專利名稱：阻燃涂料組合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻燃涂料組合物，尤其涉及制備能有效耐火的阻燃涂料組合物的方法，該方法通過混合水溶性樹脂，丙烯酰類樹脂或氨基甲酸酯類樹脂與阻燃劑、阻燃助劑、稀釋劑和添加劑來制備阻燃涂料組合物。
背景技術(shù)：
由于建筑物需要進(jìn)行內(nèi)部裝修，因此會用到各種易燃材料，如木板、泡沫聚苯乙烯、合成樹脂模鑄品等等，這些材料都具有遇火易燃并產(chǎn)生大量有害氣體的缺點。因此，這些易燃的內(nèi)部裝飾物直接導(dǎo)致大火的快速蔓延。尤其是，熱塑性樹脂在化學(xué)結(jié)構(gòu)上是一種包含氧、氫、碳等物質(zhì)的易燃有機材料，因此能快速燃燒。此外，在熱塑性樹脂燃燒過程中會產(chǎn)生大量含有害氣體的煙，因此其次會導(dǎo)致死亡的發(fā)生。
近年來，已進(jìn)行了耐火方面的研究，來阻止火災(zāi)的發(fā)生，并開發(fā)了許多阻燃材料在實際應(yīng)用中抑制火災(zāi)，例如，用在建筑材料、電子和電器產(chǎn)品以及電纜上。
例如，美國專利No.5,326,800公開了一種制備阻燃材料的方法，該方法使用含聚碳酸脂的玻璃纖維與堿金屬和銨鹽混合。此外，韓國專利公開文獻(xiàn)No.1999-0036727公開了一種含氫氧化鎂顆粒和氫氧化鋁顆粒的耐火樹脂組合物。但是，由于阻燃材料在制備過程中是單獨分別加到樹脂組合物中才制得耐火產(chǎn)品的，因而上述這些專利存在制備過程復(fù)雜的缺點。
為了在所需的物品上直接涂覆阻燃涂料組合物制得耐火產(chǎn)品，而無需復(fù)雜的制備過程，韓國專利公開文獻(xiàn)No.2002-0003925公開了一種用在建筑上的阻燃涂料，包含二氧化硅、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂和氧化鈉。
另外，美國專利No.4,532,287公開了一種在有機材料制成的纖維或樹脂板的表面上涂覆含鹵化物的耐火涂料，而使該纖維或樹脂板具有耐火性的方法。
但是，上述方法也有缺點，如使用有害環(huán)境的鹵化物，在制備、使用和處理化合物的過程中會產(chǎn)生大量的環(huán)境污染物。
盡管美國專利No.5,500,480記載了采用金屬氫氧化物如氫氧化鋁代替鹵化物來解決這些問題，但使用大量的金屬氫氧化物會導(dǎo)致終產(chǎn)物的金屬特性和耐熱性能的下降，給阻燃性裝修物帶來負(fù)面的影響。
傳統(tǒng)的耐火產(chǎn)品存在各種問題，例如，由于需要在耐火化合物的協(xié)助下才能制備阻燃劑而使制備過程復(fù)雜，很難給產(chǎn)品提供阻燃特性，以及阻燃性能低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，從而提供一種阻燃涂料組合物，該阻燃涂料組合物包含水溶性樹脂，丙烯酰類樹脂或氨基甲酸酯類樹脂與阻燃劑、阻燃助劑、稀釋劑和添加劑的混合物。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種制備阻燃產(chǎn)品的方法，該方法包括在所需的基底上涂覆阻燃涂料組合物。
本發(fā)明的最佳實施方式本發(fā)明涉及一種阻燃涂料組合物，包含占涂料組合物總重量百分比為10-50wt％的水溶性樹脂、丙烯酰類樹脂或氨基甲酸酯類樹脂；10-30wt％的阻燃劑；8-20wt％的阻燃助劑；30-45wt％的稀釋劑和0.1-0.5wt％的添加劑。
此外，本發(fā)明還涉及一種制備阻燃產(chǎn)品的方法，包括將水溶性樹脂、丙烯酰類樹脂或氨基甲酸酯類樹脂與阻燃劑、阻燃助劑、稀釋劑和添加劑均勻混合，得到阻燃涂料組合物；在基底上涂覆阻燃涂料組合物；并通過加熱和干燥在80-150℃的溫度范圍內(nèi)對涂覆阻燃涂料組合物的基底進(jìn)行熱處理。
此處，“阻燃”是指耐火，耐燃。
