本发明属于涂料领域，具体涉及一种膨胀型高附着力防火阻燃涂料及其制备方法。
背景技术：
随着我国控制和削减SO2排放力度的不断加大，烟气脱硫已进入快速发展阶段。伴随着脱硫装置的陆续安装，脱硫产物越来越多。其中半干法脱硫技术，脱硫效果显著，在我国的钢厂脱硫工艺中广泛采用。半干法脱硫的废弃物半干法脱硫灰的成分极其复杂，由脱硫剂、脱硫产物与飞灰等多种成分组成 (主要化学成分CaO为59.24％、SO3为32.12％、Cl为3.21％、Fe2O3为 1.75％)，并且半干法脱硫灰中的亚硫酸钙性质十分不稳定，所以目前对半干法脱硫灰主要是堆放和抛弃处理不仅仅占用了大量的土地并且会进一步造成环境污染。因此，如何大规模、高效的利用半干法脱硫灰，实现环境减负，企业增效，是一个迫切需要解决的问题。
涂料主要由基料、溶剂、颜填料、助剂配制而成。其中颜填料不仅可以起到着色与填充作用，而且可以有效改善涂料的贮存稳定性与漆膜的相关性能。颜调料中的体质颜填料主要起到填充的作用，从而提高涂料的固体含量与遮盖率，同时是考察防火阻燃性能的重要依据。目前主要的体质颜填料主要包括氧化铁、云母氧化铁、氧化铬、氧化锌、氧化钛、立德粉、碳酸钙、滑石、纳米黏土等钙质材料。半干法脱硫灰中含有的CaSO3可以作为体质颜填料的必需组分，同时半干法脱硫灰与硫酸钙晶须充填于膨胀阻燃体系中不仅可以提高碳化层的力学性能与防火性能，而且可以提高涂膜的附着力。因此，以半干法脱硫灰与硫酸钙晶须作为颜填料加入涂料可以制备成为膨胀型高附着力防火阻燃涂料，实现防火涂料的性能提高，促进企业增效。
技术实现要素：
针对冶金固废半干法脱硫灰难以大宗量综合化利用的现状，为了实现半干法脱硫灰的高附加值应用，制备一种膨胀型高附着力防火阻燃涂料，提高了现有防火涂料的阻燃性能与力学性能。本发明利用丙烯酸树脂、高氯化聚乙烯树脂、复合催化剂、发泡-成炭剂、分散剂、松节油、抗沉剂、半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须制备膨胀型高附着力防火阻燃涂料，同时对搅拌速度、搅拌时间等进行控制，以期实现防火涂料的阻燃性能与力学性能提高。
为了解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案予以实现的。
本发明提供了一种膨胀型高附着力防火阻燃涂料，该涂料按重量百分比原料如下：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:1～1:1:4，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:1～1:4，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
作为一种优化，所述半干法脱硫灰微粉粒径为15μm～35μm。
本发明同时提供了上述膨胀型高附着力防火阻燃涂料的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为600r/min～1000r/min、搅拌时间为4h～6h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为300r/min～600r/min、搅拌时间为2h～4h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为400r/min～800r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为2h～4h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为500r/min～800r/min、搅拌时间为3h～5h后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
本发明的科学原理：
(1)半干法脱硫灰中CaSO3的含量较高，利用半干法脱硫灰微粉中CaSO3取代碳酸钙、滑石粉等钙质材料作为体质颜填料。
(2)硫酸钙晶须加入防火涂料，由于硫酸钙晶须具有纤维特性，可以提高涂膜与被涂覆表面的附着力。
(3)由于聚磷酸铵会过快固化丙烯酸树脂与高氯化聚乙烯树脂，因此采用硼酸与磷酸脒基脲替代部分聚磷酸铵形成以硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为主要原料的复合催化剂，一方面硼酸与磷酸脒基脲可以缓解聚磷酸铵对丙烯酸树脂与高氯化聚乙烯树脂的过快固化；另一方面硼酸可以浮于涂膜表面，在涂膜受热分解成炭发泡膨胀过程中快速形成致密阻隔层，阻止热量传递与气体交换，以及与其他组分协效阻燃抑烟；同时磷酸脒基脲还可以有效捕捉涂膜中游离甲醛等有害物质，提高涂料的环保性能。
(4)膨胀阻燃机理如下：首先三聚氰胺受热分解C3H3(NH2)3＝NH3+C释放出不燃性气体NH3，形成膨胀发泡层；其次复合催化剂与季戊四醇发生反应，在膨胀发泡层中形成炭骨架；最后半干法脱硫灰微粉与硫酸钙晶须进入炭骨架形成致密坚硬的蜂窝状成炭层，防止膨胀发泡层被火焰冲破。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明解决了半干法脱硫灰无法大规模利用，以及现有防火涂料性能、性价比有待提高的问题。上述问题的解决不仅降低了现有防火阻燃涂料生产成本，而且提高了防火阻燃涂料的附着力，实现了高附着力与阻燃性能在涂料领域的一体化，大幅增强了防火阻燃涂料市场竞争力与应用范围。
2、本发明利用丙烯酸树脂、高氯化聚乙烯树脂、复合催化剂、发泡-成炭剂、分散剂、松节油、抗沉剂、半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须制备膨胀型高附着力防火阻燃涂料，提高了防火涂料的阻燃性能与力学性能。
3、本发明一种膨胀型高附着力防火阻燃涂料及其制备方法符合相关节能环保、循环经济的政策要求。
具体实施方式
以下结合具体实施例详述本发明，但本发明不局限于下述实施例。
实施例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:3，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:1，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述半干法脱硫灰微粉粒径为 15μm～35μm；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为6h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为2h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为600r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为3h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为3h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
实施例2
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:1，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:4，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述半干法脱硫灰微粉粒径为 15μm～35μm；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为800r/min、搅拌时间为5h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为300r/min、搅拌时间为4h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为500r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为2h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为800r/min、搅拌时间为5h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
实施例3
