一种纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料及其制备方法与流程

本发明涉及涂料，具体为一种纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料及其制备方法。

背景技术：

1、长期以来，溶剂型涂料以其良好的装饰性、品种的多样性和低廉的价格取得了广泛的应用，溶剂型涂料中使用的溶剂一半以上是烃类，其余是酮、醇、乙二醇、醚、酯、硝基直链烷烃以及少量其他物质。溶剂有利于薄膜形成，当溶剂蒸发时，高聚物就互相结合。从历史上看，几乎所有的涂料都是溶剂型涂料，到目前已有水性涂料、粉末涂料、辐射固化涂料等，这些涂料得到发展的主要原因是为了减少火灾危害和气味以及便于用水清洗，但是，溶剂型涂料仍有其他涂料无法超越的优点：其施工的费用一般比较低，特别是与水性涂料比，因为水性涂料施工需要不锈钢设备，而溶剂型涂料的静电喷涂设备比水性涂料花费少；湿度对溶剂挥发影响不大；涂膜滞留空气和爆孔问题少，目前大部分工业涂料、特种涂料以及一些建筑涂料仍是溶剂型涂料，结合目前高层建筑火灾频发的安全考虑，为了解决溶剂型涂料易燃的问题，行业中主要是使用外加的阻燃剂来实现阻燃的要求，但是外加的小分子阻燃剂由于耐水、耐盐雾、耐溶剂等性能较差，易于从涂层中流失，导致其在使用的过程中逐渐失去阻燃性能等，无法满足长期的使用需求。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料，具有阻燃、耐水性好、户外耐久性好等特点。

2、本发明的另一目的在于提供一种纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料的制备方法。

3、本发明是通过以下技术方案实现的：一种纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：聚氨酯乳液60-80份，纳米二氧化硅10-30份，含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅5-60份，分散剂5-10份，流平剂0.1-2份，光稳定剂0.1-2份，所述含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅由以下步骤制得：s1.纳米二氧化硅经硅烷偶联剂进行表面处理得到硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，s2.将含磷阻燃剂与所述硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅在有机溶剂中反应，得到含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅。

4、在一个具体的实施例中，纳米二氧化硅经硅烷偶联剂进行表面处理得到硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的制备方法可为：将纳米二氧化硅超声分散与75％的乙醇溶液中得到分散液a，将硅烷偶联剂超声分散于75％的乙醇溶液中得到分散液b，然后将分散液a升温至60-80℃，缓慢加入分散液b，最后60-80℃搅拌6-10小时后冷却，过滤，烘干得到硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅。

5、在一个具体的实施例中，硅烷偶联剂的质量为纳米二氧化硅的0.5wt％-3wt％；优选的，硅烷偶联剂的质量为纳米二氧化硅的1wt％-2wt％。

6、在一个具体的实施例中，所述含磷阻燃剂的质量为所述硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的50wt％-100wt％；优选的，所述含磷阻燃剂的质量为所述硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅的60wt％-80wt％。

7、在一个具体的实施例中，硅烷偶联剂选自氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂的至少一种，优选的，氨基硅烷偶联剂选自3-氨丙基三乙氧基硅烷、n-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；环氧基硅烷偶联剂选自3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

8、在一个具体的实施例中，含磷阻燃剂选自六氯环三磷腈、六(对氨基苯氧基)环三磷腈的至少一种；

9、优选的，当硅烷偶联剂选自氨基硅烷偶联剂时，含磷阻燃剂选自六氯环三磷腈；当硅烷偶联剂选自环氧基硅烷偶联剂时，含磷阻燃剂选自六(对氨基苯氧基)环三磷腈。

10、优选的，含磷阻燃剂与硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅在有机溶剂中反应，所述有机溶剂为四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺的至少一种，反应温度控制在50-130℃，反应时间为6-8小时。

11、在一个具体的实施例中，纳米二氧化硅和含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅的质量比为1：(1-3)，优选的，纳米二氧化硅和含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅的质量比为1：(1.5-2)。

12、在一个具体的实施例中，纳米二氧化硅选自气相二氧化硅，纳米二氧化硅的比表面积为80-400m2/g；优选的，纳米二氧化硅的比表面积为150-200m2/g；纳米二氧化硅的比表面积由按照标准gb/t 10722-2014规定的氮吸附法测得；具体的，本发明使用的纳米二氧化硅和含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅中的纳米二氧化硅可以为同一种也可以为不同种；优选的，本发明使用的纳米二氧化硅和含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅中的纳米二氧化硅为同一种。

