一种用于新能源汽车电池的绝缘防火水性涂料及制备方法与流程

本发明涉及涂料，具体为一种用于新能源汽车电池的绝缘防火水性涂料及制备方法。

背景技术：

1、新能源汽车是未来汽车行业的发展趋势，其中锂电池是新能源汽车的重要部件之一；目前新能源汽车电池存在的较大问题是，受到碰撞或挤压，电池包容易受损，导致电池发生燃烧和爆炸，安全问题十分严峻。

2、目前主要采用防火涂料、阻燃电池外壳等来改善电池组件的防火性能。中国专利cn116333566b公开了新能源电池壳的零voc双组分防火膨胀涂料及制备方法以及电池舱，采用酚醛环氧树脂、溴化环氧树脂、液态阻燃剂、多磷酸铵、三聚氰胺等为主要原料，制备的双组分防火膨胀涂料具有优良的阻燃隔热性、结构稳定性和安全性。但是该专利的防火涂料的原料繁杂，并且不具有绝缘、耐水等性能。

3、水性丙烯酸树脂具有环保、成膜性好等优点，在涂料、新能源汽车等方面有重要的应用。但是水性丙烯酸树脂不具有阻燃性能，且耐水性，以及绝缘和导热散热性能不佳；纳米氮化硼具有很高的热导率和电阻率，广泛应用在绝缘材料、导热散热材料等方面。改善纳米氮化硼的分散性，提高其与高分子材料基体的相容性是研究难点。

技术实现思路

1、本发明解决解决了水性丙烯酸树脂涂料绝缘性较差，不具有防火阻燃的性能。

2、本发明的技术方案：

3、一种绝缘防火水性涂料的制备方法：向装有冷凝回流管的反应瓶中加入1,4-二氧六环中加入异氰酸酯改性氮化硼，超声分散后加入1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯，升温至70-90℃反应6-10h，然后浓缩除去1,4-二氧六环，再加入正丁醇溶剂，超声分散后升温至90-100℃，通入氮气，加入聚合单体、引发剂过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈，反应30-60min；再加入聚合单体、引发剂，控制加入时间为2-3h，反应3-5h，其中聚合单体包括苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯；引发剂的质量是聚合单体总质量0.8-1％，浓缩除去正丁醇，再加入水、氨水调节ph至7-8，加入消泡剂、流平剂、聚磷酸铵，剪切分散，得到绝缘防火水性涂料。

4、进一步的，异氰酸酯改性氮化硼、1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯的质量分别是聚合单体总质量的2-10％、6-25％。

5、进一步的，聚磷酸铵的质量是聚合单体总质量的40-60％。

6、进一步的，1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯的制备方法为：

7、(1)向装有冷凝回流管的烧瓶中加入乙腈、1-叔丁氧羰基哌嗪、1,3-二溴-2-丙醇、碳酸钾，升温至75-85℃，反应24-36h，浓缩溶剂，水洗，干燥，得到1,3-二(叔丁氧羰基哌嗪)-2-丙醇。

8、(2)向烧瓶中加入二氯甲烷、1,3-二(叔丁氧羰基哌嗪)-2-丙醇、三乙胺，冰水浴中滴加丙烯酰氯，然后在室温下反应12-18h，浓缩溶剂，中间体用乙酸乙酯重结晶，然后将中间体加入到质量分数为40-50％的三氟乙酸的二氯甲烷溶液中，室温下反应4-6h，浓缩溶剂，产物用乙酸乙酯重结晶，得到1,3-二哌嗪-2-丙烯酸酯。

9、(3)向装有冷凝回流管的烧瓶中加入乙腈、1,3-二哌嗪-2-丙烯酸酯、2-溴乙醇、碳酸钾，升温至75-85℃，反应18-36h，浓缩溶剂，水洗，产物用乙醇重结晶，得到1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯。

