專利名稱：一種環保型阻燃抑煙功能涂料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有良好隔熱、保溫效果并且兼具阻燃、抑煙性能的復合型水性功能涂料及其制備方法。
背景技術：
隨著科學技術的進步與發展，人們對能源的需求日益增加，傳統的不可再生能源越來越少。而對不可再生能源過量開采和浪費，不但造成能源的供給漸趨緊張，而且也加劇了環境的惡化。因此，如何開發出新的綠色能源及降低能耗己經成為我國乃至世界范圍內一個非常緊迫的課題。建筑能耗在社會總的能源消耗中占有舉足輕重的地位，且其中絕大多數是采暖和空調的能耗，有關統計數據表明，全國空調每年用掉的電量等于一座三峽水電站的全部發電量，故建筑節能意義重大。在我國，國家建設部最近公布的數據顯示，全國每年新增的20 億m2建筑面積中80%屬于高能耗建筑；并且住宅類建筑的單位面積使用能耗與同等氣候條件的國家相比，我國要高出2 3倍，因此建筑節能具有十分重要的意義。建筑隔熱(絕熱)保溫是節約能源、提高建筑物居住和使用功能的一個重要方面。隔熱保溫技術已成為近年來能源有效利用和節能領域廣泛關注的研究熱點之一， 該技術是利用降低熱傳遞和熱輻射能力的阻隔原理，減少太陽光吸收來達到隔熱保溫的目的。眾所周知，輻射到地球表面上的太陽光能量，大約是每秒750w / m2，其中可見光區的能量占45%，近紅外區占45%，其他的電磁輻射能量占5%。可見，太陽能主要集中于可見光區和紅外區。而有95%的紅外輻射能量集中在波長在0. 72 2. 5 μ m的范圍內，即近紅外范圍內。在太陽光的照射下，熱量不斷地積聚在被輻照的物體表面上，會使其表面溫度不斷地升高。理論上，通過對太陽光中近紅外波段的能量進行有效的阻隔、反射和輻射，即可實現被照射物隔熱降溫的目的。水性隔熱保溫涂料是目前研究最多的一類，然而直接制約其應用的關鍵問題之一就是單一使用時隔熱效果不好，解決這一問題的主要方法之一就是采用復合型隔熱保溫技術。公開號為CN102010641A的發明專利通過在多元水性丙烯酸樹脂體系中填充空心玻璃微珠、AHS-2500熱反射隔熱粉及氧化鋁等隔熱保溫填料中一種或幾種制備了一種復合型水性建筑保溫隔熱涂料。公開號為CN101967331A的發明專利則是通過在丙烯酸類乳液、VAE 乳液、氟碳乳液中添加空心陶瓷微珠、玻璃微珠或閉孔膨脹珍珠巖制備了用于鐵路車廂用的保溫隔熱涂料；公開號為 CN1018312^A、CN101760108A、CN101696336A、CN101555377 及 CN101108931等專利也是主要通過在丙烯酸酯類樹脂乳液、環氧乳液或是水玻璃中添加中空玻璃微珠(添加和組合方式略有不同)來達到內外墻水性涂料的保溫隔熱功效的。可見目前的涂料的保溫隔熱技術主要集中在使用硅酸鹽類材料的膨脹珍珠巖或陶瓷或空心玻璃微珠等來實現。然而，此類物質生產過程復雜，成本高，能耗大，存在環境污染等問題，且由于受到尺度限制(微米級)，其保溫隔熱效果的提升空間較小，而且對樹脂基材的機械、涂覆和黏結性能都存在一定的負面影響。
此外，隨著涂料市場的需求不斷增加，涂料本身也存在著一些安全隱患，比如，涂料中的有機成分很多，有機材料耐熱差、易燃燒，而且在燃燒時釋放大量熱量、產生大量有毒煙氣，不僅會加速大火蔓延、而且容易造成被困人員及救援人員傷亡，在傳統的涂料中為提高其阻燃能力，往往添加含溴系阻燃劑，這雖然在一定程度上提高了阻燃能力，但同時也帶來了嚴重的環境破壞，特別是一旦發生嚴重火災，這些含溴的材料更增加了毒煙的危害。 眾多火災事故證明，建筑、裝飾材料燃燒產生的有毒氣體是火災中的最大殺手，吸入有毒煙氣致死的人數占火災死亡總人數的7(Γ75%以上。因此，開發出具有的高強度、耐磨、耐候等性能優，且對環境無污染、低毒和著火的危險性小，發煙量少的環境友好涂料顯得意義重大。氫氧化鎂Mg(0H)2/MH屬填加性無機阻燃劑，是擁有填充、阻燃和抑煙三重功能的無機化學助劑，并且產生的煙霧無毒、無腐蝕。其阻燃機理可從反應方程式Mg(OH)2AMgO + H2O丨-Q看出，添加了該種阻燃劑的基材在受熱達到一定溫度時，MH分解釋放出水分， 同時吸收大量潛熱(MH分解溫度340 490° C，吸收熱量90(Tl200J/g)，從而降低了材料表面的火焰實際溫度，使基材受熱降解為低分子的速度降低，減少了可燃氣體的釋放；同時分解過程中釋放出的大量水蒸汽沖淡了燃燒物表面附近氧氣、可燃氣體及基材燃燒時產生煙氣的濃度，使表面燃燒較難進行；MH還具有極強的抑煙功效一Mg(OH)2有利于形成表面炭化層，阻止氧氣和熱量的進入，同時分解生成的MgO是良好的耐火材料，可提高基材抵抗火焰的能力，起到隔絕空氣阻止燃燒的目的。