專利名稱：一種丙烯酸防火涂料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及防火阻燃涂料技術領域，特別是指一種高性能塑膠飾面型丙烯酸防火涂料及其制備方法。
背景技術：
目前市場上的電器、汽車暖風機殼等的塑膠機殼火災危害性大，往往造成人員、物資的重大損失。為減少此類火災的破壞，世界各國進行了多方面的研究和探索，無論從性能、成本，還是加工方便性考慮，防火涂料是塑膠機殼防火保護的最佳選擇。塑膠機殼用防火涂料是一種涂覆在塑膠機殼表層上，形成防火保護涂層的特種涂料，火災發(fā)生時，防火涂層能有效阻隔并降低溫度向家用電器、汽車等的核心部件的傳導速度，延緩溫升和強度變?nèi)?，為人員疏散、財產(chǎn)轉移贏得時間。 自1843年首先發(fā)現(xiàn)丙烯酸單體以來，人們一直對這類具有活性的有機化合物不斷地從結構與性能上進行探索，至20世紀三十年代開始丙烯酸樹脂與涂料的工業(yè)化生產(chǎn)。此后，丙烯酸酯及其改性聚合物的研究與應用發(fā)展極其迅速，現(xiàn)在已成為高分子乃至涂料中的重要一員。丙烯酸樹脂由于C 一 C主鏈特殊的光、熱、化學穩(wěn)定性與倒鏈上基團的變化，以致由丙烯酸作為主要成膜基料的丙烯酸涂料在耐候性、耐污染性、耐酸、耐堿、機械性能、耐油及溶劑等方面均具有獨特的優(yōu)勢，在使用的工業(yè)與民用建筑領域內(nèi)得到廣泛的青睞。我國的丙烯酸涂料科學研究始于20世紀六十年代，八十年代開始工業(yè)化過程，至今在溶劑型與水性體系都取得了驚人的成就，丙烯酸涂料已覆蓋日常生活的各個領域。目前國內(nèi)外丙烯酸涂料正從傳統(tǒng)的溶劑型向水性與光固化方向發(fā)展，產(chǎn)品的性能隨著乙烯基單體與助劑的多樣化及合成工藝的進一步完善而逐步得到提高與此同時伴隨著國內(nèi)經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，丙烯酸涂料的需求將會大幅度增加。強化丙烯酸樹脂與涂料的研究，保持與丙烯酸涂料需求的同步，對我國丙烯酸涂料的穩(wěn)定發(fā)展十分必要。近年來，國內(nèi)外丙烯酸樹脂涂料的發(fā)展很快，目前已占涂料的1/3以上，因此，丙烯酸樹脂在涂料成膜樹脂中居于重要地位。防火涂料又稱阻燃涂料，將這類涂料涂刷在建筑物的某些易燃材料表面，能提高易燃材料的耐火能力，或減緩火焰蔓延傳播的速度，在一定時間內(nèi)能阻止燃燒，控制火勢的發(fā)展，為人們滅火提供時間。根據(jù)防火涂料的作用、功能和現(xiàn)行國家標準對防火涂料的要求，最適宜的分類為結構型防火涂料和飾面型防火涂料；按其溶解性，又可分為水性防火涂料和油性防火涂料；按其阻燃機理，可分為膨脹型防火涂料和非膨脹型防火涂料。膨脹型防火涂料一般是以硅酸鹽、水玻璃等無機物為基料，摻入高嶺土、云母、硼化物等難燃或不燃材料拌和而成，具有熱穩(wěn)定性好、價廉、低煙無毒等特點，但其添加量大、在涂料中易沉淀，通火時，其本身不燃燒并形成一層隔絕氧氣的釉狀保護層，對物體起到一定的保護作用，但其隔熱性能較差；膨脹型防火涂料主要以高分于化合物為基料，加入阻燃劑、發(fā)泡劑、溶劑、助劑等材料，經(jīng)一定分散而形成，具有經(jīng)濟、價廉、低煙、無毒、熱穩(wěn)定性好等特點，涂層通火或熱輻射時膨脹發(fā)泡，產(chǎn)生一層比原涂層厚兒十倍甚至上百倍的泡沫碳化層，以隔斷外界火焰對基層的加熱，從而起到防火作用。

發(fā)明內(nèi)容
本項目即是針對目前防火涂料中存在的隔熱性能較差、熱穩(wěn)定性不好等不足之處，提供一種塑膠飾面型熱塑性丙烯酸環(huán)保防火涂料及其制備方法。丙烯酸樹脂的合成原理
