CN115058184B - 一种水性环保涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种水性环保涂料及其制备方法,涉及水性涂料的制备技术领域，一种水性环保涂料，由包含以下重量份的原料制成：异佛尔酮二异氰酸酯1500‑2000份；聚四氢呋喃二醇2500‑2700份；氮磷二元醇360‑400份；封端剂430‑540份；去离子水7800‑10000份；助剂120‑160份。水性环保涂料的制备方法包括：将封端剂加入到聚氨酯乳液中，持续搅拌，升温后添加对羟基苯甲醚，继续升温，保持温度反应2‑3h，反应完成后冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液，将所述水性聚氨酯乳液加入到高速分散机中，加入润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂与去离子水，分散后过滤，即得到水性环保涂料。本申请具有提高聚氨酯涂料阻燃性能的效果。

Description

一种水性环保涂料及其制备方法
技术领域
本申请涉及水性涂料领域，尤其是涉及一种水性环保涂料及其制备方法。
背景技术
涂料是一类多功能性的工程材料，是化学工业中的一个重要行业，有广阔的市场空间。传统溶剂型涂料挥发过程中会释放大量致癌有机化合物(VOC)，污染环境。随着国家对环保的日益重视，水性涂料应运发展。由于水性涂料以水为分散介质，大大降低了可挥发有机物的含量，减少了其对环境的污染，而水性聚氨酯涂料体系中几乎不含有有机溶剂，机械性能良好，越来越受到人们的重视。
相关技术可参考授权公告号为CN106189769B的中国发明专利，其公开了一种水性环保涂料及其制备工艺，按下列原料制备而成：聚氨酯，聚有机硅氧烷，硅油，聚四氟乙烯，聚丙烯酸钠，乙烯-丙烯酸共聚物，钛酸酯，聚丙烯酰胺，水；制备工艺为：将聚氨酯、聚有机硅氧烷和硅油倒入料斗内，经搅拌得到混合液；向混合液中添加聚丙烯酸钠，添加结束后提高转速搅拌，再加入水，保持转速继续搅拌，得到复合乳液；向得到的复合乳液中加入聚四氟乙烯、乙烯-丙烯酸共聚物、钛酸酯、聚丙烯酰胺，经过高速分散机分散，即得。
针对上述中的相关技术，发明人认为，聚氨酯的极限氧指数（LOI）只有18%左右，极易燃烧，并且燃烧时会产生滴落物引发二次燃烧，从而导致聚氨酯水性涂料存在安全隐患。
发明内容
为了提高聚氨酯涂料的阻燃性能，本申请提供一种水性环保涂料及其制备方法。
本申请提供的一种水性环保涂料采用如下的技术方案：
一种水性环保涂料，由包含以下重量份的原料制成：异佛尔酮二异氰酸酯1500-2000份；聚四氢呋喃二醇2500-2700份；氮磷二元醇360-400份；封端剂430-540份；去离子水7800-10000份；助剂120-160份。
通过采用上述技术方案，本发明的水性环保涂料以水作为分散介质，杜绝了有机溶剂带来的高污染问题，同时以氮磷二元醇作为合成聚氨酯原料中的多羟基化合物，氮磷二元醇中含有氮元素和磷元素，可作为阻燃剂，再通过其它助剂共同作用，形成具有阻燃性能的水性环保涂料。
可选的，所述氮磷二元醇由包含以下重量份原料制成：3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯160-200份；1,4-丁二醇250份。
通过采用上述技术方案，合成聚氨酯常用扩链剂为1,4-丁二醇，1,4-丁二醇本身不具有阻燃性能，但将3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯添加到1,4-丁二醇中，会在1,4-丁二醇中引入氮元素和磷元素，二者结合在燃烧过程中形成可以保护机体的膨胀炭层，隔氧隔热，抑制燃烧，提高了水性环保涂料的阻燃性能。
可选的，所述封端剂由包含以下重量份的原料制成：改性碳纳米管23-24份；环氧丙烯酸酯410-510份。
通过采用上述技术方案，环氧丙烯酸酯可作为封端剂使用，碳纳米管具有阻燃效果，在封端剂中添加改性碳纳米管，可进一步提高水性环保涂料的阻燃性能。
可选的，所述改性碳纳米管由包含以下重量份的原料制成：酸化多壁碳纳米管20份；3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷3-4份。
通过采用上述技术方案，碳纳米管与环氧丙烯酸酯并不发生反应，单纯添加碳纳米管只是物理混溶，会造成所制备的水性环保涂料物理性能变差，而酸化碳纳米管表面具有很多活化的羟基，因此可以通过添加3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，使二者发生反应，在碳纳米管表面引入氰氧基团，利用氰氧基团将碳纳米管接枝到环氧丙烯酸酯上，既提高了水性环保涂料的阻燃性能，又减少了对水性环保涂料物理性能的影响。
