微胶囊型防火涂料及其制备方法与流程

1.本发明属于防火涂料技术领域，具体涉及一种微胶囊型防火涂料及其制备方法。


背景技术：

2.防火涂料就是通过将涂料刷于材料的表面，能提高材料的耐火能力，减缓火焰蔓延传播速度，或在一定时间内能阻止燃烧，这一类涂料称为防火涂料，或叫做阻燃涂料。
3.防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。施用于可燃性基材表面，用以改变材料表面燃烧特性，阻滞火灾迅速蔓延；或施用于建筑构件上，用以提高构件的耐火极限的特种涂料。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种微胶囊型防火涂料及其制备方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微胶囊型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：将芯材原料与交联剂、引发剂混合后，加入乳化剂，搅拌形成芯材溶液；将壁材原料加入到所述芯材溶液中，反应后，离心、洗涤、干燥，得到微胶囊型防火涂料。
6.又一方面，本发明还提供了一种微胶囊型防火涂料，由壁材原料在芯材表面交联成膜，形成微胶囊型防火涂料。
7.本发明的有益效果是，本发明的微胶囊型防火涂料的制备方法，将芯材原料、交联剂、引发剂混合后，加入乳化剂，置于恒温水浴锅中加热、搅拌后，形成稳定的芯材溶液；将材原料加入到所述芯材溶液中，充入惰性气体除去残留的活性氧的气体；加热发生聚合反应后，放置一段时间使产物沉淀；将产物离心、洗涤、干燥后，得到微胶囊型防火涂料。将引发剂加入到芯材溶液中，能使微胶囊的包覆在低温或常温下即可完成，引发速率和聚合程度更稳定，更有利于控制微胶囊粒径和分散性。
8.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
9.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本发明的实施例2中制得的微胶囊型防火涂料的sem图；
12.图2是本发明的实施例2中的芯材、壁材以及制得的微胶囊型防火涂料的ftir图；
13.图3是本发明的实施例2中的壁材以及制得的微胶囊型防火涂料的tg图。
14.图中：
15.a为芯材；b为壁材；c为微胶囊型防火涂料。
具体实施方式
16.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图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。
17.传统的涂敷在钢结构上的防火涂料，分为薄涂型和厚涂型；其中，薄涂型防火涂料的防火隔热原理是防火涂料层在受火时膨胀发泡，形成泡沫层隔绝了氧气，而且因为泡沫层质地疏松而具有良好的隔热性能，可延滞热量传向被保护基材的速度；根据物理化学原理分析，涂层膨胀发泡产生的泡沫层的过程因为体积扩大而呈现吸热反应，也消耗了燃烧时的热量，有利于降低体系的温度，这几个方面的作用，使防火涂料产生显著的防火隔热效果；而厚型钢结构防火涂料的防火隔热原理是防火涂料受火时涂层基本上不发生体积变化，但涂层热导率很低，延滞了热量传向被保基材的速度，防火涂料的涂层本身是不燃的，对钢构件起屏障和防止热辐射作用，避免了火焰和高温直接进攻钢构件。此外，涂料中的有些组分遇火相互反应而生成不燃气体的过程是吸热反应，也消耗了大量的热，有利于降低体系温度，故防火效果显著，对钢材起到高效的防火隔热保护。另外该类钢结构防火涂料受火时涂层不发生体积变化形成釉状保护层，它能起隔绝氧气的作用，使氧气不能被保护的易燃基材接触，从而避免或降低燃烧反应。但这类涂料所生成釉状保护层导热率往往较大，隔热效果差。为了取得一定的防火隔热效果，厚涂型防火涂料一般涂层较厚才能达到一定的防火隔热性能要求。
18.本发明提供了一种微胶囊型防火涂料的制备方法，包括以下步骤：将芯材原料与交联剂、引发剂混合后，加入乳化剂，搅拌形成芯材溶液；将壁材原料加入到所述芯材溶液中，反应后，离心、洗涤、干燥，得到微胶囊型防火涂料。