用于本發(fā)明的合適的水溶性樹脂是指能在水中溶解和分散的合成樹脂，典型的代表是可溶性酚醛樹脂、尿素樹脂預(yù)縮合物、三聚氰胺樹脂預(yù)縮合物、聚乙烯醇、聚環(huán)氧乙烷、醇酸樹脂、丙烯酰類樹脂、聚氨基甲酸酯樹脂、環(huán)氧酯樹脂等。作為可用的水溶性樹脂，至少一個合成樹脂是選自醇酸樹脂、丙烯酰類樹脂、聚氨基甲酸酯樹脂、環(huán)氧酯樹脂及其混合物。尤其是，優(yōu)選具有低聚合度的合成樹脂，使用量為涂料組合物總重量的10-50wt％，優(yōu)選15-30wt％。
用于本發(fā)明的丙烯酰類樹脂是指丙烯酸樹脂或聚丙烯酸酯丙烯酸類樹脂。這類樹脂的使用量為涂料組合物總重量的10-50wt％，優(yōu)選15-30wt％，例如聚甲基丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯-丙烯酸烷基酯共聚物。在甲基丙烯酸烷基酯-丙烯酸烷基酯共聚物的情況下，甲基丙烯酸烷基酯單元的含量為約50-99wt％，丙烯酸烷基酯單元的含量為約1-50wt％。
甲基丙烯酸烷基酯包括如甲基丙烯酸甲酯。具有2-10個碳原子烷基基團的丙烯酸烷基酯可以是例如丙烯酸乙基酯，丙烯酸正-丙基酯、丙烯酸異丙基酯、丙烯酸正-丁基酯、丙烯酸異丁基酯、丙烯酸己基酯、丙烯酸辛基酯等。
本發(fā)明的氨基甲酸酯類樹脂的使用量為涂料組合物總重量的10-50wt％，優(yōu)選15-30wt％，并包括異氰酸酯和多元醇。異氰酸酯的例子包括TDI(甲苯二異氰酸酯)，MDI(二苯基甲烷二異氰酸酯)，HDI(1，6-六亞甲基二異氰酸酯)，PPDI(對-亞苯基二異氰酸酯)，HMDI(4，4-雙環(huán)己基甲烷二異氰酸酯)，改性的異氰酸酯等。由于多元醇具有兩個或兩個以上的羥基，因此可以使用例如聚酯型多元醇，PHD多元醇，胺改性的多元醇，硅改性的多元醇，氨基甲酸酯改性的多元醇等。
本發(fā)明阻燃劑的使用量為涂料組合物總重量的10-30wt％，優(yōu)選12-20wt％?？梢允褂帽绢I(lǐng)域公知的任何阻燃劑，優(yōu)選采用磷酸化、鹵化或無機的阻燃劑。
在本發(fā)明中，阻燃助劑本身并不防火，但是當(dāng)它與阻燃劑一起使用時，比單獨使用阻燃劑能進(jìn)一步增加防火效果。因而，盡管只使用了少量的助劑，但是能表現(xiàn)出足夠的防火效果。在這種情況下，阻燃助劑的使用量為涂料組合物總重量的8-20wt％，優(yōu)選10-15wt％。阻燃助劑的例子包括三氧化銻、五氧化銻、硼酸鋅、碳黑、硼酸、固體石蠟等。尤其是，優(yōu)選使用三氧化銻或硼酸鋅。
由于阻燃助劑與阻燃劑一起使用時能提高防火效果，因而阻燃助劑的用量盡可能小。一般來說，助劑的使用量時阻燃劑的1/3-1/2wt％。
本發(fā)明稀釋劑的選擇需要考慮揮發(fā)性、可溶性以及與樹脂的相容性，例如可選用甲乙酮、甲苯、異丙醇、乙醇和甲醇。
稀釋劑的使用量為涂料組合物總重量的30-45wt％。如果稀釋劑的使用量小于30wt％，則涂覆層會變厚，或者當(dāng)在基底表面涂覆了阻燃涂料組合物時涂覆的表面會不平坦。并且，當(dāng)稀釋劑的量超過45wt％時，會導(dǎo)致防火效果的下降。
本發(fā)明所用的添加劑是為了確保阻燃涂料組合物的表面均勻化程度高，從而使涂覆過程簡單，同時使組合物能被干凈地涂覆到基底表面。結(jié)果，添加劑使組合物易分散，得到易儲存和易用的產(chǎn)品。
表面均勻化程度高意味著克服了在產(chǎn)品上涂覆涂料組合物時經(jīng)常產(chǎn)生的表面缺陷問題，因而涂覆層呈現(xiàn)出好的外觀，并具有期望的保護功能。
添加劑選自丙烯酸酯共聚物，酸性共聚物的烷基銨鹽，不飽和的聚胺酰胺鹽，極性酸酯，羧酸酯，聚醚改性的二甲基聚硅氧烷，聚酯改性的二甲基聚硅氧烷，聚甲基烷基硅氧烷，烷基改性的聚甲基烷基硅氧烷，聚丙烯酸酯共聚物等。
