纯丙乳胶防火涂料稳定性影响因素的研究

　　马金，吴润泽，王桂银
　　
　　（江苏兰陵化工集团有限公司，江苏常州213119）
　　
　　摘要：以纯丙乳液为主要成膜物质制备了防火性能优异，贮存稳定的防火涂料；探讨了分散剂、增稠剂、成膜助剂对乳胶防火涂料体系稳定性的影响。
　　
　　关键词：防火涂料；分散剂；增稠剂；成膜助剂；稳定性
　　
　　中图分类号：TQ637.8文献标识码：A文章编号：1007－9548（2011）11-0017－03
　　
　　0·引言
　　
　　涂料的水性化是当下涂料研究的热点，亦是涂料发展的趋势[1]。水性防火涂料是以乳液为主要成膜物质，以水为分散介质的新型防火涂料，除了具有油性防火涂料的性能外，还具有低VOC、安全无毒、无空气污染、施工工具易用水清洗等油性防火涂料无法匹敌的优点[2]。为确保所研制的乳胶防火涂料获得高性能，首先要对决定涂料最终性能的主要成膜物乳液进行选择，试验发现纯丙乳液较苯丙、硅丙乳液制备的涂料发泡高度高，隔热性能优异，其熔融软化温度与阻燃体系（P-C-N）匹配性好。本文以纯丙乳液为主要成膜物质，探讨分散剂、增稠剂、成膜助剂对乳胶防火涂料稳定性的影响，获得性能优异、贮存稳定性好的涂料产品。
　　
　　1·试验部分
　　
　　1.1试验原料
　　
　　试验组分及原料名称见表1。

　　表1试验组分及原料名称

　　1.2涂料配制工艺

　　 　　按配方将分散剂等助剂和水在配料罐内搅匀，然后于搅拌下加入阻燃粉料及颜料，搅匀后将物料送入砂磨机中研磨至规定细度；细度达到指定要求后，加入乳液和剩余消泡剂用搅拌机充分搅匀（搅拌机速度不能太高，否则破乳），再于其中滴加成膜助剂（缓慢滴加以防止凝聚物产生）并充分搅拌，最后根据涂料施工要求加入增稠剂调节黏度，黏度合格后，过滤、包装。其生产工艺流程见图1。

　　图1纯丙乳胶防火涂料配制工艺流程

　　1.3涂料稳定性评定方法
　　
　　涂料稳定性的考察主要是通过观察不同助剂在涂料配制过程中产生凝聚物的程度、对黏度的调节效应、涂料的流动性、贮存后分水情况、结块（或破乳）状况等。采用分级方法进行评定，共分为5级，其中1级最好，5级最差。
　　
　　2·结果与讨论
　　
　　2.1分散剂的影响
　　
　　在乳胶防火涂料的制备中，为了确保产品的防火性能往往需要较高的颜基比，而颜填料不易被水润湿，易产生粉团，且作为黏结剂的乳液不能在料浆的制备中作为展色剂，因此，为了解决阻燃填料和颜料的分散必须使用分散剂。在水性介质中颜填料的分散过程包含润湿、分离和稳定化3个相互协同的过程[3]，因此分散剂的优劣常以其对颜填料的润湿作用、分散作用和稳定化作用来综合评价。
　　
　　试验中选用了六偏磷酸钠（10%水溶液）、112D、731A、BYK-1904种分散剂进行对比试验，以分散剂对颜填料的润湿情况、涂料的贮存稳定性和黏度调节效应来进行评级，试验结果见表2。

　　表2分散剂对涂料稳定性的影响

　　可知，在相同配方的条件下，731A对体系的黏度调节效应好，涂料表现出优异的贮存稳定性。BYK-190、112D对体系的黏度调节效应差，体系黏度低，贮存后涂料短期内出现严重分水，外观差。六偏磷酸钠表现出较好的性能。

