一种阻燃耐水的水性漆及其制备方法与流程

本发明属于水性漆，具体地，涉及一种阻燃耐水的水性漆及其制备方法。

背景技术：

1、传统涂料使用大量有毒的有机溶剂，生产和施工过程中溶剂挥发到空气中，对人类身心健康以及生态环境均造成极大的威胁。水性漆通常以合成树脂作为基料，然后辅以颜料、填料及各种助剂配制而成，由于其装饰效果好，施工方便，对环境污染小，成本低，被广泛应用于室内墙面、顶棚的装饰装潢。水性漆是以水代替油漆中的有机溶剂，具有节能环保、生产安全易得，存储条件要求简单，施工简便、用途广等特点，发展环境友好水性涂料成为当今涂料工业发展的一个重要方向。

2、水性丙烯酸树脂漆是典型的水性涂料，品种众多、性能各异的丙烯酸酯类单体奠定了水性丙烯酸树脂漆的性能的发展基础。水性丙烯酸树脂分为丙烯酸乳液和丙烯酸水性分散体，其中丙烯酸乳液采用水，乳化剂，反应单体和无机引发剂，通过乳液聚合方式和合成低粘度高固含的丙烯酸乳液，乳液的聚合物依靠乳化剂的分散在水中，但是乳化剂的亲水性导致乳液的漆膜耐水性很差。

3、中国发明专利cn107083170a公开了一种水性漆及其制备方法与使用方法，主要采用特定用量的水性聚氨酯树脂、水性有机硅改性聚氨酯分散体、有机硅树脂、水性氟碳树脂、水性有机硅改性丙烯酸树脂、聚乙烯蜡浆和水性丙烯酸树脂制备得到，此发明水性漆粘度适中，原料分散均匀，物理性质好，成膜性、流平性、热稳定性及光泽度好，防紫外线、防污、耐磨性能好，可操作性强，无污染，使用安全环保。但是此发明使用了较多的含氟、含硅成膜物质，这类材料成本昂贵，不适合大规模使用，其阻燃性能有待进一步提高。

4、因此，开发一种阻燃效果好，耐水性优异的水性漆符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种阻燃耐水的水性漆及其制备方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种阻燃耐水的水性漆，包含以下重量份的原料：水性丙烯酸复合树脂10-15份、阻燃剂3-5份、颜填料4-7份、成膜助剂2-4份、杀菌防腐剂0.2-0.6份、增稠剂0.2-0.6份、流平剂0.3-0.8份、氨中和剂0.1-0.3份、消泡剂0.1-0.3份、引发剂0.02-0.03份、去离子水20-30份；

4、进一步地，所述水性丙烯酸复合树脂，通过如下步骤制备：

5、(1)将1.3-1.9份去离子水和8-12份3-(甲基丙烯酰氧)丙基二甲基乙氧基硅烷混合，得到水解物；

6、(2)加入60-80份乙二醇丁醚，升温至145℃，再缓慢加入40-45份甲基丙烯酸甲酯、30-35份苯乙烯、15-20份丙烯酸丁酯、2-5份丙烯酸、1.2-3.6份过氧化二叔丁基、1-3份巯基乙醇和步骤1的水解物，150℃保温3h，降温至70℃，加入2-5份n,n-二甲基乙醇胺，得到水性丙烯酸复合树脂。

7、进一步地，所述阻燃剂通过如下步骤制备：

8、s1、氮气保护下将2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪加入装有n,n-二甲基甲酰胺(dmf)的棕色三口烧瓶中，升温至110℃搅拌0.5h，再降温至70℃，随后在氮气保护下缓慢加入3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，继续在70℃搅拌反应4h，反应结束后冷却到室温，减压蒸馏，得到中间体1；2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷和dmf的用量比为10.3g:9.5ml:50ml。

9、室温下，2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪和3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷发生加成反应，反应方程式如下所示：

