一种环保水性地坪漆及其制备工艺的制作方法

本发明属于地坪漆，具体地，涉及一种环保水性地坪漆及其制备工艺。

背景技术：

1、地坪漆也叫地坪涂料，是在水泥基等非木质地板使用的涂料在各种工厂、仓库、停车场、修理厂、商场地面等场所有着非常广泛的应用。常见的地坪漆依照膜物质的不同可以分为聚氨酯地坪漆、环氧地坪漆、丙烯酸地坪漆，每一种的应用场合与特点有所不同。其中丙烯酸地坪漆也称亚克力地坪漆，是以(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯为主体，同其他丙烯酸酯共聚所得丙烯酸树脂制得的热塑性或热固性树脂涂料。具有较好光泽度、耐候性、耐化学品性，且生产安全价格便宜，近些年来发展迅速。

2、常规的丙烯酸地坪漆都是溶剂型，涂装后会挥发出大量的有机物，另外，原料中的苯乙烯具有强烈的、刺激性的气味，对眼和上呼吸道有刺激和麻醉作用，不仅对身体的健康会产生影响还会污染环境。因此绿色环保友好型水性丙烯酸地坪漆得到了重视，水性丙烯酸地坪漆以水作为溶剂，用水性乳液替代溶剂型树脂。

3、目前水性丙烯酸地坪漆的技术不成熟，涂料在短期内具有良好的漆膜稳定性、防滑性和粘结性，但使用寿命较短，耐候性与耐磨性较差，每年需要多次重涂，养护成本比较高。限制了水性丙烯酸地坪漆在地坪漆领域的使用。另外，丙烯酸地坪漆的基体甲基丙烯酸甲酯氧指数较低，阻燃性很差，易发生火灾；不仅如此，丙烯酸地坪漆缺乏抗紫外性能，在户外长时间光照后，容易导致性能的丧失，影响使用寿命。因此，需要解决上述问题，以满足地坪漆领域的更高需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种环保水性地坪漆及其制备工艺。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种环保水性地坪漆的制备工艺，包括以下步骤：

4、a1、将丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯和壬基酚聚氧乙烯(4)醚硫酸铵(乳化剂)混合搅拌均匀加入去离子水中，高速分散得到预乳化液；

5、a2、在反应釜中将预乳化液、十二烷基硫酸钠(乳化剂)、碳酸氢钠(ph缓冲剂)和过硫酸铵(引发剂)搅拌混合均匀，升温至80℃，保温反应2h，降至室温后用氨水调节ph在7-8之间，得到水性丙烯酸乳液；

6、a3、将丙烯酸乳液、水性聚氨酯乳液、颜料、助剂、消泡剂、改性纳米二氧化硅、十二碳醇酯(成膜剂)和偶氮二异丙基咪唑啉(水溶性引发剂)，加入去离子水中，强力搅拌，超声分散30min，升温至85℃，保温反应3h，得到环保水性地坪漆。

7、进一步地，所述颜料为炭黑、钛白粉中的一种。

8、进一步地，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

9、进一步地，步骤a1中丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、壬基酚聚氧乙烯(4)醚硫酸铵、去离子水的用量之比为10g:10g:15g:3g:200ml。

10、进一步地，步骤a2中预乳化液、十二烷基硫酸钠、碳酸氢钠、过硫酸铵的用量之比为40g:4g:8g:0.2g。

11、进一步地，步骤a3中水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯乳液、颜料、助剂、消泡剂、改性纳米二氧化硅、十二碳醇酯、偶氮二异丙基咪唑啉、去离子水的用量之比为80g:20g:4g:4-8g:1g:5-9g:4g:0.5g:30g。

12、选择甲基丙烯酸甲酯作为水性丙烯酸的硬段单体，能提升地坪漆的硬度，相比苯乙烯对环境较为友好；选用水性聚氨酯乳液，聚氨酯与丙烯酸的相容性较好，还能改善地坪漆的耐水性和耐腐蚀性；选用的颜料具有高度的分散性和遮盖力，不仅能作为染色剂还能反射、屏蔽一定的光线，提高地坪漆的抗紫外性能。

13、进一步地，所述助剂通过以下步骤制得：

14、s1、在装有搅拌装置三口烧瓶中将三氯氧磷、三乙胺和四氯化碳混合搅拌均匀，滴加2-噻吩甲醇，边搅拌边升温至70℃，反应2h，反应完成后，过滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用氯仿/丙酮的混合溶剂，二者的体积比为3:1)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体1；三氯氧磷、三乙胺、四氯化碳、2-噻吩甲醇的用量之比为17.2g:30ml:50ml:11.4g；

15、2-噻吩甲醇与三氯氧磷发生酯化反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1且三氯氧磷略微过量，使三氯氧磷上只有一个-cl参与到反应，三乙胺除去反应生成的氯化氢，得到中间体1；具体反应过程如下所示：

16、

17、s2、在装有搅拌回流装置三口烧瓶中将中间体1、三乙胺和四氯化碳混合搅拌均匀，缓慢滴加3-丁烯-1-醇，边搅拌边加热至78℃，回流反应3h，反应完成，过滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用氯仿/甲醇的混合溶剂，二者的体积比为2:1)，旋蒸除去洗脱液，得到中间体2；中间体1、三乙胺、四氯化碳、3-丁烯-1-醇的用量之比为26.3g:30ml:50ml:7.2g；

18、中间体1与3-丁烯-1-醇发生酯化反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1且中间体1略微过量，使中间体1上只有一个-cl参与到反应，三乙胺除去反应生成的氯化氢，得到中间体2；具体反应过程如下所示：