可选的，所述助剂由包含以下重量份的原料制成：催化剂1-2份，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；阻聚剂1-2份，所述阻聚剂为对羟基苯甲醚；润湿剂90-110份，所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；流平剂1-3份，所述流平剂为聚氨酯；消泡剂9-11份，所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚；增稠剂20-40份，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
通过采用上述技术方案，添加对羟基苯甲醚防止水性环保涂料在贮存中发生反应，粘度逐渐增稠而固化；添加流平剂聚氨酯能促使涂料在干燥成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜；添加聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚消除涂料制备生产过程中所产生的气泡，减少涂料使用过程中缩孔现象的出现；添加羟乙基纤维素有利于涂料使用时形成的涂膜更加平整，使涂料使用时减少飞溅，且能赋予涂膜良好的耐水性。
本申请提供的一种水性环保涂料的制备方法采用如下的技术方案：
一种水性环保涂料的制备方法，包括如下步骤：
将接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯加入到聚氨酯乳液中，持续搅拌，升温至70-80℃并添加1-2g对羟基苯甲醚，继续升温至90-100℃，保持温度反应2-3h，反应完成后冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液；
将所述水性聚氨酯乳液以及润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、去离子水以质量比5000-5500:90-110:1-3:9-11:20-40:3000-3800的比例混合分散，过滤除去滤渣，得到水性环保涂料。
通过采用上述技术方案，制备水性聚氨酯乳液时，先扩链后封端，即后加入接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯，可以在一定程度上防止环氧丙烯酸酯中的碳碳双键受热过久发生聚合，生成凝胶。
可选的，所述接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯的制备工艺包括如下步骤：
将无水乙醇和蒸馏水按质量比9:1-2的比例混合后，缓慢加入冰醋酸，调节溶液pH至4.0-5.0，加入3-4g 3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，磁力搅拌30-40min，得到3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷溶液；
将酸化多壁碳纳米管加入到所述3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷溶液中，搅拌均匀后放入超声清洗机中超声30-40min，将溶液滤去，真空干燥，得到改性碳纳米管；
将改性碳纳米管以体积比1:18-22的比例与环氧丙烯酸酯混合后，加入与环氧丙烯酸酯等体积的丙酮溶液，超声处理后蒸馏脱除丙酮溶液，自然冷却至室温，得到接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯。
通过采用上述技术方案，多壁碳纳米管具有阻燃性能，但多壁碳纳米管无法直接接枝到环氧丙烯酸酯上，因此要将多壁碳纳米管与3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷反应，在多壁碳纳米管表面引入氰氧基团，进而利用氰氧基团与环氧丙烯酸酯发生接枝反应。
可选的，所述酸化多壁碳纳米管的制备工艺包括如下步骤：
将20g多壁碳纳米管溶于400-500mL浓度为68%的浓硝酸溶液中，超声处理4-5h后，待溶液冷却至室温，过滤得到固体，固体用去离子水洗涤后真空干燥，得到酸化多壁碳纳米管。
