CN110564272A - 一种水性聚酯阻燃涂料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水性聚酯阻燃涂料，按重量份计，其组成为：三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂40.0～60.0份、氟硅改性水性丙烯酸树脂10.0～35.0份、偶联剂1.5～4.0份、颜填料0～30.0份、助剂3.0～8.0份、去离子水10.0～20.0份；其中，所述的三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂由有机酸酐、羟基香茅醛改性三聚氰胺衍生物、月桂酸单甘油酯、低聚物二元醇、多元醇、2,2‑联吡啶‑5‑羧酸、二羟甲基丙酸与中和剂通过反应制得；本发明制得的水性聚酯阻燃涂料不含卤素与磷元素，在成膜过程中涂膜流平性好，不产生流挂，无需外加阻燃剂，对环境无污染，可适应于各种基材。

Description

一种水性聚酯阻燃涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃涂料，尤其涉及到一种水性聚酯阻燃涂料及其制备方法，属于水性功能涂料技术领域。

背景技术

随着社会的发展和进步，人民生活条件的改善和追求环保健康生活理念，水性涂料以其节能环保、健康安全、不燃不爆、挥发性有机物极少等优点，越来越受到消费者喜爱，从建筑涂料到工业防腐涂料再到特种涂料，材质从木质材料、塑胶制品、钢构物件表面，水性涂料的应用已随日新月异的工业发展渗透到了各个应用领域。

日常的装潢材料天花板，隔音材料，窗户门楣，座椅侧板到户外钢构，桥梁隧道等构件的材料，都存在火焰传播高温变形的性能，钢结构由于自质量轻、延性好等特点，已成为大空间建筑最主要的结构形式。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能会迅速降低，钢结构很容易垮塌，使生命财产遭受严重损失，所以必须对钢结构进行防火保护，因此防火阻燃水性燃涂料越来越重视。

防火阻燃涂料其涂层能使木材等可燃性材料延迟燃烧的一种专用功能性涂料。按其防火形式及组成可分为非膨胀型防火徐料和膨胀型防火涂料两类，按其应用可分为饰面型防火涂料和钢结构防火涂料。除有保护装饰作用外，主要应具有防止底材被火焰点燃即防燃功能；阻止底材燃烧或迟滞燃烧的发展即阻燃功能。而阻燃涂料可分为添加型与结构型两种，添加型阻燃涂料存在易沉底、易粉化等缺点，因此结构型阻燃涂料将成为发展的趋势。

中国专利CN106085195A公开了一种无机阻燃水性聚酯涂料及其制备方法，它是由下述重量份的原料组成：水合硼酸锌2～3、松香35～40、富马酸8～10、20～30%氢氧化钠溶液6～7、乙二醇20～34、三氧化二锑0.1～0.2、聚丙烯酸钠2～3、氯化锌13～20、聚醚二元醇80～90、甲苯二异氰酸酯100～130、2，2-二羟甲基丙酸2～3、二甘醇4～5、三乙胺1～2、2-巯基苯并咪唑0.2～0.4、滑石粉1～2、聚磷酸铵3～4、三异丙醇胺1～2、环氧硬脂酸辛酯0.1～0.4、月桂基二甲基氧化胺0.3～1、硬脂酸钙1～2、聚乙烯醇缩丁醛7～2。加入的水合硼酸锌等，可以有效的提高成品涂膜的阻燃性能；中国专利CN105349016A公开了一种新型阻燃水性涂料，由如下重量份数的原料组成：水性聚氨酯乳液100～150份，环氧树脂40～60份，羟乙基纤维素15～20份，三聚磷酸铝32～45份，无水乙醇与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1:20～1:2的混合溶剂20～40份，磷氮复合阻燃剂14～28份，甲基磷酸二甲酯6.5～7.3份，异氰酸酯类化合物3.8～4.5份，消泡剂1.4～2.8份；中国专利CN105273578A公开了一种阻燃涂料，它是由下列重量份的原料制成：环氧树脂60～65份，聚酯树脂50～70份，流平剂2～5份，脱水硅酸钠6～8份，结晶硅10～15份，二氧化镁9～13份，生石灰10～12份，准球型硅微粉5～8份，炭黑10～12份；上述发明的阻燃涂料，需外加阻燃剂才能实现阻燃性能，外加的阻燃剂易粉化、易沉淀、阻燃性能不持久等缺点。