丙烯酸樹脂是以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸等配以活性單體-含羥基的(甲基)丙烯酸酯類單體通過自由基聚合中的溶液聚合而成的，根據(jù)所需涂料的不同的使用要 求，采用合適的軟硬單體配比以調整合成樹脂的玻璃化溫度，可制備所需性能的樹脂。引發(fā)劑選用偶氮二異丁腈，溶劑選用醋酸丁酯和甲苯的混合溶劑。為了進一步加快聚合反應的速度，并提高單體的轉化率，采用分批加入混合單體和引發(fā)劑的方法。丙烯酸樹脂涂料合成原理
丙烯酸樹脂涂料是由丙烯酸脂與甲基丙烯酸脂共聚樹脂為主要成膜物質，加入顏料，有機溶劑和其它輔助材料混合調制而成。利用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸經(jīng)乙酯進行交聯(lián)反應。防火涂料之所以能阻燃是因為其具有以下的特點1.涂料本身具有難燃或不燃性，使被保護的可燃性基材不直接與空氣接觸，從而延遲基材的著火時間；2.防火涂料通火受熱分解出不燃的惰性氣體，使可燃物分解出的可燃氣體和空氣中的氧氣得到稀釋從而抑制燃燒；3.阻止發(fā)生反應的鏈鎖反應，分解氣體的燃燒反應是游離基反應，而含氮。磷、濱等的防火涂料分解出一些活性基團，與可燃游離基結合而中斷鏈鎖反應從而降低燃燒速度；4.防火涂料通火膨脹發(fā)泡，生成一層泡沫隔熱層，封閉被保護的基材，阻止基層燃燒。丙烯酸系樹脂因其耐熱性和耐老化性均優(yōu)于聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯和醋酸纖維素，并具有機械強度大、表面光澤好、透明性好、容易加工等優(yōu)點，而廣泛應用于工程塑料、建筑材料，膠粘劑、涂料及塑料改性劑等領域。但是由于丙烯酸系樹脂極易燃燒，極大地限制了其應用。目前，丙烯酸系樹脂阻燃主要采用的方法是添加阻燃劑，阻燃劑可以分為無機阻燃劑和有機阻燃劑。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)，包括以下重量份的各種組分
80 - IOO0C的熱塑性丙烯酸樹脂38 — 60份；分散劑I 一 3份；混合溶劑5 — 20份；環(huán)氧基官能團硅烷偶聯(lián)劑1 一 5份；協(xié)效阻燃劑15 — 30份；鈦酸酯偶聯(lián)劑8 - 15份。所述的分散劑包括BYK163或BYK104。所述的混合溶劑是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一種溶劑或幾種溶劑的混合物。其制備方法包括以下步驟
(1)防火助劑混合分散
將TG為80 — 100 °C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑按所述的比例混合，并加入混合溶劑，在轉速400 - 800rpm下，按比例緩慢加入?yún)f(xié)效阻燃劑，加入完畢后，再提高轉速至1000 — 1400rpm,分散至細度達15 u m以下，備用；
(2)制漆
取潔凈制漆缸，將80 - 100°C的熱塑性丙烯酸樹脂及上述步驟中制備的防火助劑、硅烷偶聯(lián)劑及鈦酸酯偶聯(lián)劑按比例加入，用高速分散機以600 - 800rpm攪拌10 — 15分鐘，然后用上述的配套稀釋劑調整粘度，用雙層400目濾布過濾包裝。本發(fā)明的創(chuàng)新點在于
(I)采用高分子-無機復合粘結技術、不同耐火等級的復合纖維替代技術、超細活性粉料低溫燒結技術、防火防腐蝕技術，提高了防火涂層粘結性能的高溫連續(xù)性、柔韌性，和涂層的耐酸、耐腐蝕性，實現(xiàn)塑膠機殼涂料的多功能化。(2)選用了高性能的丙烯酸 聚氨酯為涂料的基料，從而使阻燃涂料具有高裝飾性，光澤達90%以上，外觀平整、光亮、鏡面效果好。同時具有耐水、耐腐蝕、耐侯性高、長壽命、使用10 —15年。(3)由于本項目選用的阻燃劑為有機阻燃劑季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MA)與無機阻燃劑聚磷酸銨APP的復合物，能產(chǎn)生協(xié)同效應，分解溫度大于250°C，使得涂料具有良好的耐熱性能，按照美國防火材料標準及測試方法，其防火等級可達UL94 V — 0級。涂料耐磨性、抗石擊性、耐水性、耐火性能檢測完全達標，該成果已成功應用于家電企業(yè)電器機殼的噴涂，以及汽車配件、建材等領域。
