本发明涉及阻燃涂层制备领域，特别涉及一种阻燃速干胶水及其制备方法。
背景技术：
：针对阻燃防火涂层的阻燃原理如下:(1)阻燃防火涂层本身具有难燃或不燃性，基材不直接与空气接触而延缓基材着火燃烧；(2)阻燃防火涂层遇火受热分解出不燃性气体，冲淡周围的易燃气体和氧气浓度，抑制燃烧；(3)阻燃防火涂层遇热能产生减缓或终止燃烧连锁反应的自由基；(4)阻燃防火涂层遇火或受热发泡膨胀，形成致密而均匀的海绵状或蜂窝状的致密炭质泡沫层，可延缓热量向基材传播，避免了火焰和高温对基材的烧蚀。目前阻燃防火涂层中多采用高分子阻燃材料进行制备，通常来说，凝聚相阻燃机理与气相阻燃机理是高分子阻燃材料的主要阻燃机理。凝聚相阻燃机理是指在聚合物遇热时生成保护性隔离炭层从而抑制高分子材料与外界之间的热交换与质量(裂解产物与氧气)转移进而实现阻燃。有些炭层如蜂窝状炭层还具有捕获自由基的作用。气相阻燃机理是指聚合物遇热释放大量的不燃气体物质以带走热量、稀释氧气与可燃性气体浓度、甚至是吹灭火焰从而实现阻燃。除了以上两个机理外，人们也提出了许多新的阻燃机理，如基于某些物理原理的新型阻燃机理等。对于那些含有众多阻燃元素与阻燃结构的高分子材料来说，阻燃机理需要按照实际情况进行分析。实际上，高分子材料的燃烧与阻燃均是十分复杂的过程，不同的阻燃机理也是不可截然而分的，高分子材料阻燃的实现通常是多种阻燃机理共同作用的结果。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题：本发明提供一种阻燃速干胶水及其制备方法，可同时通过凝聚相阻燃和气相阻燃两种阻燃方式增强毛毡等织物载体的阻燃效果。为解决上述技术问题，本发明提供以下的技术方案：一种阻燃速干胶水，由如下质量分数的组分组成：4-20％磷、氮化合物类阻燃剂，10-30％无机化合物类阻燃剂，60-80％聚醋酸乙烯胶粘剂1.5-3.5％碳黑，3-5％水；所述聚醋酸乙烯胶粘剂为快干型，聚合度为540。优选地，所述无机化合物类阻燃剂为镁铝水滑石和/或高分子碳阻燃剂。优选地，所述高分子碳阻燃剂按如下方法制备获得：(1)在140℃温度和500r/min的连续搅拌条件下，在250ml三颈烧瓶中将8.8gedta溶解于100mldmso中；(2)然后，向溶液中加入3.5gn,n'-二环己基碳二亚胺，搅拌1h后，将5.5g三聚氰胺和2.0g4-二甲氨基吡啶加入到烧瓶中；(3)上述混合物在140℃下反应24h，然后通过抽滤获得产物，再用去离子水重复冲洗，在80℃的烘箱中干燥24h，最后获得淡黄色固体即为高分子碳阻燃剂。优选地，所述磷、氮化合物类阻燃剂由有机磷型水性聚氨酯、含氮丙烯酸酯单体、聚硅氧烷阻燃剂中的一种或多种组成。优选地，所述含氮丙烯酸酯单体按如下方法合成制得：在装有温度计、滴液漏斗、回流冷凝管的250ml三口烧瓶中加入0.lmol的三环氧丙基异氰尿酸酯，0.3mol的丙烯酸，100ml1，4-二氧六环，0.3ml的三乙胺作为催化剂，加入0.3g的对羟基苯甲醚作为阻聚剂，反应升温至105℃，并在此温度下反应2.5小时，然后旋转除去未反应的试剂和溶剂，得到粘稠的透明液体即为含氮丙烯酸酯单体。优选地，所述聚硅氧烷阻燃剂按如下方法制得：(a)将60ml甲苯，7ml聚甲基氢硅氧烷加入到含有搅拌子、温度计与回流冷凝管的烧瓶中；加热至70℃时，加入终浓度80ppm的催化剂，通入氮气，将混合物在该温度下搅拌15min以活化催化剂，之后升温至100℃；所述催化剂制备方法如下：取1.5g氯铂酸置于_70g预处理后的异丙醇中，避光充分搅拌溶解后得到透明橙黄色液，避光存贮备用；(b)在3h内将恒压漏斗中25ml含异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