中国专利CN103773185A公开了一种阻燃型不饱和聚酯树脂涂料的制备方法本发明公开了一种阻燃型不饱和聚酯树脂涂料的制备方法，按如下步骤进行：（1）制备阻燃型不饱和聚酯树脂，（2）取100份阻燃型不饱和聚酯树脂加入到搪瓷搅拌缸内，同时，加入20～25份石油醚和35～50份有机溶剂，高速搅拌10～15分钟；（3）将5～8份颜料和12～15份体质颜料混合均匀后，徐徐加入到搪瓷搅拌缸内，并且，一边加入颜料和体质颜料的混合物一边搅拌，加入完成后，加热至75℃，热化1小时候，降温出料既得阻燃型不饱和聚酯树脂涂料。其柔韧度强，润湿性能好，不易泛黄、保光保色性好，光泽高、耐过度烘烤；此发明存在阻燃性能由卤素与磷元素提高，而卤素与磷元素易造成人体伤害与环境污染。

人们越来越多地采用火灾模型来说明日常生活中防火安全可接受的程度，开发生产水性环保阻燃隔热保温涂料，防止和降低建筑物的抗燃烧性，对节约能源、保护环境、创造人与自然的和谐关系具有重要意义；目前传统溶剂型阻燃涂料，也还存在一些缺点，如含有VOC有毒挥发物质等。

发明内容

所述的水性聚酯阻燃涂料，无需外加阻燃剂，彻底解决阻燃剂在涂料中分散不均、易沉降、阻燃性能不持久、部分阻燃剂Ph值过高或过低对涂料性能影响等问题。

为解决上述所述的技术问题，本发明克服物理外加阻燃剂的缺点，采用共聚型方式将三聚氰胺衍生物引入水性聚酯树脂中，其不含卤素、磷元素等，有效解决了目前主要共聚型阻燃树脂中卤素、磷元素对人体有害与对环境影响等问题；本发明将具有阻燃功能的三聚氰胺衍生物通过化学反应键合于水性聚酯树脂分子结构上。

为解决涂层易污染、影响美观、对特殊基材附着力不好等问题，本发明引入氟硅改性水性丙烯酸树脂与偶联剂。

本发明的目的旨在提供一种水性聚酯阻燃涂料及其制备方法。

本发明涉及一种水性聚酯阻燃涂料，按重量份计，其基本配方是：三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂40.0～60.0份、氟硅改性水性丙烯酸树脂10.0～35.0份、偶联剂1.5～4.0份、颜填料0～30.0份、助剂3.0～8.0份、去离子水10.0～20.0份。

所述的三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂，按重量份计,其组成为：有机酸酐8.0～20.0份、羟基香茅醛改性三聚氰胺衍生物5.0～10.0份、月桂酸单甘油酯 2.0～5.0份、低聚物二元醇2.0～5.0份、多元醇4.0～15.0份、2,2-联吡啶-5-羧酸1.5～3.5份、二羟甲基丙酸2.0～4.0份、国标二甲苯5.0～10.0份、中和剂3.0～6.0份、抗氧剂0.2～0.5份、去离子水45.0～60.0份。

所述的有机酸酐为顺酐、六氢苯酐、马来酸酐、邻苯二酸酐、已二酸、苯并咪唑-5,6-二羧酸、3,4-吡啶二羧酸中的一种或几种的组合。

所述的多元醇为丙二醇、1,4-丁二醇、己二醇、新戊二醇、辛二醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二醇、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇中的一种或几种的组合。

