一种阻燃型水性涂料及其制备方法与流程

1.本发明涉及水性涂料制备技术领域，尤其涉及一种阻燃型水性涂料及其制备方法。


背景技术：

2.水性涂料是用水做为分散介质和稀释剂的涂料，与有机溶剂型的涂料比较，水性涂料既减少了挥发性有机溶剂的排放，又可节省资源、能源(生产溶剂需消耗能源)，同时方便运输和贮藏。随着人们环保意识的增强，对化工产品的生产与使用的有关环保法规也越来越严，因此水性涂料已成为现代涂料工业发展的主流方向。
3.水性涂料被广泛应用于建筑工程内外墙涂刷领域，也被经常应用在汽车制造以及其他工业设备制造领域。
4.但作为被广泛使用的水性涂料而言，其还是存在以下亟需解决的问题：
5.1、在作为汽车制造使用的情况下，由于秋冬季节很容易在车窗玻璃上形成雾气，导致视线受阻；
6.2、在作为建筑工程内外墙涂刷的情况下，一是需要保证对建筑工程的防火要求，二来还需保证房间之间的隔音效果。
7.因此，我们提出了一种阻燃型水性涂料及其制备方法用于解决上述问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种阻燃型水性涂料及其制备方法。
9.一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂75-90份、n-甲基吡咯烷酮13-17份、炔二醇类消泡剂7-11份、有机硅流平剂6-10份、湿润分散剂3-7份、蒙脱土复合材料13-20份、改性聚乙烯醇14-18份、改性蛭石10-16份、藻酸钠8-10份、滑石粉10-12份、钛白粉8-9份、重质碳酸钙7-8份和去离子水80-90份。
10.优选的，所述润湿分散剂为润湿分散剂cf-10和润湿分散剂x-405中的一种。
11.优选的，所述蒙脱土复合材料的制备：
12.将hips粒料和蒙脱土在160℃-170℃辊温下塑炼，薄通7-8次后下片，将塑炼后的胶料进行压模，温度为150℃-160℃，预热5-7分钟，模压3-5分钟，冷压5-6分钟。
13.优选的，所述hips粒料和蒙脱土的质量比为2:3。
14.优选的，所述改性聚乙烯醇的制备过程如下：
15.步骤一、称取聚乙烯醇并加入到四口烧瓶中，加入去离子水，升温至90℃使聚乙烯醇完全溶解后，降温至60℃反应；
16.步骤二、再将柠檬酸溶到另一份去离子水中，用恒压滴液漏斗以每秒一滴的速度缓慢加入到四口烧瓶中，反应10-15分钟后停止搅拌；
17.步骤三、使用乙醇作为沉降剂，对其进行沉降，得到白色粉末状固体，抽滤，再用乙
醇进行抽提10-12小时，在30℃下真空干燥后，即得改性聚乙烯醇。
18.优选的，所述四口烧瓶装有电动搅拌器、回流冷凝管及温度计。
19.优选的，所述改性蛭石的制备过程如下：
20.将蛭石、十六烷基三甲基溴化铵在去离子水中混合均匀，75℃-80℃下搅拌反应5-6小时后用去离子水反复洗涤直至无br-、cl-存在，干燥至恒重，即得改性蛭石。
21.一种阻燃型水性涂料的制备方法，包括以下步骤：
22.s1、将水性丙烯酸树脂、n-甲基吡咯烷酮、蒙脱土复合材料和去离子水混合，混匀后得混合液；
23.s2、向混合液中依次加入炔二醇类消泡剂、有机硅流平剂、藻酸钠、滑石粉、钛白粉和重质碳酸钙，升温至30℃，并以磁力棒对其进行搅拌混匀；
24.s3、降至室温后，继续向s2中混匀的溶液添加剩余的湿润分散剂、改性聚乙烯醇和改性蛭石，继续以磁力棒进行搅拌，混合均匀后，即得阻燃型水性涂料。
25.优选的，所述s2中磁力棒的搅拌速度为850-900rpm，搅拌时间为1-3小时，s3中磁力棒的搅拌速度为1000-1200rpm，搅拌时间为1-2小时。
26.相比于现有技术，本发明的有益效果是：
27.1、在本发明中，通过对聚乙烯醇进行接枝改性，使本来没有防雾功能的水性涂料具有了一定的防雾能力。
28.2、在本发明中，通过对蛭石进行改性，添加十六烷基三甲基溴化铵并令其在去离子水中进行混合反应改性，使得蛭石的内部结构发生了改变，增强了涂料成膜后的隔音效果，同时还加速了涂料成膜后的固化速率。
29.3、在本发明中，通过将高抗冲聚苯乙烯与蒙脱土在高温下塑炼，经压模、冷压后，制得涂料所用原料之一—蒙脱土复合材料，可以令涂料具备一定的阻燃性能。
