摘要:以過硫酸銨為引發劑,OP-10為乳化劑,在聚乙烯醇保護下,用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯進行共聚,合成乳液型丙烯酸酯樹脂,并用紅外光譜表征。用磷酸、五氧化二磷、季戊四醇反應生成的酯型中間體與三聚氰胺混合,制得膨脹型阻燃劑,用紅外光譜表征并對其進行熱重分析。用自制膨脹型阻燃劑與乳液型丙烯酸樹脂及少量硅溶膠按一定比例混合調勻,制備超薄型鋼結構防火涂料,根據國家標準對涂料性能進行檢測,其基本性能達到防火涂料要求。
關鍵詞:水性;丙烯酸酯樹脂;防火涂料;阻燃劑
隨著我國城市規模的發展,鋼結構在我國建筑業的應用具有非常廣闊的前景。根據國內外有關資料報道及有關機構的試驗和統計數字表明,鋼結構建筑的耐火性能較磚石結構和鋼筋混凝土結構差。鋼材的機械強度隨溫度的升高而降低,在500℃左右,其強度下降到40—50%,鋼材的力學性能,如屈服點、抗壓強度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降,很快失去支撐能力,導致建筑物垮塌。因此,對鋼結構進行保護勢在必行。
在鋼結構表面刷涂或噴涂防火涂料,起防火隔熱作用,防止鋼材在火災中迅速升溫而降低強度,避免鋼結構失去支撐能力而導致建筑物垮塌。防火涂料按其涂膜厚度分為厚涂型、薄涂型和超薄型三種,其中超薄型鋼結構防火涂料用量最大,約占防火涂料的90%,但一般為溶劑型,雖然耐火性能優越,但在生產、施工中污染環境,有害人體健康。所以安全無毒、無空氣污染、施工工具易于清洗的水性環保超薄型鋼結構防火涂料成為人們關注的焦點,越來越受到人們的重視,成為各國研究的發展方向之一。
本文以水為分散劑,采用乳液聚合的方法,合成乳液型丙烯酸酯樹脂,考慮對涂料性能的影響,用硅溶膠對其加以改性,調整乳液與阻燃劑的不同配比,制得較為理想的防火涂料。
1·實驗部分
1.1試劑與儀器
甲基丙烯酸甲酯(AP)、丙烯酸丁酯(AP)、乳化劑(OP-10,AP)、聚乙烯醇(CP)、過硫酸銨(AP);季戊四醇(CP)、磷酸(AP)、五氧化二磷(AP)、三聚氰胺(CP);硅溶膠(固含量30%,平均粒徑10-20nm)。其中,甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯在反應前均進行蒸餾提純處理。
紅外光譜儀(Nicolet560,NicoletCo.),熱重分析儀(Q600,TA儀器公司)。微型球磨機(QMJ,吉林市計達粉體工程設備有限公司),鋼質涂膜樣板,煤油噴燈,自制;粉碎機(上海廣沙工貿有限公司),數字顯示式熱電偶配套組件(奧特溫度儀表廠)。
1.2丙烯酸樹脂乳液的制備
原料名稱質量分數
甲基丙烯酸甲酯30~40
丙烯酸丁酯50~60
乳化劑3~5
聚乙烯醇1.0~1.5
去離子水120~200
在三口燒瓶中加入定量的去離子水,加入去離子水的量為單體總量的1.5~2倍。加入適量的聚乙烯醇,加熱攪拌至90℃,回流15min,待聚乙烯醇完全溶解,加入乳化劑,回流15min;加入單體總量的1/4~1/3,乳化30min,滴加引發劑(過硫酸銨),充分反應至少30min,然后緩慢滴加單體,滴加單體完畢后,繼續反應1h。在滴加單體的過程中,定時定量的加入適量引發劑。反應結束,在80℃抽真空30min,脫除殘余單體,降至常溫,得到丙烯酸樹脂乳液,固含量為20~30%。共聚物中軟硬單體的比例根據需要進行調節。
1.3阻燃劑的制備與機理
按比例加磷酸、五氧化二磷、季戊四醇至反應燒瓶中,加熱充分反應制得粘稠狀的磷酸酯型中間體(五氧化二磷消耗產物水,進一步生成磷酸酯型中間體);將此中間體與一定量的三聚氰胺混合,混合均勻在150℃加熱3h,得到白色的疏松固體。經粉碎,過200目篩,得到一種磷酸季戊四醇酯三聚氰胺鹽阻燃劑。阻燃劑制備中各物料得配比依據膨脹型阻燃劑所需要得磷-氮-碳配合比例(即合適的酸源,氣源,碳源)投料。經測定,此類阻燃劑在25℃水中的溶解度<1.0%,熔點>175℃。
1.4丙烯酸酯樹脂乳液防火涂料的制備
原料名稱質量分數
丙烯酸酯樹脂乳液40~50
硅溶膠2.0~8.0
鈦白粉0.5~2.5
阻燃劑30~35
助溶劑1.8~2.0
消泡劑0.8~1.8
去離子水12~15
制備過程:按配方,在阻燃劑與鈦白粉的混合物中加入去離子水,并攪拌均勻;加入助溶劑(醇醚類物質),先經高速攪拌機攪拌均勻,再經球磨機研磨至涂料要求的細度;在丙烯酸樹脂乳液中加入硅溶膠,攪拌均勻后,與研磨好的阻燃劑、鈦白粉的混合物混勻,加入消泡劑(磷酸三丁酯等),得到水基型防火涂料。 |