用來保持表面濕度的添加劑的使用量為阻燃涂料組合物總重量的0.1-0.5wt％，優(yōu)選0.1-0.3wt％。作為添加劑的分散劑的用量是固體含量的1.0-1.5wt％或5-6wt％，根據(jù)所用的固體含量發(fā)生變化。在本發(fā)明中，含量范圍在1.0-1.2wt％之間。
將包含上述組分的阻燃涂料組合物涂覆到基底上，該過程通過一系列制備阻燃涂料組合物的步驟，在基底上涂覆涂料組合物，通過加熱和干燥在80-150℃范圍內(nèi)對涂覆后的基底進(jìn)行熱處理。
這兒，術(shù)語“基底”是指在燃燒時會產(chǎn)生有害氣體的固體物，例如用作建筑材料，如包裝材料、墻紙、地板材料、墻面材料或裝修材料、彈力材料、裝飾材料、絕緣材料和日常用品的塑料，包含泡沫聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯，聚氯乙烯。此外，房屋或電子和電器產(chǎn)品的電纜所包含的材料在燃燒時也會產(chǎn)生有害氣體。任何基底只要經(jīng)過涂覆處理涂覆上阻燃涂料組合物而產(chǎn)生阻燃性能，則都能使用至其產(chǎn)品最長期限。必要的話，可在阻燃涂料組合物中加入顏料來產(chǎn)生顏色。
制備阻燃涂料組合物的步驟是指水溶性樹脂、氨基甲酸酯類樹脂或丙烯酰類樹脂與阻燃劑、阻燃助劑、稀釋劑和添加劑混合，制得均勻的組合物。
在下述實施例的啟示下將更好地理解本發(fā)明，但是本發(fā)明的內(nèi)容并不限于實施例。
實施例16g的丙烯酰類樹脂A-9540[Aekyung Chemical，韓國]和5g的稀釋劑MEK[Duksan Chemical Co.，韓國]相混合并充分?jǐn)嚢?，加?g的阻燃劑TBBA[Nippon Chemical，日本]并攪拌。
然后，將0.06g的表面潤濕添加劑BYK-306[BYK，德國]和5g MEK[Duksan Chemical Co.，韓國]的混合物滴加到反應(yīng)混合物中，并攪拌。
用稀釋劑稀釋0.45g的分散劑Disperbyk-161[BYK，德國]制得15％濃度的溶液，將該溶液緩慢加入到反應(yīng)混合物中，然后再將3g的阻燃助劑Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.，Korea]加到混合物中，得到阻燃涂料組合物。
實施例2按照實施例1的方法制備阻燃涂料組合物，不同的是采用4g的Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.，韓國]作為阻燃助劑來代替3g的Sb2O3[IlsungAntimony Co.Ltd.，韓國]。
實施例3按照實施例1的方法制備阻燃涂料組合物，不同的是采用A-881[Aekyung Chemical，韓國]作為丙烯酰類樹脂來代替A-9540[AekyungChemical，韓國]。
實施例46g的氨基甲酸酯類樹脂12-406[Aekyung Chemical，韓國]和5g的稀釋劑MEK[Duksan Chemical Co.，韓國]相混合并充分?jǐn)嚢瑁尤?g的阻燃劑TBBA[Nippon Chemical，日本]。
然后，將5g的表面潤濕添加劑BYK-306[BYK，德國]和5g MEK[Duksan Chemical Co.，韓國]的混合物滴加到反應(yīng)混合物中，并攪拌。
用稀釋劑稀釋0.45g的分散劑Disperbyk-161[BYK，德國]制得15％濃度的溶液，將該溶液緩慢加入到反應(yīng)混合物中，然后再將3g的阻燃助劑Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.，Korea]加到混合物中，得到阻燃涂料組合物。
實施例5按照實施例4的方法制備阻燃涂料組合物，不同的是采用4g的Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.，韓國]作為阻燃助劑來代替3g的Sb2O3[IlsungAntimony Co.Ltd.，韓國]。