30.综上所述，本发明的水性涂料在具备阻燃性能的基础上，增强了涂料成膜后的固化速率以及成膜后的隔音效果，同时还能令涂料在成膜后新增防雾的功效。
具体实施方式
31.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
32.实施例1：
33.一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂75份、n-甲基吡咯烷酮13份、炔二醇类消泡剂7份、有机硅流平剂6份、润湿分散剂cf-103份、蒙脱土复合材料13份、改性聚乙烯醇14份、改性蛭石10份、藻酸钠8份、滑石粉10份、钛白粉8份、重质碳酸钙7份和去离子水80份。
34.实施例2：
35.一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂82份、n-甲基吡咯烷酮15份、炔二醇类消泡剂9份、有机硅流平剂8份、润湿分散剂cf-105份、蒙脱土复合材料16份、改性聚乙烯醇16份、改性蛭石13份、藻酸钠9份、滑石粉11份、钛白粉8.5份、重质碳酸钙7.5份和去离子水85份。
36.实施例3：
37.一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂90份、n-甲基吡咯
烷酮17份、炔二醇类消泡剂11份、有机硅流平剂10份、润湿分散剂cf-10 7份、蒙脱土复合材料20份、改性聚乙烯醇18份、改性蛭石16份、藻酸钠10份、滑石粉12份、钛白粉9份、重质碳酸钙8份和去离子水90份。
38.在上述实施例1-3中：
39.①
有机硅流平剂为聚二甲基硅氧烷；炔二醇类消泡剂的型号为surfynol df-110d，上海科拉曼试剂有限公司生产；润湿分散剂cf-10：陶氏化学有限公司生产；润湿分散剂还可以用润湿分散剂x-405，也由陶氏化学有限公司生产；
40.②
单质量份蒙脱土复合材料的制备：
41.将25g hips粒料(即高抗冲聚苯乙烯，德国basf化工有限公司)和75g蒙脱土在160℃辊温下塑炼，薄通7次后下片，将塑炼后的胶料进行压模，温度为160℃，模具尺寸为100mm
×
100mm
×
4mm，预热5分钟，模压3分钟，冷压5分钟；
42.③
单质量份改性聚乙烯醇的制备过程如下：
43.称取2g聚乙烯醇(羟基含量为0.0455mol)加入到装有电动搅拌器、回流冷凝管及温度计的四口烧瓶中，加入20ml去离子水，升温至90℃使聚乙烯醇完全溶解后，降温至60℃反应；
44.再将8.74g柠檬酸溶到10ml去离子水中，用恒压滴液漏斗以每秒一滴的速度缓慢加入到四口烧瓶中，反应10分钟后停止搅拌，使用乙醇为沉降剂，将改性聚乙烯醇进行沉降，得到白色粉末状固体，抽滤，再用乙醇在索氏提取器中抽提12h，在30℃下真空干燥后即得改性聚乙烯醇。
45.④
单质量份改性蛭石的制备过程如下：
46.将6g蛭石，4g十六烷基三甲基溴化铵在240ml去离子水中混合均匀，80℃下搅拌反应6h后用去离子水反复洗涤直至无br-、cl-存在(可用agno3检验其存在)，干燥至恒重，即得改性蛭石。
47.上述实施例1-3制备阻燃型水性涂料的具体过程如下：
48.s1、将水性丙烯酸树脂、n-甲基吡咯烷酮、蒙脱土复合材料和去离子水混合，混匀后得混合液；
49.s2、向混合液中依次加入炔二醇类消泡剂、有机硅流平剂、藻酸钠、滑石粉、钛白粉和重质碳酸钙，升温至30℃，并以磁力棒对其进行搅拌混匀，搅拌速度为850rpm，搅拌时间为2小时；
50.s3、降至室温后，继续向s2中混匀的溶液添加剩余的湿润分散剂、改性聚乙烯醇和改性蛭石，继续以磁力棒进行搅拌，搅拌速度为1200rpm，搅拌时间为2小时，混合均匀后，即得阻燃型水性涂料。
51.试验一：对水性涂料的阻燃性能的测定
52.试验对象：
53.实验组：实施例1、实施例2和实施例3中的水性涂料；
54.对照组：市售lgp-1009型防火涂料，生产自廊坊名泵防火材料有限公司；
55.试验方法：
56.①
涂膜的制备：将510cm
×
510cm马口铁擦洗干净，清水冲洗，晾干，再用喷涂法制备涂膜，反复喷涂3次试验对象中的水性涂料，室温晾干，将晾干的涂膜(涂膜规格：100mm
×
10mm
×
10mm)从马口铁上褪下备用；
57.②