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:4，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:2，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述半干法脱硫灰微粉粒径为 15μm～35μm；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为1000r/min、搅拌时间为4h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为3h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为800r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为4h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为4h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
实施例4
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:2，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:3，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述半干法脱硫灰微粉粒径为 15μm～35μm；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为5h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为400r/min、搅拌时间为2h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为700r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为4h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为3h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
实施例5
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:4，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:3，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述半干法脱硫灰微粉粒径为 15μm～35μm；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为900r/min、搅拌时间为4h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为4h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为400r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为3h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为800r/min、搅拌时间为5h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
实施例6
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:1，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:2，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述半干法脱硫灰微粉粒径为 15μm～35μm；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为6h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为3h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为800r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为2h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为4h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
对比例1
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:1，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:2，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述半干法脱硫灰微粉粒径为 15μm～35μm。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将半干法脱硫灰微粉、复合催化剂与发泡-成炭剂进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为6h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为3h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为800r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为2h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤(2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为4h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
对比例2
以制备本发明产品100g为例所用的组分及其质量配比为：
所述丙烯酸树脂为工业纯；所述高氯化聚乙烯树脂为工业纯；所述复合催化剂为硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的混合物，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵的质量比1:1:1，硼酸、磷酸脒基脲与聚磷酸铵为工业纯；发泡-成炭剂为三聚氰胺与季戊四醇的混合物，三聚氰胺与季戊四醇的质量比1:2，三聚氰胺与季戊四醇为工业纯；所述分散剂为SRE-4029分散剂，其为工业纯；所述松节油为工业纯；所述抗沉剂为F118抗沉剂，其为工业纯；所述硫酸钙晶须为以半干法脱硫灰为原料，采用水热氧化法制备的硫酸钙晶须。
(1)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将硫酸钙晶须、复合催化剂与发泡 -成炭剂进行混合，其搅拌速度为700r/min、搅拌时间为6h，获得颜填料。
(2)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将松节油与高氯化聚乙烯树脂进行混合，其搅拌速度为600r/min、搅拌时间为3h，获得松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液。再将丙烯酸树脂和分散剂加入松节油-高氯化聚乙烯树脂混合液，利用搅拌速度为800r/min的恒温磁力搅拌器在常温条件下搅拌时间为2h后用500目筛网过滤，获得基料。
(3)利用恒温磁力搅拌器在常温条件下将步骤(1)制备的颜填料、步骤 (2)制备的基料与抗沉剂进行混合，其搅拌速度为500r/min、搅拌时间为4h 后用300目筛网过滤，获得膨胀型高附着力防火阻燃涂料。
制备实施例1～6及对比例1～2，其性能检测过程如下：
采用垂直燃烧法。将膨胀型高附着力防火阻燃涂料覆在测试板一侧，放置在带铁夹的铁架台上，涂覆膨胀型高附着力防火阻燃涂料的测试板一侧面向酒精喷灯，并且与酒精喷灯口的垂直距离为7cm左右，待火焰温度达到1000℃左右时，开始计时至检测终点。检测时，测试板燃烧时背火面炭化，出现裂缝，定为耐燃时间(min)终点。依据《漆膜、腻子膜干燥时间测定法》(GB/T1728-1979)测试膨胀型高附着力防火阻燃涂料的干燥时间，依据《色漆和清漆拉开法附着力试验》(GB/T5210-2006)测试膨胀型高附着力防火阻燃涂料的附着力。
表1膨胀型高附着力防火阻燃涂料的性能