由于Mg(OH) 2受熱分解能使燃燒三要素(溫度、氧氣和可燃物)同時受到控制，起到了阻燃作用，即一旦火源消失，燃燒即可自行熄滅。與傳統阻燃劑(溴系、磷系、氮系及膨脹型阻燃劑等)相比，氫氧化鎂不但具有無毒、抑煙、低腐蝕、制備簡單、價格低廉等優點，其燃燒機理相對簡單、可控性強，燃燒產物單一(即MgO和吐0)不會產生二次污染，因而更加綠色環保。針對保溫隔熱水性涂料的阻燃和抑煙性能的研究和報道還不多，尚處于初步探索階段。近期，公開號為CN101302396的專利公開了一種由有機硅樹脂、空心玻璃微球隔熱填料、復合阻燃劑及助劑組成的耐高溫阻燃隔熱涂料的制備方法。該發明通過采用普通市售微米級的氫氧化鋁和氫氧化鎂的復配阻燃體系，雖然使產品的耐高溫和阻燃性能得到了一定的提高，但整體的抑煙效果并未得到改善。納米氫氧化鎂是指顆粒粒度介于1 100 nm之間的氫氧化鎂粉體(見我們的專利 ZL 200710124792. 3)，作為一種納米材料，除了具有普通微米級氫氧化鎂阻燃劑的特性外， 還具有粒度小、比表面積大的優點，可以降低填充量、提高阻燃效率和抑煙效果；降低基體機械、涂覆、黏結性能的損失等優勢。因此，針對現有技術中的問題，本發明提供了一種綠色環保型阻燃、抑煙、保溫隔熱功能涂料及其制備方法，通過在涂料基體中添加堇青石、氧化鋯、鈦白粉、納米氫氧化鎂高效阻燃劑及助劑，使其達到保溫隔熱效果的同時兼具難燃性、 自熄性和抑煙性，從而提高產品的防火安全性能，減少火災發生的可能性及其危害。這種功能涂料具有保溫效果好、穩定性佳、阻燃及抑煙效果明顯等優點，所添加的阻燃劑在燃燒時無有毒物質產生，對人體健康無潛在的危害，對環境不會產生二次污染。

發明內容
本發明旨在提供一種綠色環保型阻燃、抑煙、保溫、隔熱功能涂料及其制備方法，其將物化性能穩定的堇青石、氧化鋯、空心微珠及金紅石型鈦白粉，以及經表面改性的環境友好型納米氫氧化鎂和協效阻燃劑有效的復合在涂料乳液基體中，以避免現有紅外輻射涂料保溫隔熱效果不佳，阻然性能差，阻燃體系復雜可控性差，燃燒產物危害人體健康，產生二次污染等缺陷，進一步挖掘紅外輻射功能涂料的應用潛力，拓寬其應用領域。本發明的環保型阻燃抑煙功能涂料制備方法，包括如下步驟
51、將作為成膜材料的丙烯酸類乳液40-100份(質量份，下同)、水10-30份、氧化鋯 5-20份、堇青石5-20份、金紅石型鈦白粉5-20份、表面有機改性的納米氫氧化鎂阻燃劑 10-60份以及協效阻燃劑1-10份，在100-500rpm速度下機械攪拌10-30min，進行初混；然后在混合體系中加入潤濕劑0. 1-0. 5份、分散劑1-5份及消泡劑A 0. 1-0. 5份，利用均質機在6000-15000rpm速度下進行高速攪拌進一步混合3_15min，再以200_400rpm的球磨速度高速球磨混合、分散1.5- ；
52、向步驟Sl獲得的共混物中，加入消泡劑B0. 1-0. 5份、PH調節劑0. 3-1份、成膜劑1-5份以及流平劑0. 3-2份，然后再通過球磨機以50-180rpm的球磨速度低速混合、分散 l-3h ；及
53、再向步驟S2獲得的共混物中加入增稠劑0.5-5份，以50-180rpm的球磨速度低速球磨0. 5-lh，得到成品涂料。其中，丙烯酸類乳液選用純丙乳液、彈性丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液以及醋丙乳液中的一種至少兩種的組合物。協效阻燃劑選用紅磷、氧化鋅、氧化銻、氧化錫、氧化鉬、鉬酸銨、硼酸鋅中的至少一種。所述氧化鋯粉體的粒徑為30-100nm，所述的堇青石的粒徑為3_10 μ m,所述的納米氫氧化鎂平均粒徑為50-100nm。潤濕劑采用陰離子型表面活性劑(如十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、硬脂酸鈉、油酸丁酯硫酸鈉等)、非離子型表面活性劑(如環氧烷共聚物潤濕劑AMJ Wet CF-10、 烷基乙氧基醚化合物潤濕劑AMJ Wet PE-100、仲烷基醇聚氧乙烯醚潤濕劑AMJ Wet DF-16 等)或陰離子/非離子復合型表面活性劑。