19、

20、s3、在装有搅拌回流的三口烧瓶中将中间体2、西玛津、三乙胺和四氢呋喃混合搅拌均匀，控制反应温度为80℃，回流反应6h，反应完成，过滤除去三乙胺盐酸盐，旋蒸去除部分溶剂，再通过柱层析提纯(洗脱液采用丙酮/氯仿的混合溶剂，二者的体积比为3:5)，旋蒸除去洗脱液，干燥，得到中间体3；中间体2、西玛津、三乙胺、四氢呋喃的用量之比为55.2g:20.1g:50ml:100ml；

21、中间体2和西玛津发生亲核取代，通过控制二者的摩尔比接近2:1且中间体2略微过量，使西玛津上有两个-nh-参与到反应，三乙胺除去反应生成的氯化氢，得到中间体3；具体反应过程如下所示：

22、

23、s4、在三口烧瓶中将中间体3、间苯二酚和氯苯混合搅拌均匀，升温至55℃，每隔15min加一次入三氯化铝，一共加4次，反应放热，保持温度在60℃-65℃之间，加完氯化铝后再反应4h，反应完成，水蒸汽蒸馏去除氯苯，过滤，干燥，得到中间体4；中间体3、间苯二酚、氯苯、氯化铝的用量之比为68.9g:11.1g:150ml:26.8g；

24、在三氯化铝的催化下，中间体3与间苯二酚发生烷基化反应，得到中间体4具体反应过程如下所示：

25、

26、s5、将中间体4加入到n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，室温下搅拌并加入无水碳酸钾，体系升温至85℃，用恒压滴液漏斗滴加溴辛烷，滴加完毕后，保持温度不变反应3h，反应结束后，过滤，取滤液，减压蒸馏去除溶剂，加入异丙醇重结晶，大量固体析出后，过滤，干燥，得到助剂；中间体4、dmf、无水碳酸钾、溴辛烷的用量之比为76.3g:150ml:24.1g:19.3g；

27、反应为醚化反应，具体反应过程如下所示：

28、

29、制得的助剂分子中以三嗪结构为主体连接有邻羟基苯基、p-n阻燃成分、长碳链结构、噻吩基团和碳碳双键，其中邻羟基苯基苯环上的羟基氢与三嗪中相邻的氮原子之间能形成分子内氢键，构成了一个螯合环，当吸收紫外光后螯合环打开形成离子型化合物，该化合物处于不稳定的高能状态通过释放能量恢复到稳定状态，使螯合环闭环，这样周而复始的吸收紫外光，这类紫外光吸收剂光谱吸收广、高效、低色泽、稳定性，显著增强了地坪漆的抗紫外性能；不仅如此，引入的噻吩基团既可以扩宽三嗪类紫外线吸收剂的吸收范围，又可以增加三嗪类紫外线吸收剂摩尔吸光系数，从而进一步提高地坪漆的抗紫外性能；另外，p-n阻燃成分具备磷系和氮系阻燃剂的协同阻燃效果，能够提升地坪漆的阻燃性能；此外，长碳链属于亚甲基链节，具有很好的柔韧性，能提升地坪漆的韧性，并且还能穿插进丙烯酸分子链中，保障了性能的持久性；最后，助剂末端含有碳碳双键在微量引发剂的作用下，能够与丙烯酸分子链产生化学键合作用，大大提高助剂与成膜基质(聚丙烯酸)的相互作用力，从而改善助剂的耐迁移和耐渗出性能，提高性能的持久稳定性。

30、需要补充说明的是，助剂分子中长碳链属于长链烷基类防水剂，具备一定的防水性能，且无氟环保。

31、进一步地，所述改性纳米二氧化硅通过以下步骤制得：

32、将纳米二氧化硅与甲苯混合，加入磁力搅拌装置中，加入磁石，开启搅拌，分散30min，使二氧化硅在甲苯溶液中均匀分散，装置抽真空，通入氮气，再加入3-巯丙基三乙氧基硅烷(kh-580)，开始油浴加热，设定50℃，开冷凝水，温度达到50℃稳定后，设定80℃，温度达到80℃，反应4h，抽滤，甲苯洗涤，再置于真空干燥箱中干燥2h，得到改性纳米二氧化硅；纳米二氧化硅、甲苯、3-巯丙基三乙氧基硅烷的用量之比为10.0g:50ml:6.5g；

33、纳米二氧化硅，具有较高的比表面积，其界面可漫散射掉高分子材料内的部分紫外线，并通过电子跃迁吸收大部分紫外线能量后再通过电子-空穴对的复合以振动热或荧光等其他形式释放，增强了地坪漆的抗紫外性能，延长了助剂的抗紫外寿命；此外，纳米二氧化硅具备良好的耐磨性与硬度，通过kh-580进行改性后，可以在引发剂的作用下，接枝在丙烯酸分子链上，提高了纳米二氧化硅与丙烯酸的相容性，使纳米二氧化硅的性能得以充分发挥。

34、本发明的有益效果：

35、本发明制得的地坪漆为水性漆，绿色环保；选择甲基丙烯酸甲酯作为水性丙烯酸的硬段单体，能提升地坪漆的硬度，相比苯乙烯对环境较为友好；水性聚氨酯能改善地坪漆的耐水性和耐腐蚀性；颜料不仅能作为染色剂，还能提高地坪漆一定的抗紫外性能；助剂与丙烯酸有较好的相容性，还能极大提高地坪漆的耐老化性能，还进一步增强了地坪漆的耐水性和韧性，并赋予了地坪漆一定的阻燃性；改性纳米二氧化硅能充分发挥性能，提高地坪漆的磨性和硬度。因此制得的地坪漆具有稳定高效的抗紫外性、耐老化性、耐磨性、耐水性和一定程度的阻燃性和耐腐蚀性，且硬度和韧性较高、绿色环保、使用寿命长在地坪漆领域具备重要应用价值。