本发明涉及水性胶粘剂领域，特别涉及一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂。
背景技术：
1、矿物棉是工业和建筑中优良的隔热保温材料，由天然岩石或冶金矿渣在燃烧炉内经高温熔化后，用喷吹法或离心制得的棉花状短纤维。具有质轻、耐久、不燃、不腐、不霉、不受虫蛀等特点。复合贴面材料是由纤维、薄膜和薄金属复合制成的绝热系统的外保护及装饰层，按照材质可以分为铝箔类贴面(由铝箔、牛皮纸和纤维材料复合而成)和聚丙烯类贴面(由聚丙烯膜、牛皮纸和纤维材料复合而成)。将经燃烧炉喷吹定型后的矿物棉与贴面制品经胶粘剂复合后即为矿物棉制品。该矿物棉制品被广泛应用在墙板、天花板、空间吸声体等方向，以达到防火、隔热、吸音等要求。
2、目前随着国内多起居民楼火灾的爆发，建筑材料的防火要求越来越高，根据住建部和公安部46号文的要求：建筑高度大于100米以上的住宅建筑，保温材料的燃烧性能应为a级。这就意味着，应用于建筑材料的矿物棉制品需达到防火等级a级。
3、无卤阻燃添加剂主要以磷系化合物和金属氢氧化物为主。这两类化合物，燃烧时不挥发、不产生腐蚀性气体，被称为无公害阻燃剂，另外还有硅系阻燃剂及氮系阻燃剂等几类新型的无卤阻燃剂。这些新型的无卤阻燃剂成为了符合国际标准发展趋势的新产品。近两年随着无卤阻燃剂技术的持续进步，无卤阻燃剂在技术应用、性价比上的优势得到了进一步增强。然而，由于阻燃剂颗粒较大、不同的阻燃剂之间化学性质有所差异等原因，如果将阻燃剂与胶粘剂混合长期储存会产生分层、凝胶或者破乳等现象。因此目前需要阻燃性能产品的厂家会使用双组份阻燃胶粘剂，即分别储存胶粘剂和阻燃剂，再在生产前将胶粘剂及阻燃剂按照一定比例进行简单混合后立即使用。此种在生产前混合的方式，对于工人要求较高，且人工成本较大，质量控制面临严峻挑战。
4、目前用于复合矿物棉及贴面的胶粘剂大多数工厂使用的为高分子有机胶粘剂，无阻燃性能。因此，在矿物棉制品的应用中，如何制备出一种储存性能及应用性能均稳定的单组份无卤阻燃贴面胶粘剂，且适用现场工艺的，是目前急需解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决背景技术中的问题，本技术提供了一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂。其中单组份是指所述胶粘剂成品为单个均匀组分，不用现场混合其他物料，减少了配料次数带来的时间浪费、物料损失及对环境的污染；避免双组分配料计量上的错误，避免计量误差和混料不均匀带来性能上的影响，利于自动化流水生产线。本专利所述单组份胶粘剂为单组份稳定体系，可以在长期储存的过程避免大颗粒团聚、胶粘剂分层、分水等不良现象。
2、具体由如下方案实现：
3、一方面，本技术提供一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，按重量计包括如下组分：
4、水性乳液：40～90份；
5、阻燃剂：5～40份；
6、增稠剂：0.1～5份；
7、低沸点有机溶剂：0.5～3份；
8、偶联剂：0.1～5份；
9、分散剂：0～2份；
10、消泡剂：0.1～1份；
11、水：1～50份。
12、本发明所提供的水性乳液，是指单体和水在乳化剂和引发剂的作用下得到的聚合物，作为胶粘剂的主体，水性乳液通过将阻燃剂等其他助剂均匀混合在一起施工干燥后，形成均匀的胶粘层从而提供粘合作用。应用于胶粘剂的乳液，需要选择玻璃化转变温度适当的聚合物，玻璃化转变温度简称tg，即高分子材料由玻璃态到高弹态的转变温度，以下由tg代替。tg由差示扫描量热法(dcs)测量，参考标准为gb/t 19466.2-2004。本发明所提供的水性乳液，其tg范围为-35～5℃。若所选乳液tg过高，则乳液偏硬，成膜后粘结性能较差；若所选乳液tg过低，乳液偏软，则矿物棉制品的整体强度会偏低。本发明所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂的粘结性能通过初粘性方法进行测试，参考gb/t 4852《压敏胶粘带初粘性试验方法》方法b斜槽滚球法。停止滚动的距离代表初粘力，滚动距离越短，说明初粘力越好。本发明要求滚动距离≤4cm。
13、在本技术的一些实施方式中，所述水性乳液可以为丙烯酸聚合物乳液，所述丙烯酸聚合物乳液包括纯丙乳液、醋丙乳液、苯丙乳液；所述水性乳液还可以包括丁二烯-苯乙烯乳液或醋酸乙烯-乙烯共聚乳液。
14、在本技术的一些实施方式中，所述阻燃剂包括有机阻燃剂和无机阻燃剂。通过与乳液复配，提供阻燃型胶粘剂，大多数阻燃剂为固体粉末，且粒径较粗。本发明所述阻燃剂包括但不限于聚磷酸铵、二乙基次膦酸盐、无机次磷酸盐、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或几种。其中，聚磷酸铵的目数为200～800目，二乙基次氯酸盐为325～1250目，氢氧化铝800目及以上。进一步，阻燃剂优选有机阻燃剂，次选无机阻燃剂。