分散劑可選擇無機分散劑(如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉等)、聚合物型分散劑(包括聚丙烯酸胺鹽類分散劑AMJ Dispers H-942，聚羧酸鈉鹽類分散劑AMJ Dispers H-940 及聚羧酸銨鹽三元共聚分散劑AMJ Dispers H-943)或復合型分散劑(如無機顏料分散劑和BI-182復配的分散劑)。消泡劑A采用有機消泡劑，該有機消泡劑主要包括礦物油類(AMJ Defoam 8110)、由脂肪酸、礦物油、乳化劑等組成的DF-691消泡劑、胺類和酰胺類(如二戊胺、鹵代脂肪酰胺)、醇類(如環己醇)、磷酸酯類(如磷酸三丁酯)、金屬皂類(如硬脂酸鋁)等，使用其中的一種或兩種以上的組合物。消泡劑B采用有機硅類消泡劑(如CX_470有機硅氧烷復合劑、AMJ Defoam 8010 有機硅乳液消泡劑、含有改性聚硅氧烷消泡因子的有機硅消泡劑AMJ Defoam 8040、AMJ Defoam 8112具有雙元疏水結構改性硅油混合物)或復合型消泡劑(如由硅、酯、乳化劑等組成的BEK-750復合型消泡劑)。PH調節劑為AMP-95，即2-氨基-2-甲基丙醇。成膜劑可采用醇酯-12、乙二醇醚、二甘醇醋酸丁酯、乙二醇醋酸乙酯、乙二醇甲醚醋酸丙酯或AMJ AGSE-IB中的一種或兩種以上的組合物。
流平劑采用改性有機硅型流平劑，如聚醚改性有機硅氧烷流平劑CX—103 (昌鑫化工)，聚醚改性聚硅氧烷共聚物流平劑Flowstar FL309 (艾美捷化學)，芳基聚醚共改性的聚硅氧烷共聚物流平劑Flowstar FL-333H，烷基聚醚改性的聚二甲基硅氧烷共聚物流平劑 Flowstar FL-333G等，使用其中的一種或兩種以上的組合物。增稠劑可以選用締合型增稠劑(如疏水基團改性的非離子締合型增稠劑AMJ HEUR 3020、AMJ HEUR 3050 禾口 AMJ HEUR 3040)、聚氨酯(如昌鑫化工 RM2020、PU-8080、 RM-8W)或聚丙烯酸酯(如疏水堿溶脹丙烯酸流變劑AMJ HASE 420 ；AMJ HASE 430疏水堿溶脹丙烯酸流變劑)增稠劑等中的一種或兩種的組合物。采用上述方法制備的一種環保型阻燃抑煙功能涂料，其特征在于該涂料是以丙烯酸類乳液作為成膜材料，以堇青石和氧化鋯作為近紅外輻射功能填料，以金紅石型鈦白粉為顏料，以表面有機改性的納米氫氧化鎂作為阻燃和抑煙填料，加上協效阻燃劑和助劑，經過球磨、高速分散、攪拌工藝復合而成；以質量份計，該涂料中包含丙烯酸類乳液 40-100份、水10-30份、氧化鋯5-20份、堇青石5_20份、金紅石型鈦白粉5_20份、表面有機改性的納米氫氧化鎂阻燃劑10-60份以及協效阻燃劑1-10份。該成品涂料用拉膜器制成 1. 5-3mm厚干膜的氧指數達23-30，且抑煙效果顯著。本發明以丙烯酸類乳液為成膜基體，以物理化學性質穩定、價格低廉的堇青石和氧化鋯作為近紅外輻射功能填料，市場上廣泛應用、化學穩定性良好的金紅石型鈦白粉為顏料、以及通過表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂為阻燃、抑煙填料，制備具有阻燃、抑煙特性的隔熱保溫復合型水性功能涂料，該涂料涂覆于物體表面，對太陽投射中近紅外波段的輻射具有良好的阻隔作用，能夠將吸收的熱能以長波的形式輻射到周圍空間，因此對覆蓋底物的保溫隔熱效果突出，而且具有明顯的阻燃性能，且在燃燒過程中具有極好的抑煙效果和明火自熄功能。與粉末涂料、高固體份涂料和輻射固化涂料相比，本發明制備的功能涂料(水性涂料)的應用一般不受場合的限制，也不需要專用的涂裝工具和設備，是慣用的溶劑型涂料的理想替代品之一。且具有施工簡單，與現有施工技術融合好的特點。本發明所采用的丙烯酸酯為主要成膜物質的系列水性樹脂，是目前水性涂料領域技術最成熟，應用最廣泛的成膜基材之一，不但具有低VOC和低毒的優點而且生產成本低廉，柔韌性、機械強度、耐磨性、保光和保色性、防腐、耐堿和耐水性及耐候性等綜合性能十分優異。此類水性樹脂含有多種官能團，因而對多種基體都具有良好的適應性，具有較強的附著力；通過調節不同丙烯酸酯的種類(包括其酯基團的碳鏈長短、枝化度等)和分子量及其分布，可以賦予涂膜不同的柔韌性和硬度，這針對不同應用領域的多種要求尤為重要；同時，丙烯酸酯類干燥固化是典型的自由基機理，具有干燥速度快，受外界影響較小等特點， 施工方便。該類樹脂含有一定的極性基團，與加入的無機粉體具有很強的結合力，不容易產生微相不均勻性。