一种具有阻燃作用的复合水性乳胶及其制法和应用

本发明涉及一种复合水性乳胶，尤其涉及一种具有阻燃作用的复合水性乳胶，还涉及上述复合水性乳胶的制法和应用。

背景技术：

1、进入21世纪以来，人们的生活水平得到进一步改善，木材、纤维、塑料和橡胶等一些易燃的装饰材料随之也大量进入到生活环境中，导致火灾事故频发。涂料是高分子材料中的一种，通过固化工艺形成的涂膜对基材起到装饰和保护作用，与我们的生活息息相关。防火(阻燃)涂料作为防火手段之一，其定义为涂布在可燃性基材表面，以降低表面燃烧特性，延缓火灾蔓延，或施用于建筑构件用以提高构建的耐火极限，从而为救援工作争取时间的特种涂料。

2、水性丙烯酸乳胶具有优异的保光、保色性，成膜性能、耐候性能好，价格低廉且合成工艺简单，因此在涂料领域得到广泛使用。然而，传统的丙烯酸乳胶形成漆膜一个严重的缺点：易燃，从而给人们的生活带来安全隐患。目前多数防火涂料的制备是将阻燃剂作为填料加入到涂料体系；但是将阻燃剂作为填料与树脂的相容性差，易在涂层中形成团簇，从而严重影响涂层的分散性、稳定性、防腐性等多种性能。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种稳定性强、分散均匀的具有阻燃作用的复合水性乳胶，还提供上述复合水性乳胶的制法和应用。

2、技术方案：本发明的一种具有阻燃作用的复合水性乳胶，包括以下重量百分比的组分：

3、

4、其中，所述磷酸酯改性硅溶胶包括以下重量百分比的组分：

5、

6、

7、其中，所述丙烯酸酯单体混合物包括以下重量百分比的组分：

8、

9、其中，所述阴离子乳化剂为单十二烷基磷酸酯钾盐；所述非离子乳化剂为c16-18醇聚氧乙烯醚磷酸酯或异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯；所述水溶性引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

10、其中，所述磷酸酯改性硅溶胶的制法包括以下步骤：

11、(1)将正硅酸乙酯和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷混合溶解于无水乙醇中，在500～800转/分的转速下搅拌1～5分钟，混合均匀；

12、(2)将甲基丙烯酸磷酸酯加入到体系中，混合均匀，然后体系升温至50～70℃；

13、(3)搅拌速度控制在500～800转/分，反应温度控制在50～70℃，将去离子水逐步滴加入体系中，滴加时间控制在0.5～3小时，然后在50～70℃下继续保持反应3～6小时，得到磷酸酯改性硅溶胶。

14、上述具有阻燃作用的复合水性乳胶的制法，包括以下步骤：

15、(1)将一部分阴离子乳化剂、非离子乳化剂、水溶性引发剂，加入水中形成混合溶液，再加入丙烯酸酯单体混合物和甲基丙烯酸磷酸酯双键，高速分散得到预乳化物；

16、(2)将剩余的阴离子乳化剂、非离子乳化剂、水溶性引发剂倒入水中混合均匀后，加入一部分步骤(1)得到的预乳化物，得到打底反应物；升温搅拌反应并滴加剩余的预乳化物；

17、(3)加入磷酸酯改性硅溶胶，保温，冷却后，搅拌下加入浓氨水使得体系的ph值为9-10，得到具有阻燃作用的复合水性乳胶。

18、其中，步骤(1)和步骤(2)中，阴离子乳化剂取用量比值为20～35：65～80，非离子乳化剂取用量比值为20～35：65～80，水溶性引发剂取用量比值为20～40：60～80，水取用量比值为55～64：36～45，所述水优选为去离子水。

19、其中，步骤(2)中，所述加入步骤(1)得到的预乳化物，预乳化物的量为步骤(1)制得的总量的4～6wt％。

20、其中，步骤(2)中，所述升温搅拌反应，具体为，升温至80～82℃，在200～800转/分的转速下，搅拌反应0.1～1小时后，升温至82～85℃，逐步滴加剩余的预乳化物，滴加时间控制在5～8小时。