實施例6按照實施例4的方法制備阻燃涂料組合物，不同的是采用Mg(OH)2[Kyowa Chemical，日本]作為阻燃劑來代替TBBA[NipponChemical，韓國]。
實施例7按照實施例4的方法制備阻燃涂料組合物，不同的是采用硼酸鋅[BORAX，USA]作為阻燃助劑來代替Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.，韓國]。
實施例8按照實施例4的方法制備阻燃涂料組合物，不同的是采用1.5g的硼酸鋅[BORAX，USA]和1.5g的Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.，韓國]一起作為阻燃助劑來代替Sb2O3[Ilsung Antimony Co.Ltd.，韓國]。
實施例9將實施例1制得的阻燃涂料組合物用浸涂法涂覆到PE電纜上，涂層厚度為20-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實施例10將實施例4制得的阻燃涂料組合物用浸涂法涂覆到PE電纜上，涂層厚度為20-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實施例11將實施例6制得的阻燃涂料組合物用浸涂法涂覆到PE電纜上，涂層厚度為20-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實施例12將實施例7制得的阻燃涂料組合物用浸涂法涂覆到PE電纜上，涂層厚度為20-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實施例13將實施例1制得的阻燃涂料組合物用輥涂法涂覆到PVC膜上，涂層厚度為10-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實施例14將實施例4制得的阻燃涂料組合物用輥涂法涂覆到PVC膜上，涂層厚度為10-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實施例15將實施例6制得的阻燃涂料組合物用輥涂法涂覆到PVC膜上，涂層厚度為10-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實施例16將實施例7制得的阻燃涂料組合物用輥涂法涂覆到PVC膜上，涂層厚度為10-30um，在120℃下熱處理2分鐘。
實驗測試為了檢測所涂覆的阻燃涂料組合物的物理特性，測試了表面特性、燃燒時的滲出情況以及耐火性能。
根據(jù)UL-1581(VW-1)對電纜進(jìn)行了燃燒測試，對于PVC膜或塑料板則采用了45°微焰燈的方法進(jìn)行測試。
涂覆上了實施例1-8制備的涂料組合物的每個電纜都按照UL-1581(VW-1)進(jìn)行了測試。結(jié)果見表1所示。
表1

注[×差，○好]根據(jù)對一種電力電纜，XLPE電纜進(jìn)行的耐火評價方法測試，上表1顯示了耐火性和表面特性依賴于所用的阻燃劑含量。結(jié)果說明，本發(fā)明的涂料組合物在燃燒時沒有滲出現(xiàn)象，通過了UL-1581(VW-1)測試。
另一方面，根據(jù)45°微焰燈的方法，使用No.#12的條形涂布器(barcoater)將實施例9-16制得的每種涂料組合物涂覆到PVC膜上，厚度為30um，然后裁成寬35cm、長25cm尺寸的待測樣品。根據(jù)45°微焰燈的方法，將3個待測樣品置于火口(KUKDONG Fire Prevention CO.)處。采用Korea Fire Equipment Inspection Corporation的相同方法，評價了下述特性。
結(jié)果見下表2。
表2

如表2所述，本發(fā)明組合物的粘附性很好，沒有滲出現(xiàn)象，并通過了45°微焰燈方法的測試。