具體實施例方式本發(fā)明包括以下重量份的各種組分
80 - IOO0C的熱塑性丙烯酸樹脂38 — 60份；分散劑I 一 3份；混合溶劑5 — 20份；環(huán)氧基官能團硅烷偶聯(lián)劑1 一 5份；協(xié)效阻燃劑15 — 30份；鈦酸酯偶聯(lián)劑8 - 15份。所述的分散劑包括BYK163或BYK104。所述的混合溶劑是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一種溶劑或幾種溶劑的混合物。下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作進一步說明
實施例一包括以下重量份的各種組分，80°C的熱塑性丙烯酸樹脂38份；分散劑3份；混合溶劑20份；環(huán)氧基官能團硅烷偶聯(lián)劑5份；協(xié)效阻燃劑25份；鈦酸酯偶聯(lián)劑9份。實施例二包括以下重量份的各種組分，90°C的熱塑性丙烯酸樹脂45份；分散劑2份；混合溶劑6份；環(huán)氧基官能團硅烷偶聯(lián)劑2份；協(xié)效阻燃劑30份；鈦酸酯偶聯(lián)劑15份。實施例一包括以下重量份的各種組分，100°C的熱塑性丙烯酸樹脂60份；分散劑1份；混合溶劑10份；環(huán)氧基官能團硅烷偶聯(lián)劑1份；協(xié)效阻燃劑18份；鈦酸酯偶聯(lián)劑10份。其制備方法包括以下步驟
(I)防火助劑混合分散
將80 — 100 °C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑按所述的比例混合，并加入混合溶劑，在轉速400 - 800rpm下，按比例緩慢加入?yún)f(xié)效阻燃劑，加入完畢后，再提高轉速至1000 —1400rpm,分散至細度達15 u m以下,備用；
(2)制漆
取潔凈制漆缸，將TG為80 — 100°C的熱塑性丙烯酸樹脂及上述步驟中制備的防火助齊U、硅烷偶聯(lián)劑及鈦酸酯偶聯(lián)劑按比例加入，用高速分散機以600 - 800rpm攪拌10 — 15分鐘，然后用上述的配套稀釋劑調整粘度，用雙層400目濾布過濾包裝。本發(fā)明采用高分子-無機復合粘結技術、不同耐火等級的復合纖維替代技術、超細活性粉料低溫燒結技術、防火防腐蝕技術，提高了防火涂層粘結性能的高溫連續(xù)性、柔韌性，和涂層的耐酸、耐腐蝕性，實現(xiàn)HIPS等塑膠機殼涂料的多功能化；
I.目前常見的防火涂料基本都是木器防火涂料或者墻面防火涂料，較少用于塑膠表面涂飾，本發(fā)明的涂料可涂飾于各種常見塑膠底材，如HrS、PS、ABS、PMMA等，且具有良好附著力及綜合性能。2.由于主體采用熱塑性丙烯酸樹脂，所以涂料具有良好的保光保色性、耐水耐化學性；且施工方便、干燥速度快，節(jié)約能源；另外施工重涂和返工后，涂膜仍然有良好的附著力及其他綜合性能。3.由于阻燃劑的分解溫度大于250°C，使得涂料具有良好的耐熱性能，涂料抗老化 性能優(yōu)異。4.由于本項目選用的阻燃劑為有機阻燃劑與無機阻燃劑的復合物，能產(chǎn)生協(xié)同效應，最優(yōu)化防火效果，按照美國防火材料標準及測試方法，其防火等級可達UL94 V — 0級；具體來說