使用水平垂直燃烧仪(型号czf-3，生产自江宁县分析仪器厂)对涂膜的燃烧性能进行测定(依据国家标准gb/t 5454-1997)，结果记录于下表中；
58.试验结果：
[0059] 有焰燃烧时间/s无焰燃烧时间/s实施例16.10实施例26.50实施例35.90对照组6.20
[0060]
由上表试验结果可知：
[0061]
与对照组的市售防火涂料相比较，发现实施例1、实施例2和实施例3中的水性涂料的燃烧性能均可达到市售防火涂料的标准，甚至有所改善，由此可见，本发明的水性涂料具备阻燃性能。
[0062]
试验二：对水性涂料的防雾效果的测定
[0063]
对比例1：
[0064]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂75份、n-甲基吡咯烷酮13份、炔二醇类消泡剂7份、有机硅流平剂6份、润湿分散剂cf-10 3份、蒙脱土复合材料13份、聚乙烯醇14份、改性蛭石10份、藻酸钠8份、滑石粉10份、钛白粉8份、重质碳酸钙7份和去离子水80份。
[0065]
对比例2：
[0066]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂82份、n-甲基吡咯烷酮15份、炔二醇类消泡剂9份、有机硅流平剂8份、润湿分散剂cf-10 5份、蒙脱土复合材料16份、聚乙烯醇16份、改性蛭石13份、藻酸钠9份、滑石粉11份、钛白粉8.5份、重质碳酸钙7.5份和去离子水85份。
[0067]
对比例3：
[0068]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂90份、n-甲基吡咯烷酮17份、炔二醇类消泡剂11份、有机硅流平剂10份、润湿分散剂cf-10 7份、蒙脱土复合材料20份、聚乙烯醇18份、改性蛭石16份、藻酸钠10份、滑石粉12份、钛白粉9份、重质碳酸钙8份和去离子水90份。
[0069]
上述对比例1-3中，与实施例的不同之处在于仅以“聚乙烯醇”替换“改性聚乙烯醇”。
[0070]
上述对比例1-3制备阻燃型水性涂料的具体过程如下：
[0071]
s1、将水性丙烯酸树脂、n-甲基吡咯烷酮、蒙脱土复合材料和去离子水混合，混匀后得混合液；
[0072]
s2、向混合液中依次加入炔二醇类消泡剂、有机硅流平剂、藻酸钠、滑石粉、钛白粉和重质碳酸钙，升温至30℃，并以磁力棒对其进行搅拌混匀，搅拌速度为850rpm，搅拌时间为2小时；
[0073]
s3、降至室温后，继续向s2中混匀的溶液添加剩余的湿润分散剂、聚乙烯醇和改性蛭石，继续以磁力棒进行搅拌，搅拌速度为1200rpm，搅拌时间为2小时，混合均匀后，即得阻
燃型水性涂料。
[0074]
参照例1：
[0075]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂75份、n-甲基吡咯烷酮13份、炔二醇类消泡剂7份、有机硅流平剂6份、润湿分散剂cf-10 3份、蒙脱土复合材料13份、改性蛭石10份、藻酸钠8份、滑石粉10份、钛白粉8份、重质碳酸钙7份和去离子水80份。
[0076]
参照例2：
[0077]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂82份、n-甲基吡咯烷酮15份、炔二醇类消泡剂9份、有机硅流平剂8份、润湿分散剂cf-10 5份、蒙脱土复合材料16份、改性蛭石13份、藻酸钠9份、滑石粉11份、钛白粉8.5份、重质碳酸钙7.5份和去离子水85份。
[0078]
参照例3：
[0079]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂90份、n-甲基吡咯烷酮17份、炔二醇类消泡剂11份、有机硅流平剂10份、润湿分散剂cf-10 7份、蒙脱土复合材料20份、改性蛭石16份、藻酸钠10份、滑石粉12份、钛白粉9份、重质碳酸钙8份和去离子水90份。
[0080]
上述参照例1-3中，与实施例的不同之处在于不含“改性聚乙烯醇”。
[0081]
上述参照例1-3制备阻燃型水性涂料的具体过程如下：
[0082]
s1、将水性丙烯酸树脂、n-甲基吡咯烷酮、蒙脱土复合材料和去离子水混合，混匀后得混合液；
[0083]