液匀速滴加到烧瓶中，持续反应10h后，在1.5h内将恒压漏斗中40ml含烯丙基缩水甘油醚的甲苯溶液匀速滴加到烧瓶中，恒温反应8h；所述异氰酸丙基三乙氧基硅烷与烯丙基缩水甘油醚的摩尔比为2:5；(c)通过旋蒸去除溶剂以及多余的原料便得到中间体，之后将中间体，9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，0.28wt％的三苯基膦与150ml精馏过的甲苯加入到含有搅拌子、温度计与回流冷凝管的惰性气氛下的烧瓶中，升温至100℃，恒温反应12h后反应结束，通过旋蒸去除溶剂；(d)将获得的粉末用无水乙醇多次洗涤除去多余的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，用去离子水多次洗涤，之后将抽滤得到的固体粉末置90℃的烘箱中干燥15h即得聚硅氧烷阻燃剂。一种上述阻燃速干胶水的制备方法，按如下具体步骤制备：(1)3吨搅拌机，设定转速≤85，加热温度30-80℃；(2)投料无机化合物类阻燃剂10-30wt％，聚醋酸乙烯胶粘剂60-80wt％；(3)投料磷、氮化合物类阻燃剂4-20wt％；(4)投料水3-5wt％，碳黑1.5-3.5wt％；(5)投料完成后搅拌1-1.5小时，停机1-1.5小时，开机运行均匀搅拌2-3小时即得。本发明获得的有益效果：1、镁铝水滑石可作为气相阻燃剂，在燃烧时分解产生大量的二氧化碳气体和水，二氧化碳又可阻止燃烧，减少氧浓度，大量的二氧化碳又可以对磷、氮化合物类阻燃剂及高分子碳阻燃剂进行发泡，进一步对涂覆或浸渍的基材进行阻燃。2、聚硅氧烷阻燃剂-[si-o]x-显著的灵活性以及-si-o-键的高键强使聚硅氧烷具有良好的高温稳定性。硅的低表面张力使其遇热时易向基体表面移动并在基体表面形成二氧化硅层，这层二氧化硅可以降低热量传递并抑制可燃气体的释放因此抑制聚合物的进一步降解。3、有机磷型水性聚氨酯、含氮丙烯酸酯单体则通过凝聚相阻燃的方式进行阻燃，有机磷型水性聚氨酯、含氮丙烯酸酯单体可在基材表面固化形成一层致密的防火固化膜，固化膜具有较高的热稳定性和阻燃性能。4、高分子碳阻燃剂在提高涂层粘附力的同时获得柔韧性。以三聚氰胺和乙二胺四乙酸为原料合成的高分子碳阻燃剂兼具碳源和气源的双重功效，作为涂层的膨胀型阻燃剂使用。高分子碳阻燃剂中含有的大量端羧基在受热过程中可以发生分子内脱水和分子间脱水，从而实现残炭的交联。交联残炭相互作用形成表面致密的高质量膨胀炭层，覆盖在基材表面隔绝氧气和热量的传输从而达到保护基材的目的。具体实施方式下面通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。实施例1：按如下方法制备阻燃速干胶水：一、原料的准备和预制：聚醋酸乙烯胶粘剂为快干型，聚合度为540。无机化合物类阻燃剂为高分子碳阻燃剂，制备方法如下：(1)在140℃温度和500r/min的连续搅拌条件下，在250ml三颈烧瓶中将8.8gedta溶解于100mldmso中；(2)然后，向溶液中加入3.5gn,n'-二环己基碳二亚胺，搅拌1h后，将5.5g三聚氰胺和2.0g4-二甲氨基吡啶加入到烧瓶中；(3)上述混合物在140℃下反应24h，然后通过抽滤获得产物，再用去离子水重复冲洗，在80℃的烘箱中干燥24h，最后获得淡黄色固体即为高分子碳阻燃剂。含氮丙烯酸酯单体按如下方法合成制得：在装有温度计、滴液漏斗、回流冷凝管的250ml三口烧瓶中加入0.lmol的三环氧丙基异氰尿酸酯，0.3mol的丙烯酸，100ml1，4-二氧六环，0.3ml的三乙胺作为催化剂，加入0.3g的对羟基苯甲醚作为阻聚剂，反应升温至105℃，并在此温度下反应2.5小时，然后旋转除去未反应的试剂和溶剂，得到粘稠的透明液体即为含氮丙烯酸酯单体。