一种UV固化型防火涂料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及防火涂料技术领域，更具体地说，是涉及一种uv固化型防火涂料及其制备方法和应用。

背景技术：

随着新能源汽车行业的蓬勃发展，锂电池作为动力电池展现出了高效的储能效率。近年来，电动汽车的续航能力不断增强，锂电池的能量密度不断提升，其结构越来越紧凑，但在充放电过程中会产生大量热量，而目前的热管理水平有限，动力电池的局部区域仍然存在温度高的风险，加之其他因素如短路及机械碰撞等造成的热失控风险的存在，对动力电池的安全使用造成了一定程度的负面影响，严重制约了新能源行业的健康发展。

新能源电动汽车行业的快速发展离不开切实的安全保障，新闻报道中也出现了电动汽车自燃的情况发生，对电动汽车的安全防护将是未来一段时间的重要课题，如何阻隔动力电池火焰的扩散，给乘客争取足够的逃生时间是我们共同的努力方向，而且电动汽车最大的成本在电池，在提升安全性的同时降低多余成本支出是大势所趋，因此开发一种低成本高效率的动力电池包用防火涂料具有重要意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种uv固化型防火涂料及其制备方法和应用，本发明提供的uv固化型防火涂料固化速度快，厚度薄，防火性能优异。

本发明提供了一种uv固化型防火涂料，由包括以下组分的原料制备而成：

丙烯酸酯树脂30～50重量份；

光引发剂1～5重量份；

单官单体1～5重量份；

多官单体1～5重量份；

本征石墨烯0.5～5重量份；

催化剂15～30重量份；

成炭剂1～15重量份；

发泡剂2～10重量份；

氢氧化铝4～10重量份；

滑石粉5～15重量份；

助剂0.2～2重量份。

优选的，所述丙烯酸酯树脂为环氧改性丙烯酸酯；所述环氧改性丙烯酸酯的官能度为1～4。

优选的，所述单官单体选自丙烯酸异冰片酯、四氢糠基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、月桂酸甲基丙烯酸酯和异冰片基甲基丙烯酸酯中的一种或多种；所述多官单体选自二乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯和1,6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或者多种。

优选的，所述本征石墨烯的厚径比＞1000：1，粒径为10μm～50μm，层数为2层～40层，拉曼光谱分析中ig＞id＞10。

优选的，所述催化剂选自聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和磷酸双三聚氰胺中的一种或多种。

优选的，所述成炭剂选自季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的一种或多种。

优选的，所述助剂选自增稠剂、消泡剂和流平剂中的一种或多种。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的uv固化型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

将光引发剂在单官单体和双官单体中预溶完成，再加入丙烯酸酯树脂，搅拌均匀，得到树脂分散液；然后将本征石墨烯、催化剂、成炭剂、发泡剂、氢氧化铝、滑石粉和助剂，依次加入上述树脂分散液中，高速搅拌，得到预混料；之后将所述预混料进行研磨，至细度小于90μm后过滤，得到uv固化型防火涂料。

本发明还提供了一种防火涂料涂层，由上述技术方案所述的uv固化型防火涂料涂覆后进行uv固化获得。

优选的，所述涂覆厚度为50μm～150μm；固化能量为550j/cm²～650j/cm²，固化时间为25s～35s。

本发明提供了一种uv固化型防火涂料，由包括以下组分的原料制备而成：丙烯酸酯树脂30～50重量份；光引发剂1～5重量份；单官单体1～5重量份；多官单体1～5重量份；本征石墨烯0.5～5重量份；催化剂15～30重量份；成炭剂1～15重量份；发泡剂2～10重量份；氢氧化铝4～10重量份；滑石粉5～15重量份；助剂0.2～2重量份。与现有技术相比，本发明提供的uv固化型防火涂料采用特定含量组分，实现较好的相互作用，得到的uv固化型防火涂料固化速度快，厚度薄，防火性能优异。实验结果表明，本发明提供的uv固化型防火涂料30s可以完全固化，厚度为50μm～150μm，在1000℃火焰下铝合金板的防火时间由40s延长至40min，可以满足新能源动力电池包的防火要求，值得推广使用。

另外，本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。

附图说明

图1为本发明实施例中使用的1000℃火焰火烧测试示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种uv固化型防火涂料，由包括以下组分的原料制备而成：

丙烯酸酯树脂30～50重量份；

光引发剂1～5重量份；

单官单体1～5重量份；

多官单体1～5重量份；

本征石墨烯0.5～5重量份；

催化剂15～30重量份；

成炭剂1～15重量份；

发泡剂2～10重量份；

氢氧化铝4～10重量份；

滑石粉5～15重量份；

助剂0.2～2重量份。

在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括丙烯酸酯树脂、光引发剂、单官单体、多官单体、本征石墨烯、催化剂、成炭剂、发泡剂、氢氧化铝、滑石粉和助剂，优选由丙烯酸酯树脂、光引发剂、单官单体、多官单体、本征石墨烯、催化剂、成炭剂、发泡剂、氢氧化铝、滑石粉和助剂组成。

