專利名稱：一種雙組份水性無機非膨脹型防火涂料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防火涂料，以及制備這種防火涂料的方法。
背景技術(shù)：
有機膨脹型防火涂料以其優(yōu)異的理化性能和防火性能而被廣泛使用，尤其是在金屬表面制備超薄涂層或保護(hù)涂層的應(yīng)用上，多以有機溶劑型為主。但該種涂料在生產(chǎn)和使用過程中污染大，高VOC排放，高成本，遇火膨脹時產(chǎn)生有毒的氣體和濃煙。隨著能源與環(huán)境問題日益突出，防火涂料正朝著與環(huán)境友好的水性、非膨脹、無機化的方向發(fā)展。無機非膨脹防火涂料由于具有環(huán)保、低成本、不燃、無煙等優(yōu)點而成為防火涂料的發(fā)展趨勢。水性硅溶膠作為常用的無機防火涂料成膜物質(zhì)具有耐高溫、防火、價格便宜等優(yōu)點，但存在剛性強、光澤差、干燥快、易龜裂、流平性差等缺陷，應(yīng)用受到限制，可行的辦法就是對水性硅溶膠進(jìn)行改性，包括物理改性和化學(xué)改性。專利號ZL200610047606. 6的中國專利發(fā)明了一種用水溶性雙氟樹脂對堿性硅溶膠進(jìn)行物理混拼改性，并以此為成膜物質(zhì)制備出適合金屬表面涂裝的無機非膨脹防火涂料。該涂料環(huán)保、理化性能優(yōu)異，遇明火涂層不燃燒、不膨脹，但開裂、脫落和少量煙放出。目前，研究、開發(fā)及應(yīng)用較多的是以有機硅化學(xué)改性硅溶膠來作為耐高溫、防火涂料的成膜物質(zhì)。申請?zhí)枮镃N200510024777. 2的中國專利中提到一種硅溶膠一有機硅聚合物，但是使用其所述的硅溶膠一有機硅聚合物為成膜物質(zhì)制備的耐高溫涂料需要添加一定比例的高沸點溶劑，即有機溶劑。這樣的有機溶劑型涂料并不是我們所追求的環(huán)保型涂料。 而申請?zhí)枮镃N200810010114. 9的專利以堿性硅溶膠為原料，調(diào)節(jié)成酸性后，用甲基三甲氧基硅烷對其改性，所得的硅烷改性硅溶膠為水性的，以此為成膜物質(zhì)制備的無機防火涂料具有好的理化性能、耐火溫度達(dá)1000°C。但在發(fā)明者(崔學(xué)軍，環(huán)保型有機-無機功能涂料的研究，大連交通大學(xué)博士論文，2009年。)相關(guān)的研究中發(fā)現(xiàn)，這種涂料穩(wěn)定時間短，保質(zhì)期僅7天左右，即使加入乙醇、異丙醇等小分子醇作為穩(wěn)定劑，其穩(wěn)定期也很難超過1個月， 很大程度影響了其實用性。上述以水性硅溶膠為原料，用有機硅烷進(jìn)行化學(xué)改性，并以此為成膜物質(zhì)制備的防火、耐高溫單組份涂料通常穩(wěn)定期比較短或需要低溫保存。這是因為有機硅烷改性的硅溶膠活性很高，很容易在常溫下自身交聯(lián)而固化。因此現(xiàn)在需要一種能夠解決上述問題的新型水性無機非膨脹型防火涂料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提出提供一種具有環(huán)保、耐高溫、 遇火不燃、不膨脹、無煙霧放出、耐酸堿、常溫保質(zhì)期長、可常溫固化等特性，適用于鋁合金和不銹鋼等耐酸金屬基材的雙組份水性無機非膨脹型防火涂料以及這種防火涂料的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種雙組份水性無機非膨脹型防火涂料，其特征在于所述的防火涂料由A和B兩種組份構(gòu)成，且A與B的質(zhì)量百分比為100:34-46 ； A由以下組份按照質(zhì)量百分比組成 硅溶膠 42-50% 顏填料 四-33% 去離子水 18-23% 分散劑 0. 07-0. 08% 防沉劑 0. 18-0. 20% 防腐劑 0. 1-0. 3% AMP95 0. 1-0. 15% 消泡劑 0. 05-0. 07% 防凍劑 1. 6-1. 8% B由以下組分按照質(zhì)量百分比組成 無水乙酸 1.2-1.8% 有機硅烷單體98. 2-98. 8%。一種制備如上所述的雙組份水性無機非膨脹型防火涂料的方法