聚硅氧烷阻燃剂按如下方法制得：(a)将60ml甲苯，7ml聚甲基氢硅氧烷加入到含有搅拌子、温度计与回流冷凝管的烧瓶中；加热至70℃时，加入终浓度80ppm的催化剂，通入氮气，将混合物在该温度下搅拌15min以活化催化剂，之后升温至100℃；所述催化剂制备方法如下：取1.5g氯铂酸置于_70g预处理后的异丙醇中，避光充分搅拌溶解后得到透明橙黄色液，避光存贮备用；(b)在3h内将恒压漏斗中25ml含异氰酸丙基三乙氧基硅烷的甲苯溶液匀速滴加到烧瓶中，持续反应10h后，在1.5h内将恒压漏斗中40ml含烯丙基缩水甘油醚的甲苯溶液匀速滴加到烧瓶中，恒温反应8h；所述异氰酸丙基三乙氧基硅烷与烯丙基缩水甘油醚的摩尔比为2:5；(c)通过旋蒸去除溶剂以及多余的原料便得到中间体，之后将中间体，9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，0.28wt％的三苯基膦与150ml精馏过的甲苯加入到含有搅拌子、温度计与回流冷凝管的惰性气氛下的烧瓶中，升温至100℃，恒温反应12h后反应结束，通过旋蒸去除溶剂；(d)将获得的粉末用无水乙醇多次洗涤除去多余的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，用去离子水多次洗涤，之后将抽滤得到的固体粉末置90℃的烘箱中干燥15h即得聚硅氧烷阻燃剂。磷、氮化合物类阻燃剂由含氮丙烯酸酯单体、聚硅氧烷阻燃剂按重量比1:1配制而成。二、阻燃速干胶水的制备：(1)3吨搅拌机，设定转速≤85，加热温度30℃；(2)投料无机化合物类阻燃剂10wt％，聚醋酸乙烯胶粘剂80wt％；(3)投料磷、氮化合物类阻燃剂5.5wt％；(4)投料水3wt％，碳黑1.5wt％；(5)投料完成后搅拌1小时，停机1小时，开机运行均匀搅拌2小时即得。实施例2：按如下方法制备阻燃速干胶水：一、原料的准备和预制：聚醋酸乙烯胶粘剂为快干型，聚合度为600。无机化合物类阻燃剂为镁铝水滑石，镁铝水滑石研磨后过150目筛网即得。含氮丙烯酸酯单体、聚硅氧烷阻燃剂均与实施例1相同。磷、氮化合物类阻燃剂由有机磷型水性聚氨酯、含氮丙烯酸酯单体、聚硅氧烷阻燃剂按重量比1:2:4制备而成。二、阻燃速干胶水的制备：(1)3吨搅拌机，设定转速≤85，加热温度80℃；(2)投料无机化合物类阻燃剂30wt％，聚醋酸乙烯胶粘剂60wt％；(3)投料磷、氮化合物类阻燃剂4wt％；(4)投料水4wt％，碳黑2wt％；(5)投料完成后搅拌1.5小时，停机1.5小时，开机运行均匀搅拌3小时即得。实施例3：按如下方法制备阻燃速干胶水：一、原料的准备和预制：聚醋酸乙烯胶粘剂为快干型，聚合度为400。无机化合物类阻燃剂为镁铝水滑石和高分子碳阻燃剂配比制得，铝镁水滑石与高分子碳阻燃剂的质量比为1:3。铝镁水滑石、高分子碳阻燃剂、聚硅氧烷阻燃剂均与实施例2相同。磷、氮化合物类阻燃剂为聚硅氧烷阻燃剂。二、阻燃速干胶水的制备：(1)3吨搅拌机，设定转速≤85，加热温度55℃；(2)投料无机化合物类阻燃剂20wt％，聚醋酸乙烯胶粘剂67.5wt％；(3)投料磷、氮化合物类阻燃剂4wt％；(4)投料水5wt％，碳黑3.5wt％；(5)投料完成后搅拌1小时，停机1.5小时，开机运行均匀搅拌2.5小时即得。实施例4：按如下方法制备阻燃速干胶水：一、原料的准备和预制：聚醋酸乙烯胶粘剂为快干型，聚合度为300。无机化合物类阻燃剂为镁铝水滑石和高分子碳阻燃剂配比制得，铝镁水滑石与高分子碳阻燃剂的质量比为1:4。铝镁水滑石、高分子碳阻燃剂、为含氮丙烯酸酯单体均与实施例2相同。