15、在实际生产中，工厂会将胶粘剂通过管线从吨桶引入胶槽，实际生产会各个产线来回切换，工人不会及时清理胶槽，也就是说某批次生产结束后，胶槽中的胶粘剂会留置于胶槽中进行空转，这就要求胶粘剂拥有较长的开放时间，避免因在胶槽停留时间过长而导致的结皮、增稠等不良现象。我们定义将胶粘剂置于25℃、50％rh湿度的环境下表面结皮的时间称为开放时间，一般工厂对胶粘剂的开放时间要求不低于8h。为了延长胶粘剂的开放时间，本专利所述的专用于复合矿物棉及贴面的单组份无卤阻燃胶粘剂添加了1％～3％的低沸点溶剂，在保证粘结性能及阻燃性能的同时，大大提高该胶粘剂的工艺性。
16、在本技术的一些实施方式中，所述低沸点溶剂，是指沸点在80～180℃的有机溶剂，包括但不限于正丁醇、环己烷、丁酯、乙二醇丁醚、环己酮中的一种或多种。
17、矿物棉制品作为一种特殊的建筑材料，其使用面积大，一般以成卷或者成毡出厂。贴面制品一般是由铝箔复合牛皮纸，或者由聚丙烯膜复合牛皮纸。其中铝箔和聚丙烯膜作为外立面起到隔热、阻隔水蒸气、美观等作用。因此用于复合矿物棉及贴面的胶粘剂施工于牛皮纸上，经过加热辊及压力辊与成型的矿物棉复合，而牛皮纸具有吸湿性，这就要求涂布于牛皮纸上的胶粘剂能够很好的粘结矿物棉，但实际生产中，为了节约成本，厂家在生产矿物棉制品时会控制矿物棉及贴面中间层胶粘剂的涂胶量，根据不同的材质一般控制在30～80g/m2，这就意味着，应用于复合矿物棉和贴面制品的胶粘剂必须在克服牛皮纸吸湿性的前提下保证最佳的粘结效果。本篇专利根据实际生产情况，从三个方面来解决这一问题，一是控制胶粘剂的水分含量，保证胶粘剂的固体含量，从而减缓牛皮纸的吸湿性；第二是控制胶粘剂的表观粘度，减缓牛皮纸的吸湿性；第三是通过调节胶粘剂的触变性，使得施工于牛皮纸上胶粘剂的状态，达到“橘皮”效果，从而使胶粘剂以点带面，更好的粘结矿物棉。
18、本发明所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂固体含量为48％～60％。胶粘剂固体含量过低，则过多的水分会触发牛皮纸的吸湿性，导致胶粘剂渗透到牛皮纸，从而导致能黏附矿物棉的胶粘剂过少，从而影响整体的粘结性能。固体含量主要由胶粘剂中的乳液及阻燃剂提供，而过高的固体含量则要求乳液本身固体含量较高，在实际乳液产品中，高固体含量乳液合成工艺复杂且不稳定，因此本发明所述的用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂的固体含量为48％～60％。
19、本发明所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其表观粘度通过斯托默粘度计测试，粘度范围为85ku～110ku。若斯托默粘度偏低，则会引起牛皮纸的吸湿性，导致能黏附矿物棉的胶粘剂过少，从而影响整体的粘结性能。若斯托默粘度过高，过于粘稠的胶粘剂不利于工人现场的施工，且在后续的长期储存中，过高的表观粘度会导致储存后出现发胀等不良现象。
20、本发明所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，在实际生产过程中不要求所有矿物棉及贴面制品接触面积必须完全黏附，而要求能达到以点带面的粘结效果，从而在保障粘结性能的同时使用最少的涂胶量，达到性能、工艺及成本的平衡。这就要求所使用的胶粘剂需要具备在施工于牛皮纸后接近静止的状态下具有较高的粘度，而在涂胶辊上施工时为了避免过高的粘度导致的无法施工等问题而需要较低的粘度。我们把流体在较低剪切速率下的粘度称为低剪切粘度，把流体在施工状态下的粘度称为高剪切粘度。因此，本发明所述胶粘剂在施工于牛皮纸上后的粘度称为低剪切粘度，在涂胶辊运行状态下的粘度为高剪切粘度。也就意味着，本发明所述的胶粘剂需要在高剪切速率下粘度低，在低剪切速率下粘度高。我们定义，具有高剪切速率下粘度低、低剪切速率下粘度高的性能为触变性。本发明所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂要求，在6rpm转速下的旋转粘度要求为6000～12000cp，在60rpm转速下的旋转粘度要求为1500～4000cp，我们定义触变指数为6rpm转速下的粘度与60rpm转速下的粘度比值，触变指数要求为2.5～5。
21、在本技术的一些实施方式中，所述增稠剂用于调整体系粘度，包括静态下的低剪切粘度、施工时的高剪切粘度及表观粘度。
22、所述增稠剂为a类增稠剂与b类增稠剂复配，a类增稠剂和b类增稠剂的质量比可以为1～6：1，通过搭配，使得本专利发明产品同时具有高、中、低剪切粘度，保证本专利发明产品具备施工、储存等需要的高剪切粘度、中剪切粘度、低剪切粘度。
23、进一步地，所述a类增稠剂可以是聚丙烯酸类增稠剂、聚氨酯类增稠剂或聚乙烯醇等，根据其结构和分子量，能提供在不同剪切速率下的粘度。其中聚乙烯醇优选聚合度不低于1300、醇解度不低于80％；聚丙烯酸类增稠剂优选疏水改性聚丙烯酸盐类；聚氨酯类增稠剂优选梳状缔合型聚氨酯类增稠剂，即每个增稠剂分子中间还有两个垂挂的疏水基。
24、所述b类增稠剂可以是气相二氧化硅、凹凸棒土、改性膨润土、黄原胶、瓜儿胶、明胶等。b类增稠剂主要用于提供较高的低剪切粘度，一方面是使得大颗粒粉体及助剂能以均匀的状态存在于体系中，杜绝阻燃型胶粘剂在长期储存或者极端环境中出现的分水、分层、发涨等不良现象；一方面提高胶粘剂的触变性，并达到以点带面的粘结要求。进一步，b类增稠剂优选硅铝胶改性膨润土、分子量(本发明所述的分子量指数均分子量，以下同)在300万以上的黄原胶。