本發(fā)明阻燃涂料組合物從韓國防火設(shè)備檢測公司(Korea FireEquipment Inspection Corporation)獲得了耐火證書。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，本發(fā)明的阻燃涂料組合物包括水溶性樹脂、丙烯酰類樹脂或氨基甲酸酯類樹脂與阻燃劑、阻燃助劑、稀釋劑和添加劑的混合物，將該涂料組合物涂覆到燃燒時會產(chǎn)生有害氣體的基底上，由于涂覆的涂層上包含不燃燒的材料，從而阻礙了燃燒的發(fā)生。這樣，有害氣體的產(chǎn)生被降低到了最低程度，保證了在初期的一段時間能抑制火災(zāi)的蔓延，增加了安全性。
此外，本發(fā)明的涂料組合物是液態(tài)的，因而能給任何基底提供防火性能。與傳統(tǒng)的固體阻燃劑相比，本發(fā)明的涂料組合物能進(jìn)一步增加阻燃裝修材料的使用。
本發(fā)明已通過舉例來說明，應(yīng)該理解的是，所用的術(shù)語應(yīng)根據(jù)說明書的本意來理解，而不是用于限制。在上述教導(dǎo)的啟示下，本發(fā)明還可做許多修飾和變動。因而，本發(fā)明的范圍應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求的范圍來確定。
權(quán)利要求
1.一種阻燃涂料組合物，包括占涂料組合物總重量百分比為10-50wt％的水溶性樹脂，丙烯酰類樹脂或氨基甲酸酯類樹脂，10-30wt％的阻燃劑，8-20wt％的阻燃助劑，30-45wt％的稀釋劑和0.1-0.5wt％的添加劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料組合物，其中，所述的水溶性樹脂包括至少一種選自下述的合成樹脂醇酸樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、環(huán)氧乙烷樹脂及其混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料組合物，其中，所述的丙烯酰類樹脂包括聚甲基丙烯酸烷基酯，甲基丙烯酸烷基酯-丙烯酸烷基酯共聚物或它們的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料組合物，其中，所述的氨基甲酸酯類樹脂包括異氰酸酯，多元醇或它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料組合物，其中，所述的阻燃助劑包括三氧化銻、五氧化銻、硼酸鋅、碳黑、硼酸、固體石蠟或它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涂料組合物，其中，所述的稀釋劑包括甲乙酮、甲苯、異丙醇、乙醇，甲醇或它們的混合物。
7.一種制備阻燃產(chǎn)品的方法，包括下述步驟在基底上涂覆權(quán)利要求1至6任意一項所述的阻燃涂料組合物，通過加熱和干燥在80-150℃的溫度范圍下對涂覆的基底進(jìn)行熱處理。
8.一種采用權(quán)利要求1至6任意一項所述的阻燃涂料組合物涂覆的基底。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種阻燃涂料組合物，包括占涂料組合物總重量百分比為10－50wt％的水溶性樹脂，丙烯酰類樹脂或氨基甲酸酯類樹脂，10－30wt％的阻燃劑，8－20wt％的阻燃助劑，30－45wt％的稀釋劑和0.1－0.5wt％的添加劑。由于在涂覆層中包含不燃燒的材料，著火時，被涂覆的材料的燃燒會受到阻礙。同樣，有害氣體的產(chǎn)生也會降低至最小程度，因而能保證在初期的一段時間能抑制火苗，增加了安全性。
文檔編號C08K3/00GK1708562SQ03825458
公開日2005年12月14日 申請日期2003年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月29日
發(fā)明者河唇昱, 河唇憲, 洪止女, 曹升鉉 申請人:宇振技術(shù)21有限公司, 河唇昱