所述的低聚物二元醇为均分子量1000的聚四氢呋喃醚二醇、聚醚二元醇、聚己内酯二醇中的一种或几种的组合。

所述的抗氧剂为佛山市景鼎塑料化工有限公司的抗氧剂1010与抗氧剂168中的一种或两者的组合。

所述的中和剂为三乙胺、氨水、二甲基乙醇胺中的至少一种。

所述的颜填料为云母粉、滑石粉、硫酸钡、高岭土、碳酸钙、膨润土、钛白粉、水性色浆一种或几种的组合。

所述的助剂为润湿剂、分散剂、杀菌剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、pH调节剂、防冻剂、成膜助剂、纳米助剂中的至少一种。

所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。

所述的一种三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂，其制备工艺如下：

a）、在多功能反应釜中，按配方重量份，依次称取有机酸酐、多元醇、月桂酸单甘油酯、抗氧剂、低聚物二元醇、二羟甲基丙酸和国标二甲苯加入反应釜中，升温低速搅拌下通入N₂；

b）、加热升温至120℃，保温0.5～1.0h，除去原料中游离的水份，快速升温至170～180℃，充分搅拌待物料溶解后，在350～450 r/min的转速下搅拌保温反应1.5～2.0h，然后以20℃/h速度升温至220～230℃，保温反应2.0～2.5h，快速降温至190℃，加入2,2-联吡啶-5-羧酸，保温搅拌反应1.5h，然后加入羟基香茅醛改性三聚氰胺衍生物，以20℃/h速度升温至220～230℃，搅拌保温反应3.0～3.5h，每隔15～30min测定酸值与粘度，当酸值与粘度达到理论设计值一致时为止；

c）、降温到160℃，抽真空，蒸除溶剂二甲苯，再降温至50℃以下，加入中和剂，快速搅拌分散15～20 min，加入配方量的去离子水，继续搅拌0.5h至分散均匀，即得三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂。

本发明制得的水性聚酯阻燃涂料与其他阻燃涂料相比具有如下优势：

1）、贮存时不沉淀，在成膜过程中涂膜流平性好，不产生流挂，无需外加阻燃剂，对环境无污染。

2）、其不含卤素、磷元素等，有效解决了目前主要共聚型阻燃树脂中卤素、磷元素对人体有害与对环境影响等问题。

3）、引入氟硅改性水性丙烯酸树脂与偶联剂可有效降低涂层表面张力，增强漆膜与基材的附着力，解决了涂层易被污染物污染而影响美观以及对涂层表面的性能破坏、对特殊基材附着力不好等问题。

4）、涂膜具有良好的附着力、丰满度、耐久性、耐化学品性、阻燃性能良好；可用于家具、乐器、金属、混凝土等各种表面保护和装饰。

具体实施方式

本发明结合以下实例对一种水性聚酯阻燃涂料做进一步的描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。

实施例1

一种三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂A，其制备工艺如下：

a）、在多功能反应釜中，按配方重量份，依次称取苯并咪唑-5,6-二羧酸5.0份、六氢苯酐9.5份、1,4-丁二醇2.5份、辛二醇5.5份、月桂酸单甘油酯3.0份、抗氧剂0.4份、聚四氢呋喃醚二醇3.5份、二羟甲基丙酸2.5份和国标二甲苯7.0份加入反应釜中，升温低速搅拌下通入N₂；

b）、加热升温至120℃，保温0.5～1.0h，除去原料中游离的水份，快速升温至170～180℃，充分搅拌待物料溶解后，在350～450 r/min的转速下搅拌保温反应1.5～2.0h，然后以20℃/h速度升温至220～230℃，保温反应2.0～2.5h，快速降温至190℃，加入2,2-联吡啶-5-羧酸2.5份，保温搅拌反应1.5h，然后加入羟基香茅醛改性三聚氰胺衍生物6.6份，以20℃/h速度升温至220～230℃，搅拌保温反应3.0～3.5h，每隔15～30min测定酸值与粘度，当酸值与粘度达到理论设计值一致时为止；

c）、降温到160℃，抽真空，蒸除溶剂二甲苯，再降温至50℃以下，加入中和剂4.2份，快速搅拌分散15～20 min，加入配方量的去离子水47.8份，继续搅拌0.5h至分散均匀，即得三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂A。