其分子結構與常見無機粉體的HLB值比較接近，按照相似相容的原理，兩者容易浸潤，減少了對無機粉體進行表面改性的工作量和難度。本發明以堇青石和氧化鋯作為近紅外輻射功能填料。堇青石具有較高的紅外輻射率，尤其是在中遠紅外區，還具有良好的抗熱沖擊性，熱膨脹系數很低，且燒結性優良，合成方法很多，原料來源廣泛，從而為產品的實用與開發提供了便利條件。此外，納米氧化鋯顆粒小，密度小，比表面積大，表面原子數多，表面能高，表面原子嚴重配位不足，具有很強的表面活性與超強吸附能力，在近紅外的整個波段里具有較強的紅外輻射功能，添加在涂料中，極易與樹脂中的氧起鍵合作用，提高分子間的鍵力以及涂料的施工性能和涂膜與基體之間的結合強度。與現有保溫隔熱水性外墻涂料的阻燃技術相比，本發明采用經表面有機化改性的納米氫氧化鎂阻燃劑，平均粒徑在50-100nm。納米氫氧化鎂屬于無機添加型高效阻燃劑， 具有純度高、粒度超級細化、阻燃性能好等優點，經表面有機化改性處理后，有效的解決了與其他有機填料或基材的界面問題，進而實現降低填充量提高阻燃效果的目的。與現有技術通常采用的阻燃體系(溴系、磷系、氮系級膨脹型阻燃劑等)相比，其阻燃機理相對簡單高效、可控性強，氫氧化鎂在受熱時(340-490度)發生分解吸收燃燒物表面熱量(分解吸收熱量900-1200J/g)起到阻燃作用；同時釋放出大量水分稀釋燃物表面的氧氣，分解生成的活性氧化鎂附著于可燃物表面又進一步阻止了燃燒的進行。氫氧化鎂在整個阻燃過程中不但沒有任何有害物質產生，而且其分解的產物在阻燃的同時還能夠大量吸收橡膠、塑料等高分子燃燒所產生的有害氣體和煙霧，活性氧化鎂不斷吸收未完全燃燒的熔化殘留物，從使燃燒很快停止的同時消除煙霧、阻止熔滴，起到隔絕空氣阻止燃燒的目的。此外，還具有有無毒毒、低煙或是抑煙、低腐蝕、制備簡單、價格低廉等優點，燃燒產物單一(即MgC^P壓0)無有毒物質產生，不會對環境產生二次污染更加綠色環保。本發明采用涂料共混工藝，具有加工條件寬泛、工藝易控、生產率高、體系穩定等優點。另外，本發明所述環保型阻燃、抑煙、保溫、隔熱功能涂料，其主要填料資源廣、物理化學性質穩定且價格低廉；制備工藝相對簡單、可控性強，利用現有的大規模生產涂料的工藝，幾乎無成本增加，大大提高了生產效率，提高的現有涂料的保溫隔熱功效，改善了其熱穩定性差、易燃、燃燒發煙量大等弊端，適用于工業化規模生產推廣。


圖1為本發明采用的自制納米氫氧化鎂SEM照片；
圖2為圖1納米氫氧化鎂所示的通過表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂在有機體系(石蠟)中的沉降曲線；
圖3為圖1納米氫氧化鎂所示的通過表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂在有機體系(石蠟)中沉降4h后的實物照片；
圖4為純彈性丙乳干膜及本發明實施例3制得涂料干膜的時間-溫度曲線； 圖5為純彈性丙乳制成的干膜實物燃燒時的實況照片； 圖6為實施例3中制備的功能涂料干膜燃燒時的實況照片；
圖7為燃燒過后各種涂料干膜的殘留物照片，左邊為純彈性丙乳，中間為實施例6制備的二元丙乳干膜，右邊為實施例3制備的干膜。
具體實施例方式以下結合實施例1-6、附圖進一步說明。實施例1-6中的納米氫氧化鎂均采用自制表面有機改性的納米氫氧化鎂阻燃劑。 圖1是自制納米氫氧化鎂阻燃劑的SEM照片，在SEM照片中可觀察到氫氧化鎂為片狀結構，粒徑分布均勻，平均粒徑50-100nm。該納米氫氧化鎂采用以下納米氫氧化鎂表面有機化改性處理方法制取的，該方法包括將制得的納米氫氧化鎂漿料清洗、過濾；在該漿料中加入一定量水解后的改性劑進行高溫偶聯改性；離心分離、干燥得到表面改性的納米氫氧化鎂阻燃劑；其中，所述改性劑添加量為該漿料中的納米氫氧化鎂質量的2-10%，所述改性劑是硅烷偶聯劑、硬脂酸鹽、鈦酸酯、鋁酸酯或鋁鈦復合偶聯劑。圖2、3是該自制改性納米氫氧化鎂在有機體系(Ig氫氧化鎂分散在15ml的液體石蠟中)的沉降試驗曲線及沉降4h后的實物照片，在圖2沉降曲線中可以看出經表面有機化改性的氫氧化鎂與有機體系比未經處理的親和力強(沉降速度明顯變慢)，顯著改善了納米氫氧化鎂在有機體系中的分散性。采用模擬日光照射中紅外輻射的熱光源，調節光源到干膜的距離為15cm，然后再相同的外界條件下照射實施例中得到的干膜樣品，每30s記錄干膜背面的溫度示數，記錄得到的時間一溫度曲線，測試三次取平均值后，得到的數據如圖 4所示(圖4為純彈性丙乳干膜及下述實施例3制得涂料干膜的時間-溫度曲線)。