10、进一步的，(1)中1-叔丁氧羰基哌嗪、碳酸钾的质量是1,3-二溴-2-丙醇质量的220-250％、300-360％。

11、进一步的，(3)中2-溴乙醇、碳酸钾的质量分别是1,3-二哌嗪-2-丙烯酸酯质量的120-140％、280-330％。

12、进一步的，绝缘防火水性涂料应用于新能源汽车电池中。

13、本发明的技术效果：本发明使用廉价易得的1-叔丁氧羰基哌嗪、1,3-二溴-2-丙醇、丙烯酰氯、2-溴乙醇等作为反应原料，制备了新型单体1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯。在丙烯酸树脂聚合过程中，其含有的羟基，可以与异氰酸酯改性氮化硼表面的异氰酸酯基团进行反应，实现了在氮化硼纳米片表面引入烯基基团，然后再与苯乙烯、丙烯酸等单体进行共聚反应，从而将氮化硼纳米片交联接枝到丙烯酸树脂中，增强了两者之间的界面结合性能，改善了氮化硼纳米片的分散性，氮化硼本身具有很高的电阻率和热导率，均匀分散在丙烯酸树脂水性涂料中，显著提高了涂料涂层的绝缘电阻系数和热导系数，具有优良的绝缘和导热散热性能；并且氮化硼纳米片和丙烯酸树脂分子链发生化学交联作用，形成紧密的有机无机交联网络，有利于降低涂层的吸水率，从而提高耐水性能。使涂料在新能源汽车、电池外壳涂层等领域有广阔的应用前景。

14、本发明的1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯含有独特的双哌嗪结构，与聚磷酸铵形成复合膨胀阻燃剂，对水性涂料的阻燃性能也有明显的提升，同时与氮化硼纳米片起到协效阻燃效果，涂层的极限氧指数达到28.1-31.3％，ul94为v-0等级。

技术特征：

1.一种绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：向装有冷凝回流管的反应瓶中加入1,4-二氧六环中加入异氰酸酯改性氮化硼，超声分散后加入1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯，升温至70-90℃反应6-10h，然后浓缩除去1,4-二氧六环，再加入正丁醇溶剂，超声分散后升温至90-100℃，通入氮气，加入聚合单体、引发剂，反应30-60min；再加入聚合单体、引发剂，控制加入时间为2-3h，反应3-5h，浓缩除去正丁醇，再加入水、氨水调节ph至7-8，加入消泡剂、流平剂、聚磷酸铵，剪切分散，得到绝缘防火水性涂料。

2.根据权利要求1所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述聚合单体包括苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯。

3.根据权利要求2所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯改性氮化硼、1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯的质量分别是聚合单体总质量的2-10％、6-25％。

4.根据权利要求2所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述引发剂的质量是聚合单体总质量的0.8-1％，引发剂包括过氧化二苯甲酰、偶氮二异丁腈。

5.根据权利要求2所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述聚磷酸铵的质量是聚合单体总质量的40-60％。

6.根据权利要求3所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述1,3-二(羟乙基哌嗪)-2-丙烯酸酯的制备方法为：

7.根据权利要求6所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述(1)中1-叔丁氧羰基哌嗪、碳酸钾的质量是1,3-二溴-2-丙醇质量的220-250％、300-360％。

8.根据权利要求6所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述(2)中三氟乙酸的二氯甲烷溶液的质量分数为40-50％。

9.根据权利要求6所述的绝缘防火水性涂料的制备方法，其特征在于，所述(3)中2-溴乙醇、碳酸钾的质量分别是1,3-二哌嗪-2-丙烯酸酯质量的120-140％、280-330％。

10.一种入权利要求1-9任一项所述的制备方法得到的绝缘防火水性涂料在新能源汽车电池中的应用。

技术总结本发明涉及涂料技术领域，公开了一种用于新能源汽车电池的绝缘防火水性涂料及制备方法，在丙烯酸树脂聚合过程中，加入新型单体1,3‑二(羟乙基哌嗪)‑2‑丙烯酸酯，其含有的羟基，可以与异氰酸酯改性氮化硼表面的异氰酸酯基团进行反应，实现了在氮化硼纳米片表面引入烯基基团，然后再与苯乙烯、丙烯酸等单体进行共聚反应，从而将氮化硼纳米片交联接枝到丙烯酸树脂中，提高了涂料涂层的绝缘电阻系数和热导系数，具有优良的绝缘。导热散热性能和阻燃性能；并且氮化硼纳米片和丙烯酸树脂分子链发生化学交联作用，形成紧密的有机无机交联网络，有利于降低涂层的吸水率，从而提高耐水性能。使涂料在新能源汽车、电池外壳涂层等领域有广阔的应用前景。技术研发人员：方美松受保护的技术使用者：东莞市五人新材技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/23