在本发明中，所述丙烯酸酯树脂优选为环氧改性丙烯酸酯；所述环氧改性丙烯酸酯的官能度优选为1～4，更优选为2～4，更更优选为2～3。本发明对所述丙烯酸酯树脂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括30～50重量份的丙烯酸酯树脂，优选为30～45重量份，更优选为30～40重量份。

在本发明中，所述光引发剂优选包括长波长引发剂和/或短波长引发剂；其中，所述长波长引发剂优选包括双(2,4,6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦和2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮中的一种或多种；所述短波长光引发剂优选包括2,4-二乙基噻唑酮、羟基环己基苯甲酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮中的一种或多种。在本发明优选的实施例中，所述光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦。本发明对所述光引发剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括1～5重量份的光引发剂，优选为3～5重量份。

在本发明中，所述单官单体优选选自丙烯酸异冰片酯、四氢糠基丙烯酸酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、月桂酸甲基丙烯酸酯和异冰片基甲基丙烯酸酯中的一种或多种，更优选为丙烯酸异冰片酯或四氢糠基丙烯酸酯；所述多官单体的官能团个数优选为2～6个，更优选为2～5个，更更优选为2～4个；所述多官单体优选选自二乙二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯和1,6-己二醇二丙烯酸酯中的一种或者多种，更优选为二乙二醇二甲基丙烯酸酯或1,6-己二醇二丙烯酸酯。本发明对所述单官单体和多官单体的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括1～5重量份的单官单体，优选为1～3重量份；所述uv固化型防火涂料包括1～5重量份的多官单体，优选为2～4重量份。

在本发明中，所述本征石墨烯具有优异的阻隔性和疏水性，其片状结构可以显著提升防火涂料的韧性，明显改善膨胀炭层的致密性，提升防火性能，本发明结合本征石墨烯的性质开展了相关的研究和开发工作。在本发明中，所述本征石墨烯的厚径比优选＞1000：1，更优选＞10000：1，更更优选＞100000：1；所述本征石墨烯的粒径优选为10μm～50μm，更优选为15μm～25μm；所述本征石墨烯优选为少层石墨烯，其层数优选为2层～40层，更优选为7层～15层，更更优选为10层；所述本征石墨烯的拉曼光谱分析中ig＞id优选＞10，更优选＞20，更更优选＞50。本发明对所述本征石墨烯的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品或采用本领域技术人员熟知的机械剥离法或者氧化还原法制备即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括0.5～5重量份的本征石墨烯，优选为0.5～1.5重量份。

在本发明中，所述催化剂优选选自聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和磷酸双三聚氰胺中的一种或多种，更优选为聚磷酸铵或磷酸三聚氰胺。本发明对所述催化剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺和磷酸双三聚氰胺的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括15～30重量份的催化剂，优选为20～25重量份。

在本发明中，所述成炭剂优选选自季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的一种或多种，更优选为季戊四醇和双季戊四醇。在本发明优选的实施例中，所述成炭剂为季戊四醇和双季戊四醇，其中，所述季戊四醇和双季戊四醇的质量比优选为3：1。本发明对所述成炭剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括1～15重量份的成炭剂，优选为8～11重量份。

在本发明中，所述发泡剂优选选自磷酸三聚氰胺、双氰胺和氯化石钠中的一种或多种，更优选为双氰胺和氯化石钠。在本发明优选的实施例中，所述发泡剂为双氰胺和氯化石钠，其中，所述双氰胺和氯化石钠的质量比优选为3：1。本发明对所述发泡剂的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的上述磷酸三聚氰胺、双氰胺和氯化石钠的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括2～10重量份的发泡剂，优选为5～7重量份。

在本发明中，所述氢氧化铝具有抑烟功能，能显著改善起火环境下有害气体的释放；所述滑石粉具有填充作用，能显著提升膨胀炭层的致密性，提升防火性能，延长防火时间。本发明对所述氢氧化铝和滑石粉的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括4～10重量份的氢氧化铝，优选为4～7重量份；所述uv固化型防火涂料包括5～15重量份的滑石粉，优选为8～12重量份。

在本发明中，所述助剂优选选自增稠剂、消泡剂和流平剂中的一种或多种。本发明对所述增稠剂、消泡剂和流平剂的种类及来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的能够实现上述增稠、消泡及流平作用的市售商品即可。在本发明中，所述uv固化型防火涂料包括0.2～2重量份的助剂，优选为1～2重量份。