①.組分聚磷酸銨APP的為無機膨脹型阻燃劑，具有熱穩(wěn)定性佳、分散性好等優(yōu)點，且相比于有機阻燃劑和反應型阻燃劑，具有價格低廉、毒性小等優(yōu)點；
②.組分季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MA)為有機協(xié)同組分，且與丙烯酸樹脂相容性良好，涂飾本發(fā)明的產(chǎn)品受熱或點燃后季戊四醇具有成碳效果，可以在泡沫層中形成有一定厚度的碳層并膨脹，形成泡沫層，泡沫層不僅隔絕了氧氣，而且有良好的隔熱性能，能有效地阻滯熱量向基材的迅速傳導，降低了材料的降解速率，使燃燒減緩。另外一方面三聚氰胺受熱發(fā)生分解，產(chǎn)生NH3、同時成膜物質中部分成分分解產(chǎn)生水蒸氣等不燃氣體，促使第一階段已熔融軟化的成膜物質持續(xù)地膨脹發(fā)泡，形成泡沫層，有效地延緩了熱量以及氧氣和可燃氣體的傳遞，增加涂料的阻燃作用，起到很好的防火隔熱作用。5.本項目與直接添加阻燃劑到相應的塑料基材的注塑方法相比，其材料整體性能、顏色可控性明顯較優(yōu)，且總成本較低。6.本項目所用原料為不含鹵素、重金屬等環(huán)保限定物質，且燃燒時發(fā)煙量小，環(huán)保效果較好。產(chǎn)品的主要技術特性耐火、耐水性好，耐石擊強、光澤高、附著力好、機械強度高、阻燃性良好。各項關鍵技術指標參見表I 表I
權利要求
1.一種丙烯酸防火涂料，其特征在于包括以下重量份的各種組分 80 - IOO0C的熱塑性丙烯酸樹脂38 — 60份；分散劑I 一 3份；混合溶劑5 — 20份；環(huán)氧基官能團硅烷偶聯(lián)劑1 一 5份；協(xié)效阻燃劑15 — 30份；鈦酸酯偶聯(lián)劑8 - 15份。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種丙烯酸防火涂料，其特征在于所述的分散劑包括BYK163 或 BYKI04ο
3.根據(jù)權利要求I所述的一種丙烯酸防火涂料，其特征在于所述的混合溶劑是防白水、乙酸丁酯或乙酸乙酯中的一種溶劑或幾種溶劑的混合物。
4.一種丙烯酸防火涂料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (I)防火助劑混合分散 將80 — 100 °C的熱塑性丙烯酸樹脂、分散劑按所述的比例混合，并加入混合溶劑，在轉速400 - 800rpm下，按比例緩慢加入?yún)f(xié)效阻燃劑，加入完畢后，再提高轉速至1000 —1400rpm,分散至細度達15 u m以下； (2)制漆 取潔凈制漆缸，將TG為80 — 100°C的熱塑性丙烯酸樹脂及上述步驟中制備的防火助齊U、硅烷偶聯(lián)劑及鈦酸酯偶聯(lián)劑按比例加入，用高速分散機以600 - 800rpm攪拌10 — 15分鐘，然后用上述的配套稀釋劑調整粘度，用雙層400目濾布過濾包裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及防火阻燃涂料技術領域，特別是指一種高性能塑膠飾面型丙烯酸防火涂料及其制備方法。包括以下重量份的各種組分80－100℃的熱塑性丙烯酸樹脂38－60份；分散劑1－3份；混合溶劑5－20份；環(huán)氧基官能團硅烷偶聯(lián)劑1－5份；協(xié)效阻燃劑15－30份；鈦酸酯偶聯(lián)劑8－15份。優(yōu)點在于，耐火、耐水性好，耐石擊強、光澤高、附著力好、機械強度高、阻燃性良好；裝飾性好、長壽命、燃燒時低煙低毒的環(huán)境友好等特性。
文檔編號C09D5/18GK102977710SQ20121049199
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權日2012年11月28日
發(fā)明者李儉成 申請人:益陽市大泉精細化工有限公司