13、在一个具体的实施例中，聚氨酯乳液可以市购获得或者自制，可选的，聚氨酯乳液的制备方法为：s1.预聚反应：在聚合物二元醇中加入二异氰酸酯和催化剂，在60～85℃和惰性气氛围的条件下进行预聚反应45～150分钟，得到预聚产物；s2.扩链反应：在s1所得的预聚产物中加入扩链剂，在60～80℃下进行扩链反应60～180分钟，加稀释剂稀释，得到扩链产物；s3.中和反应：加入中和剂，即得所述聚氨酯乳液。

14、可选的，所述二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯和l-赖氨酸二异氰酸酯中的至少一种；

15、可选的，聚合物二元醇选自聚酯醇、聚醚醇、聚碳酸酯二醇的至少一种；

16、可选的，催化剂选自三乙胺、二甲基环己胺、n-甲基吗啉、n,n’-二甲基哌嗪、2-(二甲氨基乙氧基)乙醇、二氮杂双环(2,2,2)辛烷(dabco)的至少一种；

17、可选的，所述扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,6-己二醇的至少一种；

18、可选地，所述稀释剂为丙酮或丁酮的至少一种；

19、可选的，所述中和剂为三乙胺、氢氧化钠、碳酸氢钠和氨水中的至少一种。

20、在一个具体的实施例中，分散剂选自丙烯酸共聚物、马来酸共聚物的至少一种；

21、优选的，所述分散剂选自苯乙烯/丙烯酸共聚物、丙烯酸/马来酸共聚物、丙烯酸/甲基丙烯酸共聚物、丁二烯/丙烯酸共聚物、异丁烯/马来酸共聚物、二异丁烯/马来酸共聚物、苯乙烯/马来酸共聚物、聚乙二醇单乙烯基醚/马来酸共聚物中的至少一种。

22、在一个具体的实施例中，流平剂选自非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂，阴离子表面活性剂的至少一种；优选的，流平剂选自非离子炔二醇化合物

23、在一个具体的实施例中，光稳定剂为巴斯夫的tinuvin 783、巴斯夫的tinuvin791、巴斯夫的tinuvin xt833的至少一种。

24、在一个具体的实施例中，按重量份计，所述的纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料还包括1-30份颜料、0.1-5份消泡剂、0.1-5份抗菌剂的至少一种；

25、可选的，颜料选自有机颜料、无机颜料的至少一种；

26、可选的，所述有机颜料选自双偶氮颜料、双偶氮缩合颜料、二苯并芘二酮颜料、蒽醌颜料、蒽素嘧啶颜料、苯并咪唑酮颜料、喹吖啶酮颜料、喹酞酮颜料、二酮基吡咯并吡咯颜料、二嗪颜料、阴丹酮颜料、异吲哚啉颜料、异吲哚啉酮颜料、苝颜料、酞菁颜料、吡唑喹唑啉酮颜料中的一种或几种，所述无机颜料选自二氧化钛、黑色氧化铁、铁锰黑、尖晶石黑、炭黑、石墨、氧化铬铁黑、红色氧化铁、棕色氧化铁、黄色氧化铁、镍钛黄、尖晶石相、钒酸铋中的一种或几种；

27、可选的，消泡剂选自聚硅氧烷、疏水性固体、聚醚改性硅氧烷、聚醚硅氧烷共聚物的至少一种；

28、可选的，抗菌剂选自异噻唑酮类、异噻唑啉酮类的至少一种；

29、可选的，异噻唑酮类选自甲基异噻唑酮、苯并异噻唑酮、氯甲基异噻唑酮；异噻唑啉酮类选自甲基异噻唑啉酮。

30、本发明还保护一种应用于自行车车架的碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

31、s1.按重量份称取各组分，向搅拌机中加入部分溶剂、聚氨酯、纳米二氧化硅、分散剂、流平剂、光稳定剂，以400-600r/min的转速持续搅拌15-25min得到第一混合物；

32、s2.向第一混合物中加入含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅，以600-800r/min的转速持续搅拌30-40min；

33、s3.在搅拌状态下加入剩余溶剂和其他助剂，继续以400-600r/min的转速持续搅拌至少30min得到纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料。

34、有益效果

35、本发明中提供了一种纳米二氧化硅协效阻燃改性涂料，通过制得含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅和纳米二氧化硅复配加入到聚氨酯涂料中，得到阻燃性好、耐水性能好和耐候性能好的改性涂料，克服了溶剂型涂料易燃、耐水性和耐候性差的问题。本发明将含磷阻燃剂接枝在纳米二氧化硅上，减少了阻燃剂因户外恶劣气候原因从涂层析出，影响长期的阻燃效果和涂层效果的现象；并且含磷阻燃剂改性纳米二氧化硅可与纳米二氧化硅进一步协同提高其阻燃、耐水、耐候效果，适用应用在工业涂料、特种涂料以及室外建筑涂料中。