可見，由該實施例3得到的干膜樣品的隔熱曲線可以看出，加入納米氫氧化鎂對涂層的隔熱性能沒有明顯的影響相比于純彈性乳液制成的干膜樣品，在起始溫度一致的條件下，該發明制得的環保型阻燃、抑煙、(紅外保溫、隔熱)功能涂料，在8. 5min的時間內，隔熱性能有近11°C 溫度差的明顯優勢。圖5是純彈性丙乳制成的干膜實物燃燒時的的實況照片，可以明顯看出燃燒過程產生大量濃煙并伴有低落現象，在實際火災中容易形成二次火源。圖6是該實施例3中制備的功能涂料干膜燃燒時的實況照片，可以觀察到樣品在空氣中離開火源后，迅速自熄，而且沒有濃煙產生。圖7分別展示了純彈性丙乳及該實施例3和6制備干膜經過燃燒的殘留情況，左邊為純彈性丙乳L，中間為該實施例6制備的二元丙乳干膜M，右邊為該實施例3制備的干膜R。可見與純彈性丙乳干膜相比，實施例3和6的干膜產品均保持了燃燒前的形狀，整個燃燒過程中未出現低落現象。實施例1
將100份(質量分數，下同)的純丙乳液、30份的水、20份的氧化鋯、20份的堇青石、20 份的鈦白粉，以及10份的表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂阻燃劑和1份氧化鋅協效阻燃劑進行初混，初混條件為IOOrpm速度下機械攪拌30min ；然后在混合體系中加入0. 1 份的十二烷基硫酸鈉潤濕劑、2份的AMJ Dispers H-940分散劑和0. 5份的消泡劑A，利用均質機在15000rpm速度下進行高速攪拌進一步混合3min，再通過高速球磨混合、分散3h， 球磨速度為400rpm ；其中，0. 5份的消泡劑A由0. 3份的AMJ Def0am 8110和0. 2份二戊胺組成。向得到的共混物中加入0. 5份CX-470 (即消泡劑B)、0. 3份的AMP-95 PH調節劑 (即2-氨基-2-甲基丙醇)、2份AMJ AGSE-IB成膜劑及0. 3份的Flowstar FL-333G流平劑， 然后再通過球磨機低速混合分散池，球磨速度為50rpm;然后再向得到的共混物中再加入5 份的增稠劑，低速球磨0.證，速度為50rpm ；其中，5份的增稠劑由2. 5份的AMJ HASE 420和 2. 5份的RM2020組成。將最終的產品通過拉膜器，制成2mm厚度的干膜涂層。材料的阻燃性能測定采用氧指數法(下同)，自然界空氣中氧氣的體積濃度為21%(即氧指數21 )，從理論上講，材料的氧指數只要大于21，其在空氣中就有自熄性即可達到阻止燃燒的目的。由純丙乳液制成2mm厚度的干膜，其測得的氧指數低于18，且在燃燒過程中有低落現象，并伴有大量濃煙放出。而按上述工藝制備得到的干膜涂層，由于氫氧化鎂添加量偏低，故此氧指數沒有明顯提高，在空氣中仍然出現燃燒的現象，但發煙量得到了很好的控制，只有少量的煙氣產生，有較好的抑煙效果。隔熱效果方面，在模擬日光照射中紅外輻射的熱光源照射條件下(光源到干膜的距離為15cm)，在8. 5min的時間內，與純丙乳液制成的干膜相比，該實施例得到的涂料干膜的背面溫度降低了約14 °C，有明顯的隔熱保溫效果。實施例2
將60份的苯丙乳液、25份的水、5份的氧化鋯、5份的堇青石、5份的鈦白粉，以及60份的表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂阻燃劑和6份氧化錫協效阻燃劑進行初混，初混條件為400rpm速度下機械攪拌20min ；然后在混合體系中加入0. 5份的潤濕劑、4份的三聚磷酸鈉分散劑和0.4份的硬脂酸鋁(即消泡劑A)，利用均質機在12000rpm速度下進行高速攪拌進一步混合5min，再通過高速球磨混合、分散池，球磨速度為200rpm ；其中，0. 5份的潤濕劑由0. 3份硬脂酸鈉和0. 2份AMJ Wet DF-16組成。向得到的共混物中加入0. 4份AMJ Defoam 8010 (消泡劑B)、1. 0份的AMP-95 PH 調節劑、4. 5份二甘醇醋酸丁酯成膜劑及1. 5份的Flowstar FL309流平劑，然后再通過球磨機低速混合分散池，球磨速度為150rpm ；然后再向得到的共混物中加入2. 5份的AMJ HEUR 3020增稠劑，低速球磨0.證，速度為150rpm。將最終的產品通過拉膜器，制成2mm厚度的干