19.具体的，将芯材原料、交联剂、引发剂混合后，加入乳化剂，置于恒温水浴锅中加热、搅拌后，形成稳定的芯材溶液；将材原料加入到所述芯材溶液中，充入惰性气体除去残留的活性氧的气体；加热发生聚合反应后，放置一段时间使产物沉淀；将产物离心、洗涤、干燥后，得到微胶囊型防火涂料。
20.将引发剂加入到芯材溶液中，能使微胶囊的包覆在低温或常温下即可完成，引发速率和聚合程度更稳定，更有利于控制微胶囊粒径和分散性。
21.其中，可选的，所述芯材原料与壁材原料的芯壁比可以但不限于为(1～3)：1。
22.具体的，芯壁比是指灭火涂料芯材与微胶囊壁材的投料比例，芯壁比对微胶囊的包覆效果影响很大，选择合适的芯壁比不仅能够制备出载药量高、形态规整的灭火涂料微胶囊，而且可以避免过剩的芯材或壁材浪费。
23.可选的，所述芯材原料可以但不限于包括四氟二溴乙烷、
24.(1,1,1,2,2,3,4,5,5,5
‑
十氟
‑3‑
甲氧基
‑4‑
(三氟甲基)
‑
戊烷中的至少一种。
25.可选的，所述乳化剂占所有组分的质量分数可以但不限于为1～10％；所述乳化剂可以但不限于包括tween20、span80、十二烷基苯磺酸钠的一种或多种。
26.具体的，乳化是微胶囊制备过程中必不可少的一步，由于乳化剂的加入，能使油相、水相分散均匀，形成稳定的乳液。
27.可选的，所述引发剂占壁材原料的质量分数可以但不限于为1～5％，所述引发剂可以但不限于包括偶氮二异庚腈(advn)、过氧化苯甲酰(bpo)和n,n
‑
二甲基苯胺(dma)中的一种或多种组合。
28.具体的，通过油溶性引发剂引发壁材聚合，包覆芯材。对芯材的包埋效果较好，所得的微胶囊不会出现芯材渗漏及微胶囊不耐高温等问题。
29.可选的，制备胶囊时的搅拌速度可以但不限于为500～900r/min。
30.具体的，搅拌速度是控制微胶囊制备体系剪切应力的重要条件，搅拌速度太小，所分散的芯材液滴分散不均匀，有些芯材液滴过大，所形成的聚合物无法将其包覆完全；搅拌速度过大，剪切力过大使得乳液破乳，所形成的芯材液滴被破坏，影响包覆。
31.进一步，优选的，将所述壁材原料加入到所述芯材溶液前，先对壁材原料进行去阻聚剂处理。
32.具体的，为了避免壁材原料中杂质对后续包覆微胶囊化反应的影响，保障包覆微胶囊化性能的均一稳定，本技术在将所述壁材原料加入到所述芯材溶液前，先对壁材原料进行去阻聚剂处理。
33.其中，可选的，所述对壁材原料进行去阻聚剂处理的方法为：向甲基丙烯酸甲酯中加入碱溶液，搅拌、洗涤至洗涤液无色，再水洗至中性；加入无水硫酸钠，静置过滤；加入氯化亚铜，进行蒸馏后，收集40～41℃时的馏分。
34.具体的，向壁材原料中加入碱溶液，搅拌，静置分层，弃去下方红色的洗涤液，重复操作数次，直至洗涤液无色为止；将碱洗后的壁材用蒸馏水洗涤至中性，加入无水硫酸钠，静置后过滤；向过滤后的壁材原料中加入氯化亚铜，水浴加热至40℃，然后当压力稳定在10800pa，温度稳定在40～41℃时，开始收集馏分；将收集的40～41℃时的馏分，放置冰箱备用；将低于40℃或高于41℃的馏分单独收集，不能混入所需馏分中。
35.又一方面，本发明还提供了一种微胶囊型防火涂料，其由壁材原料在芯材表面交联成膜，形成微胶囊型防火涂料。
36.可选的，所述壁材原料可以但不限于为甲基丙烯酸甲酯。
37.可选的，所述芯材原料可以但不限于包括四氟二溴乙烷、
38.(1,1,1,2,2,3,4,5,5,5
‑
十氟
‑3‑
甲氧基
‑4‑
(三氟甲基)
‑
戊烷中的至少一种。
39.实施例1
40.在250ml分液漏斗中加入50ml甲基丙烯酸甲酯，并加入等体积10％的氢氧化钠溶液，搅拌，静置分层，弃去下方红色的洗涤液。重复操作数次，直至洗涤液无色为止；将洗涤后的甲基丙烯酸甲酯用蒸馏水洗涤至中性。加入3g无水硫酸钠，静置0.5h，用漏斗过滤；向洗净的甲基丙烯酸甲酯加入0.05g氯化亚铜，导入单颈瓶装入蒸馏装置中；开启真空泵抽真空，调稳真空度至10800pa，水浴加热至40℃，然后当压力稳定在10800pa，温度稳定在40～41℃时，开始收集馏分，仅将收集的40～41℃时的馏分，得到去除阻聚剂的甲基丙烯酸甲酯，放置冰箱备用。
41.实施例2
