
[0078]
膨胀型阻燃绝热防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0079]
1)将发泡剂、无机阻燃剂、高温粘结剂、除水剂、烟雾吸收剂、防老剂、紫外线吸收剂按上述配比投入高速搅拌机混合搅拌，搅拌时间控制在10～20分钟，转速控制在500～1400转；
[0080]
2)把粘合剂、催化剂、偶联剂、有机阻燃剂投入水浴反应釜，搅拌速度每分钟30～500转，温度20～80摄氏度，搅拌时间10～60分钟，制成预聚体；
[0081]
3)把步骤1)搅拌混合后的粉体投入步骤2)的水浴反应釜中，继续混合搅拌，搅拌
速度每分钟30～500转，温度20～80摄氏度，搅拌时间10～60分钟，制成a组分；
[0082]
4)把固化剂、扩链剂、增塑剂投入水浴反应釜中，搅拌速度每分钟30～500转，温度20～80摄氏度，搅拌时间10～60分钟，制成b组分；
[0083]
5)使用时将a组分与b组分均匀混合，并添加助剂(稀释剂)搅拌即可。
[0084]
膨胀型阻燃绝热防火涂料的使用方法，先将a组分和b组分均匀混合搅拌，用稀释剂调节适当的粘度，采用喷涂或刷涂都可。初步凝固时间为6～24小时，完全固化需要3～5天。在涂装物体表面根据耐火时间和隔绝温度的需要涂刷厚度为2～5毫米。
[0085]
此外，将膨胀型阻燃绝热防火涂料涂覆在玻璃纤维布、玄武岩纤维防火布、腈纶棉纤维防火布、nomex防火布、sm防火布、蓝色玻纤防火布、铝箔防火布、陶瓷防火布、高硅氧防火布或硅钛防火布上制成膨胀型阻燃绝热防火材料。
[0086]
使用和对照例
[0087]
先按照上述方法将膨胀型阻燃绝热防火涂料a、b组分混合后，涂刷在3块长500毫米宽500毫米厚1毫米的钢板表面，涂刷厚度分别是3毫米，4毫米，5毫米，固化3天。普通膨胀防火涂料也按上述要求涂刷3块钢板，固化3天。
[0088]
固化完成后，用甲烷喷灯距离钢板前15厘米，灼烧涂刷后的钢板表面，60分钟后用电子测温，枪测试钢板中心前表面温度850摄氏度，膨胀型阻燃绝热防火涂料背面中心表面温度分别为270摄氏度，190摄氏度，95摄氏度。即使用膨胀型阻燃绝热防火涂料可以降低温度580摄氏度，660摄氏度，755摄氏度。普通膨胀防火涂料背面中心表面温度分别是650度550度500度。
[0089]
先按照上述方法将膨胀型阻燃绝热防火涂料a、b组分混合后，涂刷在3块钢板表面，涂刷厚度分别是3毫米，4毫米，5毫米，4天完全固化后，用甲烷喷灯距离钢板15厘米，灼烧涂刷后的钢板表面，膨胀型阻燃绝热防火涂料快速膨胀。60分钟后测得钢板前表面温度850摄氏度，背面温度分别为270摄氏度，190摄氏度，95摄氏度。即使用膨胀型阻燃绝热防火涂料可以降低温度580摄氏度，660摄氏度，755摄氏度。实验表明膨胀型阻燃绝热防火涂料显示出良好的阻燃绝热性能。
[0090]
实验表明膨胀型阻燃绝热防火涂料显示出良好的阻燃绝热性能。如下表：
[0091][0092][0093]
利用本发明方法制备的膨胀型阻燃绝热防火涂料具有耐候性好，易于施工等优点，其和普通型膨胀防火涂料理化性能对比如下：
[0094]
项目普通膨胀性防火涂料膨胀型阻燃绝热防火涂料粘结强度(mpa)0.260.74耐冻融循环性(次)15次涂层无变化40涂层无变化20％hcl浸泡24小时表面粉化脱落涂层无变化20％ca(oh)浸泡24小时表面粉化脱落涂层无变化
抗振性扰曲l200次，涂层无变化扰曲l600次，涂层无变化抗弯性扰曲l100次，涂层无变化扰曲l300次，涂层无变化。