25、在本技术的一些实施方式中，所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钾、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、聚磷酸酯、聚氨酯、纤维素衍生物、甲基戊醇中的一种或多种。分散剂用于分散粉体，并帮助粉体在体系中以稳定的状态存在。
26、在本技术的一些实施方式中，所述消泡剂为矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂或聚硅氧烷消泡剂中的一种或几种。用于消除因搅拌引入的气泡及粉体润湿所产生的气泡，消除因气泡导致的胶粘剂性能降低。
27、在本技术的一些实施方式中，所述偶联剂中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。本发明通过添加偶联剂，将阻燃剂及乳液桥接，更好的提高体系的稳定性。本发明偶联剂包括硅烷偶联剂、磷酸酯类偶联剂、硼酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的一种或几种，优选硅烷偶联剂，包括但不限于甲基三乙氧基硅烷、十六烷基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二乙胺基甲基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
28、与现有技术相比，本发明所述的专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂具有以下有益效果：
29、1)通过优化选择阻燃剂，复配水性乳液，其燃烧性能好，能达a2级别。
30、2)通过调整水性乳液的用量及与阻燃剂比例，保证了阻燃性能的同时，将胶粘剂的初粘性能最大化，通过滚球法测试的初粘性其滚动距离≤4cm。
31、3)通过使用适用的增稠体系及偶联剂等助剂，并调整组分比例与水性乳液进行复配，使得本产品能在长期储存中以稳定的状态存在，50℃储存能存放7天以上，在25℃室温下储存能存放六个月以上。防止了因阻燃剂颗粒大导致的团聚下层等现象，减少了生产前混合胶粘剂和阻燃剂的步骤，大大控制了生产质量并节约了人工成本。
32、4)通过使用不同的增稠剂进行复配，使得胶粘剂的具有触变性，从而达到以点带面的粘结要求。在6rpm转速下的旋转粘度达到6000～12000cp，在60rpm转速下的旋转粘度为1500～4000cp，触变指数为2.5～5。
33、5)本技术通过添加低沸点有机溶剂，延长了胶粘剂的开放时间，使得其开放时间≥8h。
34、6)本技术提供的胶粘剂本身安全环保，生产便捷，燃烧时无有害气体产生，性能优异。
1.一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，按重量计包括如下组分：
2.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述水性乳液的tg范围为-35～5℃；所述水性乳液为丙烯酸聚合物乳液、丁二烯-苯乙烯乳液或醋酸乙烯-乙烯共聚乳液。
3.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述阻燃剂包括聚磷酸铵、二乙基次膦酸盐、无机次磷酸盐、氢氧化镁、氢氧化铝中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述低沸点溶剂包括正丁醇、环己烷、丁酯、乙二醇丁醚、环己酮中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钾、十二烷基硫酸钠、聚丙烯酰胺、聚磷酸酯、聚氨酯、纤维素衍生物、甲基戊醇中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述消泡剂为矿物油类消泡剂、有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂、聚硅氧烷消泡剂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述偶联剂包括硅烷偶联剂、磷酸酯类偶联剂、硼酸酯偶联剂、双金属偶联剂中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂固体含量为48％～60％。
9.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂斯托默粘度范围为85ku～110ku，6rpm转速下的旋转粘度为6000～12000cp，60rpm转速下的旋转粘度为1500～4000cp，触变指数范围为2.5～5。
10.根据权利要求1所述的一种专用于复合矿物棉及贴面制品的单组份无卤阻燃胶粘剂，其特征在于，所述a类增稠剂和b类增稠剂的质量比为1～6：1。