首先將去離子水、防凍劑和防沉劑在200r/min的條件下攪拌8-12min，然后加入顏填料、防腐劑、一半量的分散劑、一半量的消泡劑和一半量的AMP95，在1800-2000r/min的條件下進(jìn)行高速分散，攪拌30-40min后，將攪拌轉(zhuǎn)速降至450-550r/min，并加入硅溶膠、余量的分散劑、余量的消泡劑和余量的AMP95，繼續(xù)攪拌50-70min，最終獲得pH為9. 3-9. 6的A 組份；
取無水乙酸和有機硅烷單體混合，攪拌均勻，獲得B組份。將A組份與B組份按照100 36-46的質(zhì)量比在300-500r/min的條件下攪拌 40-60min,然后常溫熟化6- 小時，獲得防火涂料成品。所述的分散劑為聚羧酸鹽型分散劑5040， 所述的防腐劑為Alex F-252，
所述的消泡劑為i^oamaster 111和R)amaster 223按照1:1的質(zhì)量比混合而成。所述的防凍劑為乙二醇。所述的硅溶膠為SW2固含量為30 wt%的堿性硅溶膠。所述的顏填料為鈦白粉和高嶺土按照質(zhì)量比為3. 5-4. 5:1的比例加入，或鈦白粉、高嶺土和云母粉的組合按照質(zhì)量比4. 5-5:1. 3-1. 5:1的比例加入，
所述的防沉劑為HBR250型羥乙基纖維素。所述的的有機硅單體為甲基三甲氧基硅烷。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點
本發(fā)明所述的防火涂料，在不使用有機溶劑的情況下提高了涂料的保質(zhì)期；其中的無水乙酸的使用是為了將堿性的A組份，調(diào)節(jié)成酸性，這樣有利于甲基三甲氧基硅烷的水解； 而用甲基三甲氧基硅烷的原因有兩個，一是常溫下易水解，生成的硅醇基與硅溶膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，提高涂料的成膜性能，二是與硅相連的甲基分子小，硅含量高，遇火分解發(fā)出的煙很少，很大程度提高了防火性能。A、B攪拌混合、熟化的目的是為了使甲基三甲氧基硅烷水解反應(yīng)進(jìn)行的更加完全，進(jìn)而有利于獲得性能更好的涂層性能。因此可以說利用這種方法制備而成的防火涂料具有環(huán)保、耐高溫、遇火不燃、不膨脹、無煙霧放出、耐酸堿、常溫保質(zhì)期長、可常溫固化等多種優(yōu)點和特性，特別適合于應(yīng)用在適用于鋁合金和不銹鋼等耐酸金
屬基材上。
具體實施例方式下面是本發(fā)明的具體實施方式
。一種雙組份水性無機非膨脹型防火涂料，它由由A和B兩種組份構(gòu)成，且A與B的質(zhì)量百分比為100:36-46 ；
其中的A組份由以下原料按照以下質(zhì)量百分比構(gòu)成 硅溶膠42-50%，這里的硅溶膠為SW2固含量為30 wt%的堿性硅溶膠； 顏填料四-33%，這里的顏填料為鈦白粉和高嶺土按照質(zhì)量比為3. 5-4. 5:1的比例加入，或鈦白粉、高嶺土和云母粉的組合按照質(zhì)量比4. 5-5:1. 3-1. 5:1的比例加入， 去離子水18-23% ；
分散劑0. 07-0. 08%，這里的分散劑為聚羧酸鹽型分散劑5040 ； 防沉劑0. 18-0. 20%，這里的防沉劑為HBR250型羥乙基纖維素； 防腐劑0. 1-0. 3%，這里的防腐劑為Alex F-252 ； AMP95 0.1-0.15% ；
消泡劑0. 05-0. 07%，這里的消泡劑為Foamaster 111和Foamaster 223按照1:1的質(zhì)量比混合而成。防凍劑1. 6-1. 8%，這里的防凍劑為乙二醇。其中的B組份由以下原料按照以下質(zhì)量百分比組成 無水乙酸1. 2-1. 8% ；
有機硅烷單體98. 2-98. 8%，這里的有機硅單體為甲基三甲氧基硅烷。具體實施例 首先制備
一種制備如上所述的雙組份水性無機非膨脹型防火涂料的方法首先將如前所述的足量的去離子水、防凍劑和防沉劑在200r/min的條件下攪拌8-12min，然后向其中加入顏填料、防腐劑，和一半量的分散劑、一半量的消泡劑、一半量的AMP95，在1800-2000r/min 的條件下進(jìn)行高速分散；上述原料攪拌30-40min后，將攪拌的轉(zhuǎn)速降至450-550r/min， 并向上述原料中加入硅溶膠和剩余的分散劑、剩余的消泡劑和剩余的AMP95，并繼續(xù)攪拌 50-70min,最終獲得pH為9. 3-9. 6的A組份；