实施例2

一种三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂B，其制备工艺如下：

a）、在多功能反应釜中，按配方重量份，依次称取3,4-吡啶二羧酸4.0份、顺酐9.5份、己二醇3.5份、三羟甲基丙烷2.5份、月桂酸单甘油酯3.5份、抗氧剂0.4份、聚醚二元醇3.2份、二羟甲基丙酸2.8份和国标二甲苯7.0份加入反应釜中，升温低速搅拌下通入N₂；

b）、加热升温至120℃，保温0.5～1.0h，除去原料中游离的水份，快速升温至170～180℃，充分搅拌待物料溶解后，在350～450 r/min的转速下搅拌保温反应1.5～2.0h，然后以20℃/h速度升温至220～230℃，保温反应2.0～2.5h，快速降温至190℃，加入2,2-联吡啶-5-羧酸2.8份，保温搅拌反应1.5h，然后加入羟基香茅醛改性三聚氰胺衍生物7.0份，以20℃/h速度升温至220～230℃，搅拌保温反应3.0～3.5h，每隔15～30min测定酸值与粘度，当酸值与粘度达到理论设计值一致时为止；

c）、降温到160℃，抽真空，蒸除溶剂二甲苯，再降温至50℃以下，加入中和剂4.5份，快速搅拌分散15～20 min，加入配方量的去离子水49.3份，继续搅拌0.5h至分散均匀，即得三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂B。

实施例3

一种水性聚酯阻燃涂料，其制备工艺如下：

按配方重量份将去离子水11.5份、润湿剂0.4份、分散剂0.8份、消泡剂0.2份投入到搅拌桶中，搅拌均匀；在高速分散下加入高岭土3.5份、钛白粉8.0份、硫酸钡4.0份、pH调节剂0.2份，然后低速搅拌缓慢加入三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂A50.0份、氟硅改性水性丙烯酸树脂15.0份，搅拌20～25min至均匀，再加入成膜助剂3.0份、增稠剂0.2份、消泡剂0.2份、流平剂0.3份、杀菌剂0.2份，搅拌10～15min，过滤包装，得到预混水性聚酯阻燃涂料，施工前加入硅烷偶联剂2.5份搅拌均匀。

实施例4

一种水性聚酯阻燃涂料，其制备工艺如下：

按配方重量份将去离子水11.4份、润湿剂0.3份、消泡剂0.1份投入到搅拌桶中，搅拌均匀；然后低速搅拌缓慢加入三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂B 55.0份、氟硅改性水性丙烯酸树脂25.0份，搅拌20～25min，再加入成膜助剂4.5份、增稠剂0.1份、消泡剂0.1份、流平剂0.3份、杀菌剂0.2份，搅拌10～15min，过滤包装，得到预混水性聚酯阻燃涂料，施工前加入硅烷偶联剂3.0份搅拌均匀。

按照相关标准，涂膜耐玷污性参照克莱恩公司的耐玷污测试方法进行测试，具体为称取1.0g配制灰与1.0g丁二醇混合均匀，加998.0g水配制成污染物悬浮液，将测试板水平成60°角放置，用泵将污染物悬浮液以200L/min的流速循环均匀的喷淋在测试板上，喷淋30min后再50℃干燥24小时，然后测量涂膜反射系数L值，以喷淋前后涂膜反射系数的下降率来评价耐玷污性；对本发明的实施例与市场上水性阻燃涂料（对比例）进行对比，检测性能指标如表1所示。

表1：本发明的实施例与对比例性能技术指标

由表1可以看出本发明的实施例的耐燃时间、阻燃性、抗污性、耐酸碱性等性能远远超过市场上水性阻燃涂料（对比例），而卤素、磷元素含量远低于市场上水性阻燃涂料（对比例）。

