本发明涉及防爆涂料技术领域，具体涉及一种水性防爆涂料及其制备方法和应用。
背景技术：
近年来半导体照明技术飞速发展，其应用前景也随之凸显出来，传统的室内照明系统很难满足人们对照明舒适性和绿色节能的双重需求。以led作为照明光源替代传统光源具有功耗低、可延长照明系统使用寿命、绿色环保和具有更大的设计灵活性等多项优点，成为当前半导体照明领域研究的热门。led灯的灯罩材料主要以塑料和玻璃为主，特别是近年流行的led灯丝灯，外形接近白炽灯，均采用玻璃外壳。然而，此类led灯在跌落的时候，玻璃外壳很容易爆裂，散落出玻璃碎片，非绝缘带电零件或内部接线可能会接触人体，存在安全隐患。
为避免这种安全隐患，现有技术公开了一种用于灯具的防爆散透光玻璃涂料，所述涂料通过溶剂溶解热塑性聚氨酯弹性体橡胶得到，具体包括热塑性聚氨酯弹性体橡胶、溶剂、无机填料、光扩散粉、导热粉、流平剂、消泡剂和分散剂。将该涂料涂覆在led灯具上能防止led灯具爆裂的时候玻璃粘连在一起不飞溅，避免原器件裸露，在一定程度上提高了led灯具的使用安全性，然而，该技术中使用的涂料需要使用有机挥发性溶剂，如酮类溶剂作为稀释剂，易产生voc污染，不利于人体健康及环境保护。
技术实现要素：
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中用于灯具的防爆涂料易产生voc污染的缺陷，从而提供一种绿色环保的水性防爆涂料；同时，本发明还提供了所述水性防爆涂料的制备方法及其应用。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种水性防爆涂料，其原料组成包括：
环氧改性水性聚氨酯20～60重量份；助剂10～66重量份；水10～30重量份。
进一步地，所述环氧改性水性聚氨酯为双酚a环氧树脂改性聚醚型聚氨酯。
进一步地，所述助剂包括：
润湿剂0.1～5重量份；流平剂0.1～1重量份；分散剂0.1～5重量份；消泡剂0.1～5重量份；无机填料10～50重量份。
更进一步地，所述润湿剂为有机硅润湿剂；所述流平剂为有机胺；所述分散剂为含颜料亲和基团高分子量嵌段共聚物溶液；所述消泡剂为有机硅消泡剂；所述无机填料为二氧化硅、滑石粉、碳酸钙、硅微粉、硫酸钡中的至少一种。
本发明还提供了上述水性防爆涂料的制备方法，包括将所述环氧改性水性聚氨酯、所述助剂及所述水混合均匀的步骤。
进一步地，包括如下步骤：
(1)将10～30重量份的水、0.1～5重量份的润湿剂、0.1～1重量份的流平剂、0.1～5重量份的分散剂及0.1～5重量份的消泡剂混合，在600～1000转/分的转速下，搅拌8～12分钟至固体颗粒充分溶解；
(2)加入10～50重量份的无机填料及20～60重量份的环氧改性水性聚氨酯，在1000～1500转/分的转速下，搅拌30～120分钟至体系混合均匀。
更进一步地，所述步骤(2)还包括对混合均匀的体系进行过滤处理，得到所述水性防爆涂料的步骤。
本发明还提供了上述水性防爆涂料或根据上述制备方法得到的水性防爆涂料在防爆led灯中的应用。
进一步地，将所述水性防爆涂料涂覆在led灯的玻璃外壳表面。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的水性防爆涂料，包括特定比例的环氧改性水性聚氨酯、助剂及水，三者相互配合，使得到的水性防爆涂料不仅具有良好的耐水性及抗张强度，且对玻璃具有良好的附着力，使所述涂料制成的涂层机械强度高，有效防止led灯跌落后爆裂，从而避免非绝缘带电零件或内部接线可被触及或破坏设备内部零件的机械绝缘，并有效避免了玻璃碎片对人造成的伤害，最大限度地降低了led灯使用的安全隐患。本发明使用水作为溶剂，成本低，不产生voc污染，安全、环保无异味。