膜涂層。由純苯丙乳液制成2mm厚度的干膜，其測得的氧指小于17，且在燃燒過程中有低落現象，并伴有大量濃煙和有毒氣體放出。而按上述工藝制備得到2mm厚的干膜，氧指數超過30，有很大的提高，在空氣中離開火源后能夠迅速自熄，有顯著的阻燃效果，且無低落顯現發生，樣品能夠完全保持燃燒前的形狀；燃燒過程中也無明顯煙氣產生，其抑煙效果非常明顯。隔熱效果方面，在模擬日光照射中紅外輻射的熱光源照射條件下(光源到干膜的距離為15cm)，在8. 5min的時間內，與純苯丙乳液制成的干膜相比，該實施例得到的涂料干膜的背面溫度降低了約5°C，起到了一定的隔熱保溫作用。實施例3
將40份的彈性丙乳液、20份的水、5份的氧化鋯、15份的堇青石、15份的鈦白粉，以及 20份的表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂阻燃劑和2份的紅磷協效阻燃劑進行初混，初混條件為300rpm速度下機械攪拌IOmin ；然后在混合體系中加入0. 2份的AMJ Wet CF-10潤濕劑、1份的分散劑和0. 3份的磷酸三丁酯(消泡劑A)，利用均質機在9000rpm速度下進行高速攪拌進一步混合9min，再通過高速球磨混合、分散池，球磨速度為300rpm ；其中，1份的分散劑由0. 5份得三聚磷酸鈉和0. 5份得BI-182組成。向得到的共混物中加入0. 3份AMJ Defoam 8112(消泡劑B)、0. 5份的AMP-95 PH 調節劑、1. 5份醇酯-12成膜劑及0. 6份的CX—103流平劑，然后再通過球磨機低速混合分散池，球磨速度為ISOrpm ；然后再向得到的共混物中再加入1份的增稠劑，低速球磨0. 5h，速度為180rpm。將最終的產品通過拉膜器，制成2mm厚度的干膜涂層。其中，1份的增稠劑由 0. 5 份的 AMJ HEUR 3050 和 0. 5 份的 AMJ HASE 430 組成。由純彈性丙乳液制成2mm厚度的干膜，其測得的氧指小于17，且在燃燒過程中有低落現象，并伴有大量濃煙放出。而按上述工藝制備得到2mm厚的干膜，氧指數超過M，有明顯的提高，在空氣中離開火源后能夠迅速自熄，有顯著的阻燃效果，且無低落顯現發生， 樣品能夠完全保持燃燒前的形狀(如圖7所示);燃燒過程中也無濃煙產生，其抑煙作用也令人滿意。隔熱效果方面，在模擬日光照射中紅外輻射的熱光源照射條件下(光源到干膜的距離為15cm)，在8. 5min的時間內，與純彈性丙乳液制成的干膜相比，該實施例得到的涂料干膜的背面溫度降低了 11°C，有明顯的隔熱保溫效果(如圖4所示)。實施例4
將60份的硅丙乳液、25份的水、20份的氧化鋯、5份的堇青石、5份的鈦白粉，以及50 份的表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂阻燃劑和5份的氧化鉬協效阻燃劑進行初混，初混條件為400rpm速度下機械攪拌30min ；然后在混合體系中加入0. 5份的AMJ Wet PE-100潤濕劑、5份的六偏磷酸鈉分散劑和0. 4份的鹵代脂肪酰胺(消泡劑A)，利用均質機在12000rpm速度下進行高速攪拌進一步混合15min，再通過高速球磨混合、分散池，球磨速度為 400rpm。向得到的共混物中加入0. 4份AMJ Defoam 8112 (即消泡劑B)、0. 8份的AMP-95 PH調節劑、5份成膜劑及2份的流平劑，然后再通過球磨機低速混合分散2h，球磨速度為 120rpm ；其中，5份成膜劑由2份醇酯-12和3份乙二醇醚組成，2份的流平劑由0. 8份CX— 103和1. 2份Flowstar FL309組成。然后再向得到的共混物中加入1. 5份的AMJ HEUR 3040 增稠劑，低速球磨0.證，速度為120rpm。將最終的產品通過拉膜器，制成2mm厚度的干膜涂層。由純硅丙乳液制成2mm厚度的干膜，其測得的氧指小于20，且在燃燒過程中有低落現象，并伴有濃煙放出。而按上述工藝制備得到2mm厚的干膜，氧指數超過四，有很大的提高，在空氣中離開火源后能夠迅速自熄，有顯著的阻燃效果，且無低落顯現發生，樣品能夠完全保持燃燒前的形狀；燃燒過程中也無明顯濃煙產生，也達到了很好的抑煙效果。隔熱效果方面，在模擬日光照射中紅外輻射的熱光源照射條件下(光源到干膜的距離為15cm)，在8. 5min的時間內，與純硅丙乳液制成的干膜相比，該實施例得到的涂料干膜的背面溫度降低了 7°C，有較好的隔熱保溫作用。實施例5
