返回顶部
返回首页
返回首页
今日    | 手机版 | 信息站 | 企业 | 原料 | 热点 | 商道 | 资讯 |
home 您现在的位置: 首页 >家居家电>技术中心 > 详细信息
一种环保水性发光防火涂料的研究,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液
2019年12月12日    阅读量:1802     新闻来源:中国建材网 cnprofit.com    |  投稿

防火涂料是指涂敷于建筑物及构筑物表面以降低被涂材料的可燃性、阻滞火灾迅速蔓延、提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。根据使用溶剂的不同,防火涂料可分为溶剂型防火涂料和水性防火涂料。


溶剂型防火涂料涂膜质量较好,具有优异的耐候性及耐化学性、高光泽和耐磨性,但其价格高、制备和使用过程中大量的溶剂挥发对人体和环境均有害[1-2]中国建材网cnprofit.com。水性防火涂料则克服了溶剂型防火涂料的缺点,有利于环保和施工人员的健康与安全,在国内外涂料领域中越来越受重视,已成为防火涂料发展的一个重要方向[3-6]。


如今,在水性涂料基础上发展起来的水性蓄能发光涂料以其安全环保、吸光发光、节能无耗、循环长效而倍受欢迎,其涂膜在太阳光或灯光的照射下,能将光能吸收并贮存起来,在黑暗处,又将贮存的能量以光能的形式缓慢地释放出来。


虽然其余辉亮度随时间的延长而递减,但在一定条件下其可视亮度能持续十多个小时,且无放射性物质,并具有低(或零)VOC排放量[7-10]。该涂料可广泛应用于建筑物、人造景观、安全通道标志、特殊领域发光标志、文化艺术品的涂饰、交通及军事设施等,既有装饰美化功能又有安全警示作用,还有低度照明作用,既美化环境、方便生活,又节省电能,且无能耗。


虽然目前国内外对水性防火涂料和水性储能发光涂料有一定的研究,但将涂料的防火阻燃性能和发光性能同时进行的研究还鲜见报道。本文以自制的水性乳液为成膜物质,研制了一种具有光致发光功能的新型发光防火涂料,该涂料既具有较好的防火性能,又具有一定的光致发光功能,使用前景十分广阔。


1 实验部分

1.1 实验试剂

甲基丙烯酸甲酯(MMA),丙烯酸丁酯(BA),甲基丙烯酸(MAA),苯乙烯(St),十二烷基硫酸钠(SDS),非离子型乳化剂OP-10,过硫酸钾(KPS),异丙醇,聚磷酸铵(APP),三聚氰胺(MEL),季戊四醇(PER),钛白粉,氧化锌,市售发光粉。

1.2 乳液的合成

采用梯度乳液聚合法制备具有核/壳结构的水性丙烯酸酯乳液[11],实验配方见表1。

表1 乳液合成配方

一种环保水性发光防火涂料的研究,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液 中国建材网,cnprofit.com

乳液合成步骤为:(1)先将乳化剂、表面活性剂和水在机械搅拌状态下搅拌30 min至充分乳化,分成3份,然后将单体在搅拌条件下滴加到1份乳化液中,继续搅拌乳化1 h,得到单体预乳化液1#。单体乳化液2# 以相同步骤制备。(2)在装有温度计、加热控温仪、恒压滴液漏斗、搅拌器、冷凝管的500 mL四口烧瓶中于高速搅拌状态下(500 r/min)依次加入剩余1份含有pH缓冲剂的乳化液3#、1/2核单体预乳化液1#和1/3引发剂水溶液4#,此过程温度控制在40℃。混合均匀后,将转速调到中速(250 r/min),然后升温至70℃左右使之聚合。当出现蓝色荧光(意味着种子的产生)后,用两个滴液漏斗分别同步、缓慢滴加剩余的核单体预乳化液1# 及1/3引发剂水溶液4#,滴加完毕后升温到80℃,继续反应30 min,得到种子乳液。(3)向上述所得种子乳液中同时缓慢滴加壳单体预乳化液2# 及剩余1/3引发剂水溶液4#(控温在80℃),滴加完毕后升温至90℃继续反应1 h;(4)反应结束,降温至40℃以下,测乳液的pH,并用氨水调节pH至7~8,过滤,得到丙烯酸酯乳液。