取無水乙酸和有機硅烷單體混合，攪拌均勻，獲得B組份。將配置好的上述A組份與B組份按照100 36-46的質(zhì)量比在300-500r/min的條件下攪拌，攪拌時間40-60min，然后常溫熟化6- 小時，最終獲得防火涂料成品。這個防火涂料成品制備好后，需要在M小時內(nèi)使用。為了測試這種防火涂料的理化性能，采用空氣噴涂方法，將成品涂料涂裝在經(jīng)噴砂處理的100X50X1 mm鋁合金板上，然后在室溫固化對小時，或60°C環(huán)境下固化4小時。 防火性能測試樣品是用同樣的涂裝工藝噴涂在39X39X3 mm的不銹鋼板上。性能測試最后對這些樣品涂層進(jìn)行測試，具體的結(jié)果見表2。
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實例1、2、3所用的原料及配比如表1所示
權(quán)利要求
1.一種雙組份水性無機非膨脹型防火涂料，其特征在于所述的防火涂料由A和B兩種組份構(gòu)成，且A與B的質(zhì)量百分比為100:36-46 ；A由以下組份按照質(zhì)量百分比組成硅溶膠 42-50%顏填料 四-33%去離子水18-23%分散劑 0. 07-0. 08%防沉劑 0. 18-0. 20%防腐劑0. 1-0. 3%AMP95 0. 1-0. 15%消泡劑 0. 05-0. 07%防凍劑 1. 6-1. 8%B由以下組分按照質(zhì)量百分比組成無水乙酸1.2-1.8%有機硅烷單體98. 2-98. 8%。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的雙組份水性無機非膨脹型防火涂料的方法，其特征在于首先將去離子水、防凍劑和防沉劑在200r/min的條件下攪拌8-12min，然后加入顏填料、防腐劑、一半量的分散劑、一半量的消泡劑和一半量的AMP95，在1800-2000r/min的條件下進(jìn)行高速分散，攪拌30-40min后，將攪拌轉(zhuǎn)速降至450-550r/min，并加入硅溶膠、余量的分散劑、余量的消泡劑和余量的AMP95，繼續(xù)攪拌50-70min，最終獲得pH為9. 3-9. 6的A 組份；取無水乙酸和有機硅烷單體混合，攪拌均勻，獲得B組份；將A組份與B組份按照100: 36-46的質(zhì)量比在300_500r/min的條件下攪拌40_60min， 然后常溫熟化6-M小時，獲得防火涂料成品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙組份水性無機非膨脹型防火涂料，其特征在于所述的分散劑為聚羧酸鹽型分散劑5040，所述的防腐劑為Alex F-252，所述的消泡劑為i^oamaster 111和R)amaster 223按照1:1的質(zhì)量比混合而成， 所述的防凍劑為乙二醇，所述的硅溶膠為SW2固含量為30 wt%的堿性硅溶膠，所述的顏填料為鈦白粉和高嶺土按照質(zhì)量比為3. 5-4.5:1的比例加入，或鈦白粉、高嶺土和云母粉的組合按照質(zhì)量比4. 5-5:1. 3-1. 5:1的比例加入， 所述的防沉劑為HBR250型羥乙基纖維素， 所述的的有機硅單體為甲基三甲氧基硅烷。
全文摘要
本發(fā)明公開一種雙組份水性無機非膨脹型防火涂料及制備方法，它由A、B兩種組份組成。所述A組份由如下質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的原料組成硅溶膠42-50%，顏填料29-33%，去離子水18-23%，分散劑0.07-0.08%，防沉劑0.18-0.20%，防腐劑 0.1-0.3%，AMP950.1-0.15%，消泡劑0.05-0.07%，防凍劑1.6-1.8%；所述B組份質(zhì)量百分組成為無水乙酸1.2-1.8%，甲基三甲氧基硅烷98.2-98.8%。使用時將A、B組份按一定比例攪拌混合、熟化，然后空氣噴涂在已噴砂處理過的鋁合金、不銹鋼等耐酸基材上。本發(fā)明涂料具有環(huán)保、耐高溫、遇火不燃、不膨脹、無煙霧放出、耐酸堿、常溫保質(zhì)期長、可常溫固化等優(yōu)點。
文檔編號C09D1/00GK102268221SQ201110256709
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者任瑞銘, 劉超, 孫義海, 李國軍 申請人:大連交通大學(xué), 大連耐安特新材料科技有限公司