[发明专利]一种改性磷-氮膨胀型防火涂料的制备方法

说明书

本发明公开了一种改性磷‑膨胀型防火涂料的制备方法，其组成包括酸源、气源及一种化学改性的炭源即多元醇磷酸酯，还包括对所述酸源、气源及炭源各组分具有表面改性作用的分散剂、润湿剂、消泡剂，以及对所述酸源、气源及炭源各组分具有粘结作用的聚合物粘结剂等，通过化学改性的炭源即多元醇磷酸酯，以及对磷‑氮膨胀型防火涂料的酸源、气源及炭源等各组分混合体系表面改性，使磷‑氮膨胀型防火涂料在聚合物粘结剂中具有良好的分散性、润湿性及相容性，克服防火涂料各组分的水敏性及在聚合物粘结剂中易迁移等缺陷，获得具有良好综合性能的改性磷‑氮膨胀型防火涂料。

技术领域

本发明涉及防火涂料技术领域，具体是一种改性磷-氮膨胀型剂防火涂料的制备方法。

背景技术

膨胀型阻燃剂在高温或燃烧时发生膨胀或发泡现象，形成不燃的炭质层，具有阻隔物质交换和能量交换的作用，使火焰熄灭，从而起到阻燃作用。目前，膨胀型阻燃剂现已用于建筑防火涂料。

产生膨胀作用需要三种主要成份：（1）酸源，酸源在加热时产生酸；（2）炭源，炭源为富含炭原子的化合物，在酸的作用下脱水成炭；（3）气源，气源在受热时释放出挥发性产物，一般为胺类或酰胺化合物；胺或酰胺还对形成炭的反应起催化作用，水蒸气也会产生气泡效应。

典型的膨胀型阻燃剂是聚磷酸铵（APP）/三聚氰胺（MA）/季戊四醇（PER）或季戊四醇磷酸酯（PEPA）及其衍生物。根据Camino. G等人的研究结果，膨胀型阻燃体系中酸源、炭源和气源三种组分的比例为磷原子∶季戊四醇结构单元∶三聚氰胺(P∶PER∶M )=1∶0.5∶0.3时，具有最佳的阻燃效果。在APP/PEPA/MA体系中，APP为酸源，PER或PEPA为炭源，MA为气源(或称发泡源)。作为酸源的APP在高温下能迅速分解成聚磷酸(或聚偏磷酸)和NH₃。聚磷酸(或聚偏磷酸)是强脱水剂，使炭源和聚合物脱水炭化，形成热传导很低的不挥发性焦炭，隔绝了聚合物与氧的结合，在固相起阻燃作用，而生成的NH₃稀释了阻燃聚合物表面的空气中O₂的浓度和可燃气体的浓度，在气相上起到了阻燃作用；作为炭源的PEPA在聚磷酸或聚偏磷酸作用下发生分子间或分子内的脱水反应，在高温下进一步发生脱氢、炭化、化学键断裂等各种化学反应, 最后形成网状炭质结构，同时，在阻燃聚合物燃烧时，PEPA结构中的P=O键本身就能起到脱水剂的作用；发泡源MA受热分解放出NH₃，同时生成炭，放出的NH₃不仅稀释气相中的氧气浓度，同时可将炭层吹起。正是由于酸源的热分解、炭源的脱水炭化、发泡源的分解产生气体使炭层膨胀等协同作用，使阻燃聚合物燃烧时表面形成了一层蓬松多孔的炭层，阻隔了热传递和O₂的扩散，有效地延缓并阻止了聚合物的热降解，抑制了挥发性可燃组分的产生，从而达到阻燃的目的。正是由于膨胀炭层减少了可燃气体和烟雾的释放，同时有效地阻止了聚合物燃烧产生熔融滴落现象，从而阻止了火焰的传播。

膨胀型阻燃剂在高温或燃烧条件下形成不燃、隔热的炭层，具有优异的防火作用，可用于桥梁、隧道、厂房等的防火涂料。但是，膨胀型阻燃剂用于防火涂料，存在下列三个主要的问题。第一个问题是，膨胀型阻燃剂的三个组分都有较强的水敏性问题，易吸潮，使防火涂层的性能下降。第二个问题是，膨胀型阻燃剂与聚合物粘结剂相容性差。由膨胀型阻燃剂与聚合物粘结剂构成的防火涂层，阻燃剂易从聚合物中向表面迁移，造成起霜现象等，使防火涂层的防火性能下降。第三个问题是，膨胀型阻燃剂添加到聚合物中，会导致聚合物的力学性能大幅下降。所以，需要对磷-氮膨胀型阻燃剂进行改性，以提高防火涂料的综合性能。

目前，针对磷-氮膨胀型阻燃剂改性的方法，主要包括如下两方面：

第一，对传统的磷-氮膨胀型阻燃剂三组分进行物理改性，如用偶联剂等对磷-氮膨胀型阻燃剂三组分进行表面处理，或进行微胶囊化。这些方法，是经典的表面改性方法，用于磷-氮膨胀型阻燃剂表面改性，并没有达到理想的改性效果。