尽管本发明已作了详细说明并引证了实施例，但对于本领域的普通技术人员，显然可以按照上述说明而做出的各种方案、修改和改动，都应该包括在权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种水性聚酯阻燃涂料，其特征在于：按重量份计，其配方是：三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂40.0～60.0份、氟硅改性水性丙烯酸树脂10.0～35.0份、偶联剂1.5～4.0份、颜填料0～30.0份、助剂3.0～8.0份、去离子水10.0～20.0份；

其中，所述的三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂，按重量份计,其组成为：有机酸酐8.0～20.0份、羟基香茅醛改性三聚氰胺衍生物5.0～10.0份、月桂酸单甘油酯2.0～5.0份、低聚物二元醇2.0～5.0份、多元醇4.0～15.0份、2,2-联吡啶-5-羧酸1.5～3.5份、二羟甲基丙酸2.0～4.0份、国标二甲苯5.0～10.0份、中和剂3.0～6.0份、抗氧剂0.2～0.5份、去离子水45.0～60.0份。

2.如权利要求1所述的一种三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂，其特征在于：所述的有机酸酐为顺酐、六氢苯酐、马来酸酐、邻苯二酸酐、已二酸、苯并咪唑-5,6-二羧酸、3,4-吡啶二羧酸中的一种或几种的组合。

3.如权利要求1所述的一种三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂，其特征在于：所述的多元醇为丙二醇、1,4-丁二醇、己二醇、新戊二醇、辛二醇、二缩二乙二醇、一缩二丙二醇、三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇中的一种或几种的组合。

4.如权利要求1所述的一种三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂，其特征在于：所述的抗氧剂为佛山市景鼎塑料化工有限公司的抗氧剂1010与抗氧剂168中的一种或两者的组合。

5.如权利要求1所述的一种三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂，其特征在于：所述的中和剂为三乙胺、氨水、二甲基乙醇胺中的至少一种。

6.如权利要求1所述的一种水性聚酯阻燃涂料，其特征在于：所述的颜填料为云母粉、滑石粉、硫酸钡、高岭土、碳酸钙、膨润土、钛白粉、水性色浆一种或几种的组合。

7.如权利要求1所述的一种水性聚酯阻燃涂料，其特征在于：所述的助剂为润湿剂、分散剂、杀菌剂、消泡剂、流平剂、增稠剂、pH调节剂、防冻剂、成膜助剂、纳米助剂中的至少一种。

8.如权利要求1所述的一种水性聚酯阻燃涂料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。

9.一种如权利要求1所述的水性醇酸阻燃树脂的制备方法，其特征在于；制备工艺如下：

a）、在多功能反应釜中，按配方重量份，依次称取有机酸酐、多元醇、月桂酸单甘油酯、抗氧剂、低聚物二元醇、二羟甲基丙酸和国标二甲苯加入反应釜中，升温低速搅拌下通入N₂；

b）、加热升温至120℃，保温0.5～1.0h，除去原料中游离的水份，快速升温至170～180℃，充分搅拌待物料溶解后，在350～450 r/min的转速下搅拌保温反应1.5～2.0h，然后以20℃/h速度升温至220～230℃，保温反应2.0～2.5h，快速降温至190℃，加入2,2-联吡啶-5-羧酸，保温搅拌反应1.5h，然后加入羟基香茅醛改性三聚氰胺衍生物，以20℃/h速度升温至220～230℃，搅拌保温反应3.0～3.5h，每隔15～30min测定酸值与粘度，当酸值与粘度达到理论设计值一致时为止；

c）、降温到160℃，抽真空，蒸除溶剂二甲苯，再降温至50℃以下，加入中和剂，快速搅拌分散15～20 min，加入配方量的去离子水，继续搅拌0.5h至分散均匀，即得三聚氰胺衍生物改性水性聚酯阻燃树脂。