本发明提供的uv固化型防火涂料采用特定含量组分，实现较好的相互作用，得到的uv固化型防火涂料固化速度快，厚度薄，防火性能优异。另外，本发明提供的uv固化型防火涂料能够通过控制上述技术特征控制防火涂料的碳层质量和膨胀倍率，从而满足不同火烧条件下的防火要求。实验结果表明，本发明提供的uv固化型防火涂料在极低的厚度下可以将铝合金板的防火时间延长至40min。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的uv固化型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：

将光引发剂在单官单体和双官单体中预溶完成，再加入丙烯酸酯树脂，搅拌均匀，得到树脂分散液；然后将本征石墨烯、催化剂、成炭剂、发泡剂、氢氧化铝、滑石粉和助剂，依次加入上述树脂分散液中，高速搅拌，得到预混料；之后将所述预混料进行研磨，至细度小于90μm后过滤，得到uv固化型防火涂料。

在本发明中，所述光引发剂、单官单体、双官单体、丙烯酸酯树脂、本征石墨烯、催化剂、成炭剂、发泡剂、氢氧化铝、滑石粉和助剂与上述技术方案中所述的相同，在此不再赘述。

在本发明中，所述研磨的装置优选为三辊研磨机；通过刮板细度计测试涂料的细度。

本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。

本发明还提供了一种防火涂料涂层，由上述技术方案所述的uv固化型防火涂料涂覆后进行uv固化获得。

在本发明中，所述涂覆的过程优选在铝合金板上进行；所述铝合金板的厚度优选为0.5mm～1.5mm，更优选为1mm。

在本发明中，所述涂覆厚度优选为50μm～150μm，更优选为50μm～120μm。

在本发明中，所述uv固化优选采用uv曝光机进行；所述uv固化的固化能量优选为550j/cm²～650j/cm²，更优选为600j/cm²；所述uv固化的固化时间优选为25s～35s，更优选为30s。

本发明提供的uv固化型防火涂料固化速度快，厚度薄，防火性能优异，在1mm厚的铝合金上涂覆厚度为50μm～150μm的防火涂料，在600j/cm²能量下30s可以完全固化，在1000℃火焰条件下铝合金板的防火时间由40s延长至40min，可以满足新能源动力电池包的防火要求，值得推广使用。

本发明提供了一种uv固化型防火涂料，由包括以下组分的原料制备而成：丙烯酸酯树脂30～50重量份；光引发剂1～5重量份；单官单体1～5重量份；多官单体1～5重量份；本征石墨烯0.5～5重量份；催化剂15～30重量份；成炭剂1～15重量份；发泡剂2～10重量份；氢氧化铝4～10重量份；滑石粉5～15重量份；助剂0.2～2重量份。与现有技术相比，本发明提供的uv固化型防火涂料采用特定含量组分，实现较好的相互作用，得到的uv固化型防火涂料固化速度快，厚度薄，防火性能优异。实验结果表明，本发明提供的uv固化型防火涂料30s可以完全固化，厚度为50μm～150μm，在1000℃火焰下铝合金板的防火时间由40s延长至40min，可以满足新能源动力电池包的防火要求，值得推广使用。

另外，本发明提供的制备方法简单、条件温和，适合大规模工业生产。

为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例所用的原料均为市售；其中，光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰二苯基氧化膦；单官单体为四氢糠基丙烯酸酯；双官单体为二乙二醇二甲基丙烯酸酯；丙烯酸酯树脂为官能度为2～3的环氧改性丙烯酸酯；本征石墨烯的厚径比＞100000：1，粒径为15μm～25μm，层数为10层，拉曼光谱分析中ig＞id＞50；催化剂为磷酸三聚氰胺；成炭剂为质量比为3：1的季戊四醇和双季戊四醇；发泡剂为质量比为3：1的双氰胺和氯化石钠。

实施例1

将3重量份的光引发剂在1重量份的单官单体、4重量份的双官单体中预溶完成，再加入30重量份的丙烯酸酯树脂，搅拌均匀，得到树脂分散液；然后将0.5重量份的本征石墨烯、25重量份的催化剂、10重量份的成炭剂、5重量份的发泡剂、7重量份的氢氧化铝、10重量份的滑石粉、1重量份的增稠剂、0.5重量份的消泡剂，依次加入上述树脂分散液中，高速搅拌，得到预混料；之后将所述预混料投入三辊研磨机中进行研磨，得到防火涂料半成品，使用刮板细度计测试涂料的细度至＜90μm后停止研磨，过滤后得到uv固化型防火涂料，打包备用。