21、其中，步骤(3)的反应条件为，在85～88℃，转速为500～1000转/分的条件下加入磷酸酯改性硅溶胶，保温1～5小时。

22、本发明还公开了上述具有阻燃作用的复合水性乳胶在阻燃涂层领域的应用。

23、其中，所述阻燃涂层，为复合水性乳胶防火涂料，其组分包括具有阻燃作用的复合水性乳胶、水性分散剂、水性消泡剂、水性流平剂、水性润湿剂、三氧化二锑、氯化石蜡、氢氧化铝、膨润土、钛白粉、蒸馏水、醇酯十二。

24、发明原理：本发明具有阻燃作用的复合水性乳胶，利用化学键的链接，使改性硅溶胶与丙烯酸乳胶有效复合，从而实现复合两相的均匀分散，提高了复合水性乳胶的分散性；同时，体系中有机硅溶胶与磷酸酯的有效结合，有利于增强涂层的难燃性；且体系中所含有大量磷酸根离子可以与金属离子形成螯合物，其加入对于金属的腐蚀抑制具有较好的效果。

25、有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：(1)复合水性乳胶分散性好、稳定性强、同时具有阻燃和金属防腐蚀的效果，固化涂层的阻燃时间高达20min；(2)上述复合水性乳胶反应制备工艺简单，不需要无水无氧的操作，也无需高压反应釜操作，有利于工业化生产；(3)应用在阻燃涂层领域，可以制得复合水性乳胶防火涂料，其耐火极限进一步提升至3h，具有极强的阻燃效果，涂料的其他性能如耐腐蚀性等也均有显著提升。

技术特征：

1.一种具有阻燃作用的复合水性乳胶，其特征在于，所述复合水性乳胶包括以下重量百分比的组分：

2.根据权利要求1所述的复合水性乳胶，其特征在于，所述磷酸酯改性硅溶胶包括以下重量百分比的组分：

3.根据权利要求1所述的复合水性乳胶，其特征在于，所述丙烯酸酯单体混合物包括以下重量百分比的组分：

4.根据权利要求1所述的复合水性乳胶，其特征在于，所述阴离子乳化剂为单十二烷基磷酸酯钾盐；所述非离子乳化剂为c16-18醇聚氧乙烯醚磷酸酯或异构十三醇聚氧乙烯醚磷酸酯；所述水溶性引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。

5.一种权利要求1所述具有阻燃作用的复合水性乳胶的制法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述复合水性乳胶的制法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中，阴离子乳化剂取用量比值为20～35：65～80，非离子乳化剂取用量比值为20～35：65～80，水溶性引发剂取用量比值为20～40：60～80，水取用量比值为55～64：36～45。

7.根据权利要求5所述复合水性乳胶的制法，其特征在于，步骤(2)中，所述加入步骤(1)得到的预乳化物，预乳化物的量为步骤(1)制得的总量的4～6wt％。

8.根据权利要求5所述复合水性乳胶的制法，其特征在于，步骤(2)中，所述升温搅拌反应，具体为，升温至80～82℃，在200～800转/分的转速下，搅拌反应0.1～1小时后，升温至82～85℃，逐步滴加剩余的预乳化物，滴加时间控制在5～8小时。

9.根据权利要求5所述复合水性乳胶的制法，其特征在于，步骤(3)的反应条件为，在85～88℃，转速为500～1000转/分的条件下加入磷酸酯改性硅溶胶，保温1～5小时。

10.一种权利要求1所述具有阻燃作用的复合水性乳胶在阻燃涂层领域的应用。

技术总结本发明公开了一种具有阻燃作用的复合水性乳胶及其制法和应用，所述复合水性乳胶的组成包括磷酸酯改性硅溶胶、甲基丙烯酸磷酸酯、阴离子乳化剂、非离子乳化剂、水溶性引发剂、浓氨水和水；制法为以甲基丙烯酸磷酸酯为pH调节剂，通过溶胶凝胶法制备改性硅溶胶，然后将其掺入丙烯酸酯单体混合物，在乳化剂与水溶性引发剂的作用下，均匀分散于水相中的复合水性乳胶；复合水性乳胶固化成涂层后，由于体系中的硅和磷元素具有明显的协同阻燃效应，使得涂层的热稳定性显著提高，可应用于阻燃涂层领域。技术研发人员：李为立,徐立新,杨帆,李育飞,赵正柏受保护的技术使用者：平湖市浙江工业大学新材料研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/11