將40份的醋丙乳液、10份的水、15份的氧化鋯、10份的堇青石、10份的鈦白粉，以及40 份的表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂阻燃劑和4份的硼酸鋅協效阻燃劑進行初混，初混條件為200rpm速度下機械攪拌20min ；然后在混合體系中加入0. 4份的十二烷基苯磺酸鈉潤濕劑、3份的AMJ Dispers H-942分散劑和0. 1份的環己醇(消泡劑A)，利用均質機在6000rpm速度下進行高速攪拌進一步混合12min，再通過高速球磨混合、分散池，球磨速度為200rpm。向得到的共混物中加入0. 1份BEK-750 (消泡劑B)、0. 7份的AMP-95 PH調節劑、 3. 5份乙二醇醋酸乙酯成膜劑及0. 8份的Flowstar FL-333G流平劑，然后再通過球磨機低速混合分散池，球磨速度為90rpm ；然后再向得到的共混物中加入0. 5份的RM-8W增稠劑， 低速球磨0.證，速度為90rpm。將最終的產品通過拉膜器，制成2mm厚度的干膜涂層。由純醋丙乳液制成2mm厚度的干膜，其測得的氧指小于18，且在燃燒過程中有低落現象，并伴有濃煙和酸氣放出。而按上述工藝制備得到2mm厚的干膜，氧指數超過沈，有明顯的提高，在空氣中離開火源后能夠迅速自熄，有顯著的阻燃效果，且無低落顯現發生， 樣品能夠完全保持燃燒前的形狀；燃燒過程中也無明顯煙氣產生，也達到了明顯的抑煙效^ ο隔熱效果方面，在模擬日光照射中紅外輻射的熱光源照射條件下(光源到干膜的距離為15cm)，在8. 5min的時間內，與純醋丙乳液制成的干膜相比，該實施例得到的涂料干膜的背面溫度降低了 7. 5°C，有較好的隔熱保溫作用。實施例6
將彈性丙乳液和苯丙乳液各40份、30份的水、10份的氧化鋯、20份的堇青石、10份的鈦白粉，以及30份的表面有機化改性處理的改性納米氫氧化鎂阻燃劑和3份的三氧化二銻效阻燃劑進行初混，初混條件為300rpm速度下機械攪拌IOmin ；然后在混合體系中加入0. 3 份的油酸丁酯硫酸鈉潤濕劑、2. 5份的AMJ Dispers H-943分散劑和0. 2份的DF-691 (消泡劑A)，利用均質機在SOOOrpm速度下進行高速攪拌進一步混合9min，再通過高速球磨混合、分散池，球磨速度為300rpm。向得到的共混物中加入0. 2份AMJ Defoam 8040(消泡劑B)、0. 6份的AMP-95 PH調節劑、2. 5份乙二醇甲醚醋酸丙酯成膜劑及1份的Flowstar FL-333H流平劑，然后再通過球磨機低速混合分散池，球磨速度為ISOrpm ；然后再向得到的共混物中加入4份的PU-8080 增稠劑，低速球磨0.證，速度為180rpm。將最終的產品通過拉膜器，制成2mm厚度的干膜涂層。由純彈性丙乳液和苯丙乳液二元體系制成的2mm厚的干膜，其測得的氧指小于 18，且在燃燒過程中有低落現象，并伴有濃煙和有毒氣體放出。而按上述工藝制備得到2mm 厚的干膜，氧指數超過23，有明顯的提高，在空氣中能夠迅速自熄，有一定的阻燃效果，且無低落顯現發生，樣品基本可以保持燃燒前的形狀(如圖7所示)；燃燒過程中無明顯濃煙產生，也達到了一定的抑煙效果。隔熱效果方面，在模擬日光照射中紅外輻射的熱光源照射條件下(光源到干膜的距離為15cm)，在8. 5min的時間內，與純二元丙乳液制成的干膜相比，該實施例得到的涂料干膜的背面溫度降低了 9°C，有令人滿意的隔熱保溫作用。上述實施例1-6的涂料是以丙烯酸類乳液作為成膜材料，以堇青石和氧化鋯作為近紅外輻射功能填料，以表面有機改性的納米氫氧化鎂作為阻燃和抑煙填料，加上協效阻燃劑和助劑，經過球磨、高速分散和攪拌工藝復合而成；其中，氧化鋯粉體的粒徑為 30-100nm,堇青石的粒徑為3_10 μ m,納米氫氧化鎂平均粒徑為50-100nm。所制得的功能涂料均具有良好的保溫隔熱性能，通過添加納米氫氧化鎂，其氧指數也得到了不同程度的提高，都超過了 21能夠在空氣中實現自熄滅，成品涂料用拉膜器制成1. 5-3mm厚干膜的氧指數達23-30，達到了很好的阻燃效果，且均有效的抑制了煙氣的產生，不但達到了阻燃目的且綠色環保。
1權利要求