s2、向混合液中依次加入炔二醇类消泡剂、有机硅流平剂、藻酸钠、滑石粉、钛白粉和重质碳酸钙，升温至30℃，并以磁力棒对其进行搅拌混匀，搅拌速度为850rpm，搅拌时间为2小时；
[0084]
s3、降至室温后，继续向s2中混匀的溶液添加剩余的湿润分散剂和改性蛭石，继续以磁力棒进行搅拌，搅拌速度为1200rpm，搅拌时间为2小时，混合均匀后，即得阻燃型水性涂料。
[0085]
试验对象：
[0086]
实验组：实施例1-3、对比例1-3以及参照例1-3中的水性涂料；
[0087]
对照组：市售stwjk9-6型水性涂料，生产自潍坊宏驰防水材料有限公司；
[0088]
试验方法：
[0089]
①
将5cm
×
2cm
×
0.3cm的薄片擦洗干净，清水冲洗，晾干，再用喷涂法制备涂膜，反复喷涂3次试验对象中的水性涂料，室温晾干，备用；
[0090]
②
在80℃水面上方10cm处，与水平面倾斜成30
°
摆放薄片，观察结雾现象，记录结雾的时间；
[0091]
试验结果：
[0092]
[0093][0094]
由上表试验结果可知：
[0095]
在各个试验组中，对比例和参照例中水性涂料均会在短时间内发生起雾现象，与对照组中的市售水性涂料情况基本一致，而实施例中水性涂料则可以大大的延长了起雾的时间；
[0096]
由此可见，在水性涂料中添加聚乙烯醇后，并无法令涂料产生防雾能力，而在水性涂料中添加经接枝改性的聚乙烯醇后，可以使原本不具备防雾能力的水性涂料具备防雾能力，且防雾时间长达20分钟以上。
[0097]
试验三：对水性涂料的隔音效果的测定
[0098]
对比例4：
[0099]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂75份、n-甲基吡咯烷酮13份、炔二醇类消泡剂7份、有机硅流平剂6份、润湿分散剂cf-10 3份、蒙脱土复合材料13份、改性聚乙烯醇14份、蛭石10份、藻酸钠8份、滑石粉10份、钛白粉8份、重质碳酸钙7份和去离子水80份。
[0100]
对比例5：
[0101]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂82份、n-甲基吡咯烷酮15份、炔二醇类消泡剂9份、有机硅流平剂8份、润湿分散剂cf-105份、蒙脱土复合材料16份、改性聚乙烯醇16份、蛭石13份、藻酸钠9份、滑石粉11份、钛白粉8.5份、重质碳酸钙7.5份和去离子水85份。
[0102]
对比例6：
[0103]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂90份、n-甲基吡咯烷酮17份、炔二醇类消泡剂11份、有机硅流平剂10份、润湿分散剂cf-10 7份、蒙脱土复合材
料20份、改性聚乙烯醇18份、蛭石16份、藻酸钠10份、滑石粉12份、钛白粉9份、重质碳酸钙8份和去离子水90份。
[0104]
上述对比例4-6中，与实施例的不同之处在于仅以“蛭石”替换“改性蛭石”。
[0105]
上述对比例4-6制备阻燃型水性涂料的具体过程如下：
[0106]
s1、将水性丙烯酸树脂、n-甲基吡咯烷酮、蒙脱土复合材料和去离子水混合，混匀后得混合液；
[0107]
s2、向混合液中依次加入炔二醇类消泡剂、有机硅流平剂、藻酸钠、滑石粉、钛白粉和重质碳酸钙，升温至30℃，并以磁力棒对其进行搅拌混匀，搅拌速度为850rpm，搅拌时间为2小时；
[0108]
s3、降至室温后，继续向s2中混匀的溶液添加剩余的湿润分散剂、改性聚乙烯醇和蛭石，继续以磁力棒进行搅拌，搅拌速度为1200rpm，搅拌时间为2小时，混合均匀后，即得阻燃型水性涂料。
[0109]
参照例4：
[0110]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂75份、n-甲基吡咯烷酮13份、炔二醇类消泡剂7份、有机硅流平剂6份、润湿分散剂cf-103份、蒙脱土复合材料13份、改性聚乙烯醇14份、藻酸钠8份、滑石粉10份、钛白粉8份、重质碳酸钙7份和去离子水80份。
[0111]
参照例5：