通过采用上述技术方案，碳纳米管经酸化之后，表面羟基得以大量活化，酸化碳纳米管更易于与3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷溶液发生反应，得以在碳纳米管表面引入氰氧基团。
可选的，所述聚氨酯乳液的制备工艺包括如下步骤：将2.6kg聚氢呋喃二醇于110℃干燥5h后，在氮气气氛保护下，与异佛尔酮二异氰酸酯以质量比1:0.55-0.75的比例混合搅拌，添加1-2g二月桂酸二丁基锡，控制温度70-80℃，加入氮磷二元醇继续反应1-2h后加入4.4-5.1kg去离子水，搅拌均匀后乳化得到聚氨酯乳液。
通过采用上述技术方案，异佛尔酮二异氰酸酯决定水性环保涂料的强度与刚性，聚氢呋喃二醇决定水性环保涂料的柔顺性和结晶性，当聚氢呋喃二醇与异佛尔酮二异氰酸酯的质量比为1:0.55-0.75时，所制备的水性环保涂料晶莹透亮、柔韧性好且干燥时间较短。
可选的，所述氮磷二元醇的制备工艺包括如下步骤：将3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯与1,4-丁二醇以质量比1:1.2-1.5的比例混合后，在氮气气氛保护下，加热至95-105℃持续搅拌反应1-2h，升温至115-125℃保温1h，最后在135-138℃下反应4-5h，待温度降至室温后真空抽滤，得到氮磷二元醇。
通过采用上述技术方案，反应过程中1,4-丁二醇会被大量蒸出，因此需添加过量1,4-丁二醇，使得3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯反应更加完全。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本发明的水性环保涂料以水作为分散介质，杜绝了有机溶剂带来的高污染问题，同时以氮磷二元醇作为合成聚氨酯原料中的多羟基化合物，氮磷二元醇中含有氮元素和磷元素，可作为阻燃剂，再通过其它助剂共同作用，形成具有阻燃性能的水性环保涂料；
2.合成聚氨酯常用扩链剂为1,4-丁二醇，1,4-丁二醇本身不具有阻燃性能，但将3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯添加到1,4-丁二醇中，会在1,4-丁二醇中引入氮元素和磷元素，二者结合在燃烧过程中形成可以保护机体的膨胀炭层，隔氧隔热，抑制燃烧，提高了水性环保涂料的阻燃性能；
3.环氧丙烯酸酯可作为封端剂使用，碳纳米管具有阻燃效果，在封端剂中添加改性碳纳米管，可进一步提高水性环保涂料的阻燃性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种水性环保涂料及其制备方法，包括如下步骤：
S1.将20g多壁碳纳米管溶于400mL浓度为68%的浓硝酸溶液中，超声处理4h，超声处理功率为700W。待溶液冷却至室温后，过滤得到固体，固体用去离子水洗涤后于70℃下真空干燥5h，得到酸化的多壁碳纳米管。
S2.将无水乙醇和蒸馏水按体积比9:1的比例混合后，缓慢加入冰醋酸，调节溶液pH至4.0，加入3.2g 3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，磁力搅拌30min，使3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷充分水解。
S3.将酸化多壁碳纳米管加入到S2步骤所得的溶液中，继续磁力搅拌2h后取出，放入超声清洗机中超声30min，将溶液滤去，于70℃下真空干燥5h，得到改性碳纳米管。
S4.将改性碳纳米管与460g环氧丙烯酸酯混合后，加入与环氧丙烯酸酯等体积的丙酮溶液，超声处理1h，超声处理功率400W，60℃下蒸馏脱除丙酮溶液，自然冷却至室温，得到接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯。
S5.将180g 3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯与250g 1,4-丁二醇加入到烧瓶中，在氮气气氛保护下，加热至95℃持续搅拌反应1h，升温至115℃保温1h，最后在135℃下反应5h，待温度降至室温后真空抽滤，得到氮磷二元醇。
S6.将2.6kg聚氢呋喃二醇于110℃干燥5h后，在氮气气氛保护下，与1.8kg异佛尔酮二异氰酸酯、1g二月桂酸二丁基锡混合搅拌，控制温度70℃，搅拌速度600r/min。反应1h后，保持转速不变，采用甲苯-二正丁胺滴定法测定残留的NCO含量与理论值7.6%相符时，加入380g氮磷二元醇继续反应2h。加入与混合溶液等体积的去离子水，调节搅拌速度1100r/min、温度50℃，乳化50min，得到聚氨酯乳液。