1.一種環保型阻燃抑煙功能涂料制備方法，其特征在于包括如下步驟51、將作為成膜材料的丙烯酸類乳液40-100份、水10-30份、氧化鋯5-20份、堇青石 5-20份、金紅石型鈦白粉5-20份、表面有機改性的納米氫氧化鎂阻燃劑10-60份以及協效阻燃劑1-10份，在100-500rpm速度下機械攪拌10-30min，進行初混；然后在混合體系中加入潤濕劑0. 1-0. 5份、分散劑1-5份及消泡劑A 0. 1-0. 5份，利用均質機在6000-15000rpm 速度下進行高速攪拌進一步混合3-15min，再以200_400rpm的球磨速度高速球磨混合、分散 1. 5-5h ；52、向步驟Sl獲得的共混物中，加入消泡劑B0. 1-0. 5份、PH調節劑0. 3-1份、成膜劑 1-5份以及流平劑0. 3-2份，然后再通過球磨機以50-180rpm的球磨速度低速混合、分散 l-3h ；及53、再向步驟S2獲得的共混物中加入增稠劑0.5-5份，以50-180rpm的球磨速度低速球磨0. 5-lh，得到成品涂料；以上份數均為質量份。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的丙烯酸類乳液選用純丙乳液、彈性丙乳液、苯丙乳液、硅丙乳液以及醋丙乳液中的一種或至少兩種的組合物。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氧化鋯粉體的粒徑為 30-100nm，所述的堇青石的粒徑為3_10 μ m，所述的納米氫氧化鎂平均粒徑為50-100nm。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于所述的協效阻燃劑選用紅磷、氧化鋅、氧化銻、氧化錫、氧化鉬、鉬酸銨、硼酸鋅中的至少一種。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于步驟Sl中，所述潤濕劑采用陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑或陰離子/非離子復合型表面活性劑；所述分散劑選擇無機分散劑、聚合物型分散劑或復合型分散劑；所述消泡劑A采用有機消泡劑。
6.根據權利要求1或5所述的方法，其特征在于步驟S2中，所述流平劑采用改性有機硅型流平劑，所述PH調節劑為2-氨基-2-甲基丙醇，所述消泡劑B采用有機硅類消泡劑。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的表面有機化改性的納米氫氧化鎂采用如下表面有機化改性處理方法制取，該處理方法包括將制得的納米氫氧化鎂漿料清洗、過濾；在該漿料中加入一定量水解后的改性劑進行高溫偶聯改性；離心分離、干燥得到表面改性的納米氫氧化鎂阻燃劑；其中，所述改性劑添加量為該漿料中的納米氫氧化鎂質量的2-10%。
8.根據權利要求1或7所述的方法，其特征在于所述成品涂料用拉膜器制成1.5-3mm 厚干膜的氧指數達23-30。
9.一種綠色環保型阻燃抑煙功能涂料，其特征在于該涂料是以丙烯酸類乳液作為成膜材料，以堇青石和氧化鋯作為近紅外輻射功能填料，以金紅石型鈦白粉為顏料，以表面有機改性的納米氫氧化鎂作為阻燃和抑煙填料，加上協效阻燃劑和助劑，經過球磨、高速分散、攪拌工藝復合而成；以質量份計，該涂料中包含丙烯酸類乳液40-100份、水10-30份、 氧化鋯5-20份、堇青石5-20份、金紅石型鈦白粉5-20份、表面有機改性的納米氫氧化鎂阻燃劑10-60份以及協效阻燃劑1-10份。
10.根據權利要求9所述的功能涂料，其特征在于所述的氧化鋯粉體的粒徑為 30-100nm，所述的堇青石的粒徑為3_10 μ m，所述的納米氫氧化鎂平均粒徑為50-100nm。
全文摘要
本發明涉及綠色環保型阻燃抑煙功能涂料及其制法，該涂料是以丙烯酸類乳液作為成膜材料，以堇青石和氧化鋯作為近紅外輻射功能填料，以表面有機改性納米氫氧化鎂作為阻燃和抑煙填料，加上協效阻燃劑和助劑，經過球磨、高速分散、攪拌工藝復合而成。其中，氧化鋯粉體的粒徑為30-100nm，堇青石的粒徑為3-10μm，納米氫氧化鎂平均粒徑為50-100nm。制得的涂料具有良好的保溫隔熱性能，納米氫氧化鎂和協效阻燃劑的添加，使其干膜的氧指數達23-30，阻燃效果理想，抑煙作用顯著，不但達到了阻燃目的且綠色環保。
文檔編號C09D7/12GK102241931SQ20111015904
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月14日 優先權日2011年6月14日
發明者唐國翌, 宋國林, 錢鵬 申請人:清華大學深圳研究生院