[0112]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂82份、n-甲基吡咯烷酮15份、炔二醇类消泡剂9份、有机硅流平剂8份、润湿分散剂cf-105份、蒙脱土复合材料16份、改性聚乙烯醇16份、藻酸钠9份、滑石粉11份、钛白粉8.5份、重质碳酸钙7.5份和去离子水85份。
[0113]
参照例6：
[0114]
一种阻燃型水性涂料，包括以下质量份的原料：水性丙烯酸树脂90份、n-甲基吡咯烷酮17份、炔二醇类消泡剂11份、有机硅流平剂10份、润湿分散剂cf-10 7份、蒙脱土复合材料20份、改性聚乙烯醇18份、藻酸钠10份、滑石粉12份、钛白粉9份、重质碳酸钙8份和去离子水90份。
[0115]
上述参照例4-6中，与实施例的不同之处在于不含“改性蛭石”。
[0116]
上述参照例4-6制备阻燃型水性涂料的具体过程如下：
[0117]
s1、将水性丙烯酸树脂、n-甲基吡咯烷酮、蒙脱土复合材料和去离子水混合，混匀后得混合液；
[0118]
s2、向混合液中依次加入炔二醇类消泡剂、有机硅流平剂、藻酸钠、滑石粉、钛白粉和重质碳酸钙，升温至30℃，并以磁力棒对其进行搅拌混匀，搅拌速度为850rpm，搅拌时间为2小时；
[0119]
s3、降至室温后，继续向s2中混匀的溶液添加剩余的湿润分散剂和改性聚乙烯醇，继续以磁力棒进行搅拌，搅拌速度为1200rpm，搅拌时间为2小时，混合均匀后，即得阻燃型水性涂料。
[0120]
试验对象：实施例1-3、对比例4-6以及参照例4-6中的水性涂料；
[0121]
试验方法：
[0122]
撞击声隔声的实验室由上下相邻的2个混响室组成，上面为声源室，下面为接收室。两室之间留有安装试件的洞口，洞口的标准面积为10d。撞击声的声源是一个标准打击器，由国际标准化组织iso加以规定。接收室的背景噪声足够低，使之可测到传递过来的楼板撞击声。下面的接收室为房中房结构，和声源室之间有足够的结构上的隔离，内房建立在弹簧减振系统上，接收室和声源室之间空气声隔声足够高，使得接收室内测得的声场只是由受试楼板在撞击激发下所产生。根据国标gb/t 19889.6-2005《声学建筑和建筑构件隔声测量第6部分：楼板撞击声隔声的实验室测量》进行测量，测得的结果可用于比较楼板的撞击声隔声特性。
[0123]
在实验室测试中，对涂抹试验对象制备得到的水性涂料的1oomm预制楼板进行测试，其测试结果如下表所示；
[0124]
试验结果：
[0125][0126]
由上表试验结果可知：
[0127]
在每个试验组中，预制楼板在涂抹水性涂料前的噪音量相等，而在分别涂抹了实施例、对比例和参照例中的水性涂料后，实施例中噪音量下降的幅度最大，其次是对比例中的水性涂料，降噪效果最差的是参照例中的水性涂料；
[0128]
由此可见，在水性涂料的原料配方中添加蛭石，可以提升水性涂料的隔音性能，而通过本发明的改性过程对蛭石进行改性，则可以更为显著地提升其隔音性能。
[0129]
试验四：对水性涂料的固化速率的测定
[0130]
试验对象：实施例1-3、对比例4-6以及参照例4-6中的水性涂料；
[0131]
试验方法：
[0132]
将试验对象分别喷涂到预制外墙板(规格：50cm
×
30cm
×
10cm)上，采用1kw汞灯以80w
·
cm-1
照度的紫外光照射固化或自然固化，根据国家标准gb/t 9757-2001《溶剂型外墙涂料》对水性涂料在涂抹后膜干燥的时间进行测定并记录；
[0133]
试验结果：
[0134][0135]
由上表试验结果可知：
[0136]
①
在利用紫外光照射固化的情况下，每个试验组中，实施例的水性涂料干燥的最快，参照例和对比例中的水性涂料干燥时间相差不大，有实施例的干燥时间2倍之多；
[0137]
②
在自然固化的情况下，与
①
中情况基本相似，每个试验组中，实施例的水性涂料的干燥时间仅需对比例和参照例中水性涂料干燥时间的一半左右；
[0138]
由此可见，在水性涂料的原料配方中添加蛭石，对水性涂料的固化性能并无显著的改善，而通过本发明的改性过程对蛭石进行改性，则可以缩短其固化时间。
[0139]
综上所述，在试验三和试验四的结果证明下，通过对蛭石进行改性，既可以增强了涂料成膜后的隔音效果，又能够加速了涂料成膜后的固化速率。
[0140]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。