1.3 防火涂料的配制

将脱水催化剂、炭化剂、发泡剂、填料、助剂、水及合成的乳液按一定比例混合制备得到相应的水性防火涂料,再引入发光材料即可配制得到水性发光防火涂料。

1.4 涂料试板的制作

采用一级松木五层胶合板(长×宽×厚,300mm×150mm×(5±0.2)mm),将涂料分三次涂刷在试板上(涂料总量达500g/m2,涂层厚度为0.2~0.4mm),室温干燥24h,得到防火涂料试板,待测。

1.5 防火性能测试

1.5.1 小室燃烧法

参照GB 15442.1-1995饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法,利用XSF-01型45度燃烧仪测定防火涂料的防火阻燃效果。

1.5.2 模拟大板燃烧法

参照GB/T 15442.2-1995饰面型防火涂料防火性能分级及试验方法(即模拟大板燃烧法),采用酒精喷灯燃烧法对防火涂料的防火性能进行考察。将试板固定在铁架台上,用酒精喷灯对试板涂有防火涂料的一面进行灼烧(喷灯喷嘴距离试板5cm),当试板背面变黑出现裂痕时停止灼烧,记录时间(即耐燃时间)。

1.6 发光性能测试

以普通日光灯为照射光源,利用MS 6610数字式照度计测试发光涂料的光照度。

2 结果与分析

2.1 不同配方对合成乳液成膜性能的影响

单体的比例差异对乳胶膜的硬度和乳液的最低成膜温度有显著影响[12]。如何使乳胶膜具有一定的硬度和足够的成膜温度,是乳液配方设计的关键问题。本文以MMA 和BA 为主要单体,MAA和St为功能性单体,在单体总用量相同的条件下,用不同种类及不同比例的单体为核(壳)单体合成水性丙烯酸酯乳液,所得结果列于表2。由表2结果可见,核(壳)单体及功能性单体的选择对合成乳液的成膜性能有较大的影响。

一种环保水性发光防火涂料的研究,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液 中国建材网,cnprofit.com

以40gMMA(硬单体)为壳单体,60g BA(软单体)为核单体,合成的乳液具有良好的成膜性能,所成的膜具有一定的硬度,但黏性不强。反之,若以40gMMA(硬单体)为核单体,60g BA(软单体)为壳单体,合成乳液也具有良好的成膜性能,所成的膜黏性较强,但硬度较差。


当在40g MMA(壳单体)+50g BA(核单体)体系中添加10g MAA作为核单体时,在乳液的合成过程中得不到种子乳液,最终也不能合成丙烯酸酯乳液,所得的混合物静置后产生大量的沉淀。在40g BA(壳单体)+50g MMA(核单体)体系中添加10g St作为功能性单体时,最后能合成得到乳白偏蓝相的乳液,但该乳液成膜很硬,且易开裂。而在60g BA(壳单体)+35g MMA(核单体)体系中添加5gMAA作为功能性单体时,能合成乳白偏蓝相的乳液,该乳液成膜性能良好,在玻璃片上所成的膜光滑平整,具有一定的黏性和硬度。

表2 不同核/壳单体对合成乳液的影响



从功能上来讲,MMA作为硬单体时能提高乳液成膜的硬度和强度,BA作为软单体能增加乳液成膜的柔软性和黏附性,而适量的MAA功能性单体有利于提高聚合物的水分散性及乳液涂膜的附着力和硬度[13]。一般而言,乳液能否形成连续的乳胶涂膜,主要由分散相聚合物的最低成膜温度(MFFT)决定,MFFT是指随着乳液体系中水份的挥发,乳胶粒子凝聚形成连续涂膜的最低温度。


而聚合物的玻璃化温度Tg 决定了乳液的最低成膜温度MFFT,即决定了乳液在一定温度下的成膜难易程度。当乳液在高于MFFT温度下的成膜过程中,壳层相互接触融合形成连续相,核则形成微观分散相,彼此相互融合、相互扩散,从而形成连续、透明的涂膜。


众所周知,聚合物的玻璃化温度Tg 由合成聚合物的单体的Tg 决定,因此,要想合成的乳液具有良好的成膜性能,并使所成的膜具有一定的黏度与硬度,必须选择合适的核/壳单体、功能性单体及相应的单体配比。本文选用成膜效果较好的配方5合成的乳液为成膜物配制防火涂料,并对其性能进行研究。


