[发明专利]一种疏水改性三元膨胀阻燃剂及其制备方法和水性膨胀型防火涂料

说明书

本发明提供一种疏水改性三元膨胀阻燃剂及其制备方法和水性膨胀型防火涂料，该阻燃剂能够应用于水性膨胀型防火涂料配方中实现涂层耐静态水泡、动态水淋不起层、发泡及脱落，防火性能耐水测试后保持较好的性能。制得的阻燃剂表面包覆了有机硅烷化合物而极性非常低且不溶于水，具体的说是氟取代硅烷和乙烯基硅烷通过酸性环境下的水解、在一定温度下和膨胀阻燃剂粉体表面羟基聚合，得到的阻燃剂具有很好的疏水性和极低的吸水率。由疏水改性三元膨胀阻燃剂和醋酸乙烯酯‑乙烯(VAE)水性共聚物乳液，颜填料，助剂等制备的水性膨胀型防火涂料完全满足GB14907‑2018中涂层耐水24h不起层、发泡、脱落且隔热效率衰减量≤35％的要求，赋予涂层良好的综合性能。

技术领域

本发明涉及阻燃剂技术领域，尤其涉及一种疏水改性三元膨胀阻燃剂及其制备方法和水性膨胀型防火涂料。

背景技术

水性膨胀型防火涂料是以聚合物乳液为粘结剂，聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇三种材料混合而成的粉体为三元膨胀阻燃剂，再添加无机颜料、增强填料、助剂和水组成的液体涂料。

疏水性是评价材料抗水分子结合的重要参数。由于三元膨胀阻燃剂中的聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇自身结构特点，三者具有不同程度的水溶性造成涂层耐水测试时阻燃剂的随水溶出问题，聚磷酸铵链结构中的铵根离子还会和水中氢离子发生置换反应，这些都造成用三元膨胀阻燃剂制备的水性膨胀型防火涂料泡水易起泡、起层，耐火性能下降等问题，所以水是致使水性膨胀型防火涂料干涂层综合性能下降的重要原因。

耐水性考察的是水性膨胀型防火涂料在形成干涂层后，涂层浸泡在水中一定时间后涂层外观变化。在某些应用领域，甚至还要考察耐水测试后涂层膨胀倍率、隔热性等关键指标的变化。如在2019年实施的GB14907-2018《钢结构防火涂料》国家标准中，就要考察耐水测试后涂层的耐火时间变化，标准要求耐火时间衰减量不能大于35％。因此，耐水性是水性膨胀型防火涂料的重要指标。在工程领域对耐水性的需求还表现在露天施工时，半干或实干涂层对突然降雨表现的耐雨淋性，也就是说涂层对于动态水的抵抗能力。这些就要求水性膨胀型防火涂层对静态水和动态水同时具有很好的抗性，并且在和水接触后恢复干燥状态的涂层能够尽量保证耐火性能不衰减。

使用聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇混合而成的三元膨胀阻燃剂制备的水性膨胀型防火涂料耐水性通常较差，干涂层在短时间泡水或淋雨后便会出现起泡甚至完全和基材脱开的问题，造成此类水性膨胀型防火涂料性能差的原因有主要为以下两点，为了确保涂层遇火发泡好就需要设计高颜基比的配方，然而较高的颜基比组成造成的颜料体积浓度PVC高于临界颜料体积浓度CPVC又带来的屏蔽性不足的问题，这是第一层原因；第二层原因是高添加量的三元膨胀阻燃剂中的聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇三者都是具有不同程度水溶性的物质，这三种物质在干膜中占重量比60％及以上，这进一步带来了水性膨胀型防火涂层耐水性的劣化。

在一定颜基比设计确保涂层遇火发泡性能的前提下，现有技术中提高水性膨胀型防火涂层耐水性主要从乳液改性、对三元膨胀阻燃剂(聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇)中一个或多个物料的改性、替换等这两个途径来优化涂层耐水性。

乳液改性的方法，如武汉工程大学代梦琴的硕士学位论文《改性核壳乳液及微胶囊化阻燃体系在膨胀型防火涂料中的应用研究》公开的采用单体预乳化和种子乳液聚合工艺，制备了蒙脱土改性软核硬壳丙烯酸酯乳液。该研究将有机改性蒙脱土添加于乳液的核层，平行排列的蒙脱土形成了屏障效应，增强了乳液和防火涂料的防水性。但这种方法改性的乳液具两个玻璃化转变温度，自然成膜的膜表面致密度高，这造成乳液和三元膨胀阻燃剂分解温度匹配不理想，树脂熔融后的高粘度限制了发泡炭层的膨胀过程，炭层膨胀倍率低，导致耐火性能的降低。