10、

11、s2、氮气保护下将中间体1和3-羟基苯基磷酰丙酸溶于dmf中，并加入edc(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐)和nhs(n-羟基琥珀酰亚胺)，充分搅拌至混合均匀，在50℃恒温油浴中搅拌反应6h，反应结束后进行减压蒸馏，柱层析提纯(洗脱液选择苯和乙醚的混合溶剂，苯和乙醚的体积比为6:4)，减压蒸馏，得到阻燃剂。中间体1、3-羟基苯基磷酰丙酸、edc、nhs和dmf的用量之比为9.1g:4.3g:0.7g:0.3g:100ml。

12、在edc和nhs作用下，3-羟基苯基磷酰丙酸的-cooh与中间体1的-nh2发生酰胺化反应，反应方程式如下所示：

13、

14、本发明阻燃剂为无卤阻燃元素磷氮硅协同阻燃。含氮元素的阻燃剂受热分解一方面会消耗燃烧体系中大量的热，另一方面会生成氨气、水蒸气、氮气等不燃性气体，稀释火焰区域可燃性气体与氧气浓度；含磷元素的阻燃剂受热分解一方面会生成难燃性气体，另一方面会产生po·自由基捕捉h·以及oh·活性自由基，进而终止燃烧链式反应，达到阻燃的目的。含磷元素的阻燃剂促使聚合物基体成炭，在聚合物基体表面形成熔融炭层，而含氮元素的阻燃剂受热分解生成的氨气、氮气等不燃性气体则使得聚合物基体表面形成的熔融炭层膨胀发泡，形成多孔泡沫状结构，而膨胀多孔的泡沫状炭层会阻断聚合物基体与外界进行热量与氧气交换的进程，从而阻止聚合物材料燃烧，达到阻燃的最终效果；含硅元素的阻燃剂在燃烧时生成硅-碳阻隔层，起到阻燃、抑烟的效果。阻燃剂末端不饱和双键在少量引发剂的作用下与水性丙烯酸复合树脂未反应完全的双键产生化学作用，此外，在去离子水中，本发明阻燃剂的硅烷氧基和水性丙烯酸复合树脂的硅烷氧基水解、缩合、交联，从而形成一个杂化交联网络，既能使得本发明阻燃剂高度分散且稳定存在于水性漆中，使得本发明水性漆具备优异的阻燃效果，又能使得颜填料充分分散于水性漆中，同时也使得本发明水性漆的热稳定性和耐水性得到进一步的提升。

15、进一步地，所述颜填料为氧化铁红、炭黑、碳酸钙和高岭土中的一种或几种。

16、进一步地，所述成膜助剂为十二碳醇酯。

17、进一步地，所述杀菌防腐剂为异噻唑啉酮类防腐剂。

18、进一步地，所述增稠剂为缔合型聚氨酯类增稠剂。

19、进一步地，所述流平剂为聚二甲基硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷、聚醚改性有机硅氧烷中的一种或几种。

20、进一步地，所述氨中和剂为二甲基乙醇胺。

21、进一步地，所述消泡剂为聚硅氧烷乳液。

22、一种阻燃耐水的水性漆的制备方法，包括以下步骤：

23、按比例加入去离子水和颜填料，搅拌分散15分钟，用砂磨机研磨至合适细度，再按比例加入阻燃剂、引发剂和水性丙烯酸复合树脂，加热搅拌30min，最后在室温下按比例加入剩余助剂，搅拌30分钟，调节水性漆至合适黏度，过滤，得到阻燃耐水的水性漆。

24、水性漆干燥成膜后，-si-o-si-链会迁移到膜层表面，而硅原子在化合物中处于四面体中心，根据四面体结构，两个甲基垂直于硅与两相邻氧原子连接的平面上，此外，si-o键键长较长，以致两个非极性的甲基上的三个氢就像撑开的伞，使它具有很好的疏水性，使水性漆涂膜具有优异的耐水性和附着力。

25、本发明的有益效果：阻燃剂高度分散并稳定存在于水性漆中，阻燃剂中的氮、磷、硅元素协同发挥阻燃效果，使得本发明水性漆具备优异的阻燃性；阻燃剂中的硅烷氧基与水性丙烯酸复合树脂中的硅烷氧基水解、缩聚，形成牢固的杂化网络型结构，一定程度提升了水性漆的热稳定性；本发明水性漆干燥成膜后，有机硅链则迁移到膜层表面，进而大大提升了水性漆的耐水性和附着力。