42.取250ml三颈烧瓶，加入50ml水，0.03ml乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，1ml溶有0.06g偶氮二异庚腈的四氟二溴乙烷(freon114b
‑
2)；称取0.138gtween20和0.038gspan80加入溶液中；置于25℃恒温水浴锅中加热，调整转速1500r/min下搅拌半小时，形成稳定的芯材溶液。
43.取3ml实施例1中制得的去除阻聚剂的甲基丙烯酸甲酯加入三颈烧瓶中，充氩气除去残留的活性氧的气体；升高温度为40℃，调节转速为900r/min，聚合反应5h；反应结束后，放置一段时间使产物完全沉淀；将产物离心、洗涤、室温下干燥1天，得到白色的粉末。
44.实施例3
45.取250ml三颈烧瓶，加入50ml水，0.03ml乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，2ml溶有0.1g过氧化苯甲酰的(1,1,1,2,2,3,4,5,5,5
‑
十氟
‑3‑
甲氧基
‑4‑
(三氟甲基)
‑
戊烷；称取0.2gtween20加入溶液中；置于25℃恒温水浴锅中加热，调整转速1500r/min下搅拌半小时，形成稳定的芯材溶液。
46.取3ml去除阻聚剂的甲基丙烯酸甲酯加入三颈烧瓶中，充氩气除去残留的活性氧的气体；升高温度为40℃，调节转速为900r/min，聚合反应5h；反应结束后，放置一段时间使产物完全沉淀；将产物离心、洗涤、室温下干燥1天，得到白色的粉末。
47.实施例4
48.取250ml三颈烧瓶，加入50ml水，0.05ml乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，3ml溶有0.03gn,n
‑
二甲基苯胺的四氟二溴乙烷；称取0.079gtween20和0.023g十二烷基苯磺酸钠加入溶液中；置于25℃恒温水浴锅中加热，调整转速1500r/min下搅拌半小时，形成稳定的芯材溶液。
49.取3ml去除阻聚剂的甲基丙烯酸甲酯加入三颈烧瓶中，充氩气除去残留的活性氧的气体；升高温度为40℃，调节转速为900r/min，聚合反应5h；反应结束后，放置一段时间使产物完全沉淀；将产物离心、洗涤、室温下干燥1天，得到白色的粉末。
50.如图1所示，实施例2制得了形状规则的微胶囊型防火涂料。
51.如图2所示，对实施例2中的芯材、壁材以及制得的微胶囊型防火涂料分别进行ftir测试分析，从图1中可以看出，曲线(a)、(b)、(c)分别为芯材freon114b
‑
2、壁材和微胶囊的ftir图。从曲线(b)和(c)可以看出特征峰的位置没有太大区别，在1735cm
‑1处出现了一个尖锐的强峰，对应于酯基上的c＝o伸缩振动吸收峰，1445cm
‑1附近的吸收峰是由c
‑
h的弯曲振动引起的，1260～1000cm
‑1处宽峰对应于酯基c
‑
o的伸缩振动峰，3000～2900cm
‑1的宽峰是由于c
‑
h伸缩振动峰的存在。从曲线(a)可以看出，1194cm
‑1处是freon114b
‑
2中f
‑
c
‑
f的伸缩振动吸收峰，761cm
‑1是c
‑
br吸收峰，而曲线(c)可以看出，微胶囊含有freon114b
‑
2的特征峰，但曲线(b)中没有freon114b
‑
2对应的特征峰。结果表明，pmma对freon114b
‑
2进行了成功的包覆。
52.如图3所示，从图中可以看出曲线b为壁材，c为微胶囊，壁材和微胶囊的热分解主要有三个阶段：壁材和微胶囊在30～100℃的质量损失，主要是壁材和微胶囊水分的损失；壁材和微胶囊在200～400℃的质量损失，主要是因为壁材达到热分解温度，壁材受热分解，这时微胶囊的失重量大于壁材的失重量，是因为微胶囊中的芯材在此阶段不断释放造成的；在400℃之后的失重主要是未分解的壁材失重量。综上所述，说明壁材pmma成功对芯材
freon114b
‑
2进行包覆，并且微胶囊的具有较好的热稳定性。
53.综上所述，本发明制得的微胶囊型防火涂料，分散性好、大小均一；以甲基丙烯酸甲酯包覆灭火涂料芯材性质并未受到影响，成功包覆芯材；甲基丙烯酸甲酯为壁材的灭火涂料微胶囊具有较好的热稳定性。
54.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。