[发明专利]一种含磷阻燃环氧水性自乳化固化剂及应用

说明书

技术领域

本发明涉及防火阻燃涂料，具有涉及一种含磷阻燃环氧水性自乳化固化剂及应用，特别是在制备钢结构或钢混结构用的环氧防火阻燃涂料中的应用。

背景技术

随着建筑业的迅速发展，各种新型建筑技术和材料被广泛应用于现代建筑中。其中，钢结构以其强度高，自重轻，性能稳定，施工周期短等优点，已越来越多在高层建筑、大跨度结构建筑和轻型结构建筑中展示出其强大的生命力。然而，钢材的机械强度随着温度的升高而降低的，即钢结构和混凝土结构的屈服极限会随着温度的上升而急剧下降。普通碳钢结构在550℃以上就会丧失结构强度，失去承载能力，以致造成无法弥补的灾难性损失。

钢结构建筑的空间造型非常复杂，如果用其他的方法很难达到彻底防火保护的要求，只有其表面涂装防火涂料才能彻底地起到防火的目的，且涂刷防火涂料以其施工方便、质量轻、成本低、不受构件几何形状限制等特点，成为应用范围最广、效率最高的钢结构防护方法。目前，高达 90%的钢结构都是使用这种防火涂料方法来进行防火保护。

基于防火效果和环境保护的综合考虑, 水性防火涂料的使用越来越广泛。水性防火涂料是用于可燃性基材表面、能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延、用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。目前水性防火涂料存在的最大问题是耐老化性问题。老化致使水性防火涂料出现粉化、起泡、脱落现象，从而涂层的防火性能和理化性能均有不同程度的下降，耐火极限明显降低。影响水性涂料防火性能的因素主要是成膜物和防火添加剂，另外，防火涂料往往因老化或其它原因而失去其应有的防火性能。

水性环氧树脂具有粘附性能高，成膜能力好以及耐热等性能优异，是钢或钢混防火涂料首选的树脂基料，特别是符合环保要求的水性环氧树脂。

环氧树脂的水性化技术是水性环氧树脂与环氧树脂固化剂水性化同步发展的。自上世纪70年代，通过在低分子量环氧树脂中加入固化剂，借助外界强制实现环氧树脂乳化；80年代，反应性乳化剂的使用，有效解决了乳化剂在涂层中的迁移，但是由于环氧树脂与固化剂固化后的不均匀性，导致涂层交联不够充分；90年代，开发出了水分散体环氧树脂固化剂，该固化剂的结构和环氧树脂相似，因此不发生相分离，且水的间隔作用使体系粘度降低，兼具固化和乳化双重功能。

水性环氧防火涂料将环氧树脂与阻燃剂混合成膜，因其成膜性好、附着力强、清洁环保等特点而备受青睐，然而，这种外加阻燃剂型防火涂料存在阻燃剂在基体树脂中的分散性问题，导致涂料阻燃长效性欠佳。如美国专利US5919844, US5932637, US6348523, US6713163和欧洲专利EP1359174中利用磷基阻燃添加剂（如磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、间苯二酚双（磷酸二苯酯）、双酚A双（磷酸二苯酯））代替含卤素阻燃添加剂，添加到环氧树脂组合物中，保持其不燃性，然而，这种非反应性磷酸酯的主要问题是低玻璃化转变温度和环氧的高吸湿性。

反应型阻燃水性环氧体系将阻燃剂以化学键键合到环氧树脂骨架中，能保持阻燃效果的持效性。反应性阻燃水性环氧涉及包括对环氧树脂或固化剂进行水性化设计。

对于环氧这样一种双分子体系，无卤阻燃因子磷既可以通过存在于环氧单体分子链上，也可以以固化剂的形式化学键合到环氧聚合物的分子骨架上。S.levchik和E.Weil建议用反应型阻燃剂代替卤化阻燃剂。US4973631，US6470732，US6733698等描述了用双官能或三官能氧化膦剂作为固化剂。EP0806429和US6645631将磷基阻燃剂9.10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物与环氧树脂预反应，封端环氧链，而EP1103575，EP1537160和美国专利US6291626，US6441067将含磷阻燃剂9.10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物与酮或醌化合物预反应，分子中的羟基或胺基再固化环氧树脂。这两种方式都导致了分子复杂性，增加了环氧树脂成本，且磷含量低。

相较于对已经商品化的环氧进行阻燃改性，通过化学反应将含磷阻燃因子引入到诸如多胺固化剂中，这种多胺变性方法更简便易行，而且成本更具优势。