2.本发明提供的水性防爆涂料，采用双酚a环氧树脂对聚醚型聚氨酯进行交联改性，提高了所述水性防爆涂料的拉升强度和耐水性，这是因为一方面环氧树脂是一种多官能团的聚合物，加入聚氨酯中会引起聚合物交联密度的提高，涂料的拉升强度和耐水性大幅提升；另一方面，环氧树脂中含有双酚a结构，随着环氧树脂加入，水性聚氨酯链段中刚性结构增多，涂料的拉升强度得到提高。
3.本发明提供的水性防爆涂料，采用特定种类及比例的助剂，这些助剂和环氧改性水性聚氨酯及水的复合使用有效增加了涂料的粘结强度以及良好的透光性及光扩散性，提高了led灯的光照面积。
4.本发明提供的水性防爆涂料的制备方法简单、原料易得、无voc污染、经济环保，适合大规模工业生产，具有较高的实用价值和广泛的应用前景。
5.本方明提供的水性防爆涂料在防爆led灯中的应用，在led管表面直接涂覆本发明的水性防爆涂料非常便捷，可实现自动化量产，相比较于现有技术具有成本低及使用安全的优点。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
以下实施例中，润湿剂为有机硅润湿剂，购自于莱阳圣邦有机硅科技有限公司，型号为si-2047；分散剂为含颜料亲和基团高分子量嵌段共聚物溶液，为德国byk公司产品，型号为byk-163；消泡剂为有机硅消泡剂，为常州顺华化工有限公司产品，型号为xpj-s210；流平剂为一乙醇胺，为德国basf公司产品；双酚a型环氧树脂为山东德源环氧科技有限公司产品，型号为环氧树脂e-44及e-51。
实施例1
本实施例提供了一种水性防爆涂料，其原料组成包括：
环氧改性水性聚氨酯40g；水20g；有机硅润湿剂2.5g；流平剂0.5g；分散剂2.5g；消泡剂2.5g；碳酸钙25g，粒度为4～8μm。
采用上述原料制备所述水性防爆涂料的方法包括如下步骤：
按照配方，称取对应的原料组分，将水、有机硅润湿剂、流平剂、分散剂、消泡剂依次加入到转速为800转/分的搅拌釜中，搅拌至固体颗粒完全溶解为止，搅拌时间约为10分钟；
将搅拌釜的转速提高至1200转/分，依次加入碳酸钙和环氧改性水性聚氨酯，搅拌60分钟，至体系混合均匀；
用300目滤网对上述体系进行过滤处理，即得所述水性防爆涂料。
本实施例中，环氧改性水性聚氨酯为双酚a环氧树脂改性聚醚型聚氨酯，制备方法包括如下步骤：
在氮气保护作用下，把已经完成脱水的聚醚多元醇202015g、聚醚多元醇305015g及异佛尔酮二异氰酸酯15g加入到已经盛有温度计以及搅拌装置回流冷凝器的1000ml四口烧瓶中，70～80℃下反应2小时，再加入丁二醇3g在70～80℃下继续反应1小时，待反应结束后，加入溶有1.5g二羟甲基丙酸的n-甲基吡咯烷酮溶液3g和环氧树脂e-444.5g，在60～65℃下进行反应，使其达到要求的规定值，后再把温度降至为40℃，加入三乙胺1.5g中和体系，同时加入丙酮3g进行稀释反应体系，在25℃水中乳化，并加入乙二胺0.5g进行扩链，最后真空浓缩得到所述环氧改性水性聚氨酯。
实施例2
本实施例提供了一种水性防爆涂料，其原料组成包括：
环氧改性水性聚氨酯20g；水10g；有机硅润湿剂0.1g；流平剂0.1g；分散剂0.1g；消泡剂0.1g；硅微粉10g，粒度为2～4μm。
采用上述原料制备所述水性防爆涂料的方法包括如下步骤：
按照配方，称取对应的原料组分，将水、有机硅润湿剂、流平剂、分散剂、消泡剂依次加入到转速为600转/分的搅拌釜中，搅拌至固体颗粒完全溶解为止，搅拌时间约为8分钟；