磷、氮化合物类阻燃剂为含氮丙烯酸酯单体。二、阻燃速干胶水的制备：(1)3吨搅拌机，设定转速≤85，加热温度65℃；(2)投料无机化合物类阻燃剂12wt％，聚醋酸乙烯胶粘剂62.5wt％；(3)投料磷、氮化合物类阻燃剂20wt％；(4)投料水3wt％，碳黑2.5wt％；(5)投料完成后搅拌1.5小时，停机1小时，开机运行均匀搅拌2.5小时即得。对照实施例：根据中国专利cn109161365a中公开的方法制备一种新型阻燃胶水，用于后续的阻燃实验对照。为了测试本发明的性能，进行如下实验：1、阻燃性能测试将实施例1～4中制备的阻燃速干胶水及对照实施例中制备的新型阻燃胶水分别对毛毡进行浸渍，浸渍24h后取出，55摄氏度下烘干后作为试验样品，进行如下阻燃性能的测试：1.1极限氧指数测试(loi)根据astmd2863-10，在数字氧指数计zr-01上测量极限氧指数(loi)值，样品尺寸为80×10×4mm。1.2垂直燃烧测试(ul-94)使用jr-ssc-a型水平垂直燃烧仪(沈阳紫薇机电设备有限公司)进行测试，以astmd3801-10为标准，样条尺寸:130mm×13mm×1.6mm。阻燃性能测试结果见表1：表1阻燃性能测试结果表1结果表明本发明浸渍毛毡基材后可显著提高基材的loi和ul-94，loi值越高说明材料的阻燃效果越好，ul-94分级中v0阻燃效果最好，v1～2的阻燃效果逐渐变差。2、粘结力测试(3m胶带测试)将实施例1～4中制备的阻燃速干胶水及对照实施例中制备的新型阻燃胶水分别均匀涂刷于pp材料的塑料板上，涂刷量为150g/m2自然晾干后作为试样。根据astmd3359-09进行试样上的涂层的粘合性试验。切割工具是装配有包含间隔为1.0mm的5个齿的刀片。使用切割工具在约1英寸处形成交叉切割图案。交叉角度为90°。将3m胶带粘贴到切割表面并确保与涂层的良好接触，然后在90s后移除。共用3m胶带粘接5次，通过观察塑料板表面所剩的涂层方格数目来分级表征涂层对基材的附着力，0级附着力最好，5级附着力最差。粘结力测试进行的区域共有3个，测试区域位于同一样品的同一面且互不重合。表2阻燃速干胶水的附着等级测定组别区域1区域2区域3实施例110～10实施例2001实施例3000实施例4010对照实施例545表2结果表明，本发明可良好地粘结于表面光滑的pp基材表面，在光滑基材上的附着力显著高于对照实施例，可以应用于多种基材表面或内部的防火阻燃。综上所述，镁铝水滑石可作为气相阻燃剂，在燃烧时分解产生大量的二氧化碳气体和水，二氧化碳又可阻止燃烧，减少氧浓度，大量的二氧化碳又可以对磷、氮化合物类阻燃剂及高分子碳阻燃剂进行发泡，进一步对涂覆或浸渍的基材进行阻燃。聚硅氧烷阻燃剂-[si-o]x-显著的灵活性以及-si-o-键的高键强使聚硅氧烷具有良好的高温稳定性。硅的低表面张力使其遇热时易向基体表面移动并在基体表面形成二氧化硅层，这层二氧化硅可以降低热量传递并抑制可燃气体的释放因此抑制聚合物的进一步降解。有机磷型水性聚氨酯、含氮丙烯酸酯单体则通过凝聚相阻燃的方式进行阻燃，有机磷型水性聚氨酯、含氮丙烯酸酯单体可在基材表面固化形成一层致密的防火固化膜，固化膜具有较高的热稳定性和阻燃性能。高分子碳阻燃剂在提高涂层粘附力的同时获得柔韧性。以三聚氰胺和乙二胺四乙酸为原料合成的高分子碳阻燃剂兼具碳源和气源的双重功效，作为涂层的膨胀型阻燃剂使用。高分子碳阻燃剂中含有的大量端羧基在受热过程中可以发生分子内脱水和分子间脱水，从而实现残炭的交联。交联残炭相互作用形成表面致密的高质量膨胀炭层，覆盖在基材表面隔绝氧气和热量的传输从而达到保护基材的目的。以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。当前第1页12