将实施例1得到的uv固化型防火涂料涂覆在1mm厚度的铝合金板上，涂覆厚度分别为120μm、100μm、80μm、50μm，使用uv曝光机固化，固化能量为600j/cm²，固化时间为30s，然后取出样品冷却，得到防火涂料涂层。

实施例2

将4重量份的光引发剂在2重量份的单官单体、3重量份的双官单体中预溶完成，再加入35重量份的丙烯酸酯树脂，搅拌均匀，得到树脂分散液；然后将1.0重量份的本征石墨烯、20重量份的催化剂、11重量份的成炭剂、7重量份的发泡剂、4重量份的氢氧化铝、12重量份的滑石粉、0.5重量份的增稠剂、0.5重量份的流平剂，依次加入上述树脂分散液中，高速搅拌，得到预混料；之后将所述预混料投入三辊研磨机中进行研磨，得到防火涂料半成品，使用刮板细度计测试涂料的细度至＜90μm后停止研磨，过滤后得到uv固化型防火涂料，打包备用。

将实施例2得到的uv固化型防火涂料涂覆在1mm厚度的铝合金板上，涂覆厚度分别为120μm、100μm、80μm、50μm，使用uv曝光机固化，固化能量为600j/cm²，固化时间为30s，然后取出样品冷却，得到防火涂料涂层。

实施例3

将5重量份的光引发剂在3重量份的单官单体、2重量份的双官单体中预溶完成，再加入40重量份的丙烯酸酯树脂，搅拌均匀，得到树脂分散液；然后将1.5重量份的本征石墨烯、20重量份的催化剂、8重量份的成炭剂、5重量份的发泡剂、5重量份的氢氧化铝、10重量份的滑石粉、0.5重量份的增稠剂、0.5重量份的流平剂，依次加入上述树脂分散液中，高速搅拌，得到预混料；之后将所述预混料投入三辊研磨机中进行研磨，得到防火涂料半成品，使用刮板细度计测试涂料的细度至＜90μm后停止研磨，过滤后得到uv固化型防火涂料，打包备用。

将实施例3得到的uv固化型防火涂料涂覆在1mm厚度的铝合金板上，涂覆厚度分别为120μm、100μm、80μm、50μm，使用uv曝光机固化，固化能量为600j/cm²，固化时间为30s，然后取出样品冷却，得到防火涂料涂层。

实施例4

将4重量份的光引发剂在2重量份的单官单体、3重量份的双官单体中预溶完成，再加入35重量份的丙烯酸酯树脂，搅拌均匀，得到树脂分散液；然后将0.5重量份的本征石墨烯、25重量份的催化剂、10重量份的成炭剂、5重量份的发泡剂、5.5重量份的氢氧化铝、8重量份的滑石粉、0.5重量份的增稠剂、1.5重量份的流平剂，依次加入上述树脂分散液中，高速搅拌，得到预混料；之后将所述预混料投入三辊研磨机中进行研磨，得到防火涂料半成品，使用刮板细度计测试涂料的细度至＜90μm后停止研磨，过滤后得到uv固化型防火涂料，打包备用。

将实施例4得到的uv固化型防火涂料涂覆在1mm厚度的铝合金板上，涂覆厚度分别为120μm、100μm、80μm、50μm，使用uv曝光机固化，固化能量为600j/cm²，固化时间为30s，然后取出样品冷却，得到防火涂料涂层。

对照例1

选取市场上成熟的某品牌防火涂料产品(普通钢结构防火涂料)，采用实施例中相同方式涂覆到铝基板上固化得到防火涂料涂层。

对照例2

选取市场上成熟的某品牌防火涂料产品(市售低固含防火涂料)，采用实施例中相同方式涂覆到铝基板上固化得到防火涂料涂层。

对照例3

选取市场上成熟的某品牌防火涂料产品(市售高固含防火涂料)，采用实施例中相同方式涂覆到铝基板上固化得到防火涂料涂层。

对照例4

选取市场上成熟的某品牌防火涂料产品(进口高固含防火涂料)，采用实施例中相同方式涂覆到铝基板上固化得到防火涂料涂层。

对实施例1～4、对照例1～4得到的防火涂料涂层进行1000℃火焰下火烧测试，测试环境为室温敞开环境，铝板在空气中存在与空气的热交换，如图1所示，图1中1是铝合金板的背面，2为铝合金基材，3为防火涂料涂层，4为火焰枪外焰，5为火焰喷枪，它们共同组成火烧测试的实验装置，通过火烧测试对比铝板烧穿所用的时间；火烧测试结果如表1所示。

表1实施例1～4、对照例1～4得到的防火涂料涂层的防火性能数据

由表1可知，与市场上的同类产品相比，本发明提供的uv固化型防火涂料性能更加优异，耐火时间更长。

所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。