　　 　　2.2增稠剂的影响
　　
　　乳胶防火涂料可以理解为阻燃填料和颜料的水分散体系和聚合物乳液的混合物，作为黏结剂的乳液的非均相性决定了乳胶防火涂料的黏度通常比较低，使得防火涂料中大量颜填料极易发生絮凝沉淀，为了使所制备的涂料具备所需的各项性能如贮存稳定性、施工性等，就必须对作为连续相的水相进行增稠，一方面提高贮存稳定性，另一方面使其达到一定的黏度以便于施工。目前常用的增稠剂有无机类增稠剂、纤维素醚及其衍生物类增稠剂、缔合型碱溶胀增稠剂（HASE）和聚氨酯增稠剂（HEUR）[4]。
　　
　　试验发现纯丙乳液防火涂料黏度低，为了达到涂刷每道150~200μm的施工要求，需要合理地选用增稠剂。笔者根据试验条件选用了5种不同的增稠剂进行试验，以期获得最佳的稳定体系，试验结果见表3。

　　表3增稠剂对涂料稳定性的影响

　　可见，选用无机型和HASE型增稠剂，虽然其黏度调节效应高，能够有效提高涂料的黏度，但涂料贮存后流动性变差，同时往往伴随有分水、结块现象。HEUR类增稠剂对体系的黏度调节效果较好，贮存后涂料不易分水，也无结块、破乳情况，流动性优。各种HEUR在对黏度调节的效果上各有不同，可以通过相互搭配从而控制体系黏度大小，达到最理想的稳定效果。
　　
　　2.3成膜助剂的影响
　　
　　成膜助剂又称凝聚剂、聚结剂，通常为高沸点、低Tg、挥发慢的极性溶剂，成膜助剂的作用如同1种“临时”增塑剂，用以降低聚合物的最低成膜温度（MFT），一旦颗粒变形与成膜过程完成后，成膜助剂会从涂膜中挥发[5]。好的成膜助剂首先一定是乳液聚合物的良好溶剂，其次挥发速度要慢，再次是在水中的溶解度要低，也就是说要亲树脂乳液，这决定了成膜助剂在乳胶漆体系中处在乳胶粒表面，能发挥最大助成膜的作用。

　　 　　选用十二酯醇、丙二醇、二乙二醇丁醚、苯甲醇4种成膜助剂进行对比试验，考察其对乳胶防火涂料体系相容性、黏度调节效应、MFT调节效应及贮存稳定性等的影响，试验结果见表4。

　　表4成腊助剂对涂料稳定性的影响

　　可见，不同成膜助剂基于本乳胶防火体系其效应大不相同。苯甲醇和二乙二醇丁醚与体系相容性差，涂料制备过程中易使乳液破乳，有不同程度的絮凝物产生。十二酯醇、丙二醇与体系相容性好，在涂料配制过程中很少产生絮凝物；十二酯醇较丙二醇能更有效地降低聚合物乳液的最低成膜温度，通过丙二醇与十二酯醇搭配使用，使得沸点梯度组合恰当，能有效调节体系挥发速率，成膜效率更佳。
　　
　　3·结语
　　
　　乳胶防火涂料的贮存稳定性、施工性等与所用的助剂息息相关，尤其是与以上所述分散剂、增稠剂和成膜助剂紧密相关，为了保证乳胶防火涂料贮存不分水、不结块及良好的施工性能，就必须对上述3种主要助剂进行选择。选择得当的分散剂不仅对颜填料起润湿分散作用，还能对体系黏度形成有效调节作用；增稠剂是保证涂料贮存稳定性的关键性因素；成膜助剂能有效降低乳液的最低成膜温度，赋予涂料优异的低温成膜性能。
　　
　　参考文献：
　　
　　[1]王贤明，王华进，胡静，等.环保型防火涂料发展现状[J].涂料工业，2002（12）：48-51.
　　
　　[2]于静，赵英华.环保超薄型钢结构防火涂料[J].中国涂料，2004（10）：26-28.
　　
　　[3]姜英涛.颜料在水性介质中的分散[J].上海涂料，2004（2）：1-2.
　　
　　[4]杨群，李树材，高明杰.乳胶涂料用增稠剂的选择[J].现代涂料与涂装，2002（6）：23-26.
　　
　　[5]林宣益.成膜助剂的助成膜机理、性能和发展趋势[J].化学建材，2004（4）：14-19.