将搅拌釜的转速提高至1000转/分，依次加入硅微粉和环氧改性水性聚氨酯，搅拌30分钟，至体系混合均匀；
用300目滤网对上述体系进行过滤处理，即得所述水性防爆涂料。
本实施例中，环氧改性水性聚氨酯为双酚a环氧树脂改性聚醚型聚氨酯，制备方法基本同实施例1，不同之处在于，本实施例中添加的环氧树脂型号为环氧树脂e51。
实施例3
本实施例提供了一种水性防爆涂料，其原料组成包括：
环氧改性水性聚氨酯60g；水30g；有机硅润湿剂5g；流平剂1g；分散剂5g；消泡剂5g；滑石粉50g，粒度为5～10μm。
采用上述原料制备所述水性防爆涂料的方法包括如下步骤：
按照配方，称取对应的原料组分，将水、有机硅润湿剂、流平剂、分散剂、消泡剂依次加入到转速为1000转/分的搅拌釜中，搅拌至固体颗粒完全溶解为止，搅拌时间约为12分钟；
将搅拌釜的转速提高至1500转/分，依次加入硅微粉和环氧改性水性聚氨酯，搅拌90分钟，至体系混合均匀；
用300目滤网对上述体系进行过滤处理，即得所述水性防爆涂料。
本实施例中，环氧改性水性聚氨酯的种类及制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供了一种水性防爆涂料，其原料组成包括：
环氧改性水性聚氨酯45g；水25g；有机硅润湿剂3g；流平剂0.6g；分散剂2.5g；消泡剂2.5g；二氧化硅24g，粒度为2～6μm。
采用上述原料制备所述水性防爆涂料的方法包括如下步骤：
按照配方，称取对应的原料组分，将水、有机硅润湿剂、流平剂、分散剂、消泡剂依次加入到转速为800转/分的搅拌釜中，搅拌至固体颗粒完全溶解为止，搅拌时间约为10分钟；
将搅拌釜的转速提高至1300转/分，依次加入硅微粉和环氧改性水性聚氨酯，搅拌75分钟，至体系混合均匀；
用300目滤网对上述体系进行过滤处理，即得所述水性防爆涂料。
本实施例中，环氧改性水性聚氨酯的种类及制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供了一种水性防爆涂料，其原料组成及制备方法同实施例1，不同之处在于，本对比例中，没有对水性聚氨酯进行环氧改性。
对比例2
本对比例提供了一种用于灯具的防爆透光玻璃涂料，其原料组成及制备方法同中国专利文献cn104673072a中实施例4。
实验例
分别将本发明实施例1-4及对比例1-2的涂料喷涂在同一批次的led灯管表面，待自然干燥后，分别对各种涂层的led灯进行透光率和抗跌落测试，测试方法和测试结果具体如下。
测试方法
透光率测试方法：1、通电点亮led灯板，用照明计在距离点亮的led灯板1米的地方测试照度，记录照明计显示的数据，记为m；2、点亮led灯板，放上涂覆有涂料的各种玻璃外壳，用照明计在同样的位置测试照度，记录照明计测试的数据，记为n；3、根据p＝m/n，计算透光率。
抗跌落测试方法：在地上放置硬木板，硬木板上方1米处设置一平台，将各种涂层的led灯放在平台上，缓慢推至平台边缘，使其跌落在硬木板上，观察灯管碎片情况。
测试结果见下表1。
表1各涂层的led灯透光率及抗跌落测试结果
由上表中的数据对比分析可知，采用本发明的防爆水性涂料的led灯粘结强度好，抗跌落性能高，相比较现有技术提供了灯管整体的透光率，而且在led灯管表面直接涂抹本发明涂料非常便捷，可实现自动化量产，大大提高了生产效率、减低了生产成本。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。