2.2 阻燃体系中各组分相对含量对阻燃效果的影响

根据参考文献和已有的试验结果,将涂料中阻燃体系的质量分数设定为40%。涂料防火阻燃效果以其耐燃时间作为评价指标,耐燃时间越长表明其防火性能越好。本文以阻燃体系的主组分APP(脱水成炭催化剂)、PER(成炭剂)和MEL(发泡剂)为3个因素,每个因素取3个水平,得到阻燃体系正交试验的因素与水平表,见表3,选用L9(33)正交表设计试验,正交试验表及相应结果分析列于表4。

表3 正交试验因素与水平表


一种环保水性发光防火涂料的研究,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液 中国建材网,cnprofit.com

表4中的T1、T2 和T3 表示各因素在相应水平下的平均耐燃时间,根据平均耐燃时间的长短可得出防火阻燃效果最好的配方是a1b3c3,即mAPP∶mPER∶mMEL=7∶3∶4。表4中R 为各因素相应水平下的平均耐燃时间数据的极差,分析结果表明,各因素对涂料防火性能的影响如下:因素c(MEL)的极差为3.0,影响最大;因素a(APP)的极差为2.7,影响次之。因素b(PER)的极差为1.0,影响最小。由此可见,在该阻燃体系中,发泡剂MEL对涂层的阻燃性能影响最大,脱水成炭催化剂APP影响次之,成炭剂PER影响较小。

2.3 水性发光防火涂料的最优配方及防火发光性能测试

根据正交试验结果和相应实验设计,确定了环保水性防火涂料的主要组分配比,然后添加设计量的发光粉得到了水性发光防火涂料的最优配方,见表5。

表5 水性发光防火涂料的最优配方

一种环保水性发光防火涂料的研究,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液 中国建材网,cnprofit.com

模拟大板燃烧法测得上述配方配制的涂料耐燃时间可达18 min。小室燃烧法测试结果(见表6)也表明该涂料具有优良的防火性能,防火等级可达一级。测试过的试板涂料炭化层为椭圆形膨胀层,且表面均匀致密、无裂纹。

表6 防火性能测试结果

一种环保水性发光防火涂料的研究,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液 中国建材网,cnprofit.com

分别以粉红色和蓝色的发光粉配制了发光防火涂料(图1a),并将涂有相应涂料的试板在普通日光灯下照射30 min,然后放入暗室测其发光强度。实验结果和现象表明,停止光照20 min内,两种发光涂料的光照度均为3 Lux,发出的粉红色和黄绿色光亮清晰可见(图1b)。随着时间延长至50 min时,光照度从3 Lux逐渐降低到0,发光亮度逐渐减弱,但依然清晰可见。这与纯发光粉在相同光照条件下处理后的发光现象一致(图1c)。另外,实验结果还表明,蓝色发光涂料的发光时间(约90 min)要长于粉红发光涂料的发光时间(约70 min);纯发光粉比相应涂料的发光时间约长20 min左右。这说明发光粉体的种类、用量或涂料中的其他组分等对其发光性能有一定的影响,具体影响规律还有待进一步研究。


一种环保水性发光防火涂料的研究,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸(MAA)为单体,采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液 中国建材网,cnprofit.com

图1 (a)发光涂料;(b)涂料在黑暗环境下发光;(c)发光粉在黑暗环境下发光

3 结 语

本文采用梯度乳液聚合法制备了水性丙烯酸酯乳液,以其为成膜物配制了发光防火涂料,并对其发光及防火阻燃效果进行了测试,结果表明:

(1)合成乳液的单体配比对乳液的最低成膜温度和乳胶膜的硬度有显著影响,致使不同配方制备的乳液的成膜性能有较大差别;

(2)配方中阻燃体系主组分mAPP∶mPER∶mMEL=7∶3∶4时,配制的涂料具有较好的防火阻燃性能,阻燃时间可达18min,防火等级为一级;

(3)向水性防火涂料中添加发光粉后,所得产品具有一定的光致发光功能。

一种环保水性发光防火涂料的研究


刘惠平,朱 鹏,刘章蕊,周 波

(上海应用技术学院城市建设与安全工程学院,上海 201418)


标签:行业资讯原料动态建材百科产品资讯建材应用市场评论技术中心家装材料家居家电成品材料建筑基材建筑材料
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与本网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571

全站地图 | 二级目录 | 上链请联系QQ:23341571

深圳网络警察报警平台 深圳网络警
察报警平台

公共信息安全网络监察 公共信息安
全网络监察

经营性网站备案信息 经营性网站
备案信息

中国互联网举报中心 中国互联网
举报中心

中国文明网传播文明 中国文明网
传播文明

深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
电子标识