S7.将480g接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯加入到S6步骤所得的聚氨酯乳液中，持续搅拌，升温至70℃并添加1g对羟基苯甲醚，继续升温至90℃，保持温度反应2h，反应完成后冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液。
S8.将水性聚氨酯乳液加入到高速分散机中，控制转速为1500r/min，以质量比5300:90:1:9:20:3000的比例加入脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氨酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、羟乙基纤维素与去离子水，分散20min后，过滤除去滤渣，即得到水性环保涂料。
实施例2
一种水性环保涂料及其制备方法，包括如下步骤：
S1.将20g多壁碳纳米管溶于450mL浓度为68%的浓硝酸溶液中，超声处理4.5h，超声处理功率为650W。待溶液冷却至室温后，过滤得到固体，固体用去离子水洗涤后于75℃下真空干燥4.5h，得到酸化的多壁碳纳米管。
S2.将无水乙醇和蒸馏水按体积比9:1.5的比例混合后，缓慢加入冰醋酸，调节溶液pH至4.5，加入3.5g 3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，磁力搅拌35min，使3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷充分水解。
S3.将酸化多壁碳纳米管加入到S2步骤所得的溶液中，继续磁力搅拌2.5h后取出，放入超声清洗机中超声35min，将溶液滤去，于75℃下真空干燥4.5h，得到改性碳纳米管。
S4.将改性碳纳米管与460g环氧丙烯酸酯混合后，加入与环氧丙烯酸酯等体积的丙酮溶液，超声处理1.5h，超声处理功率350W，60℃下蒸馏脱除丙酮溶液，自然冷却至室温，得到接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯。
S5.将180g 3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯与250g 1,4-丁二醇加入到烧瓶中，在氮气气氛保护下，加热至100℃持续搅拌反应1.5h，升温至120℃保温1h，最后在138℃下反应4.5h，待温度降至室温后真空抽滤，得到氮磷二元醇。
S6.将2.6kg聚氢呋喃二醇于110℃干燥5h后，在氮气气氛保护下，与1.8kg异佛尔酮二异氰酸酯、1g二月桂酸二丁基锡混合搅拌，控制温度75℃，搅拌速度500r/min。反应1.5h后，保持转速不变，采用甲苯-二正丁胺滴定法测定残留的NCO含量与理论值7.6%相符时，加入380g氮磷二元醇继续反应1.5h。加入与混合溶液等体积的去离子水，调节搅拌速度1200r/min、温度45℃，乳化55min，得到聚氨酯乳液。
S7.将480g接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯加入到S6步骤所得的聚氨酯乳液中，持续搅拌，升温至75℃并添加1.5g对羟基苯甲醚，继续升温至95℃，保持温度反应2.5h，反应完成后冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液。
S8.将水性聚氨酯乳液加入到高速分散机中，控制转速为1800r/min，以质量比5300:100:2:1:30:3300的比例加入脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氨酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、羟乙基纤维素与去离子水，分散25min后，过滤除去滤渣，即得到水性环保涂料。
实施例3
一种水性环保涂料及其制备方法，包括如下步骤：
S1.将20g多壁碳纳米管溶于400mL浓度为68%的浓硝酸溶液中，超声处理5h，超声处理功率为600W。待溶液冷却至室温后，过滤得到固体，固体用去离子水洗涤后于80℃下真空干燥4h，得到酸化的多壁碳纳米管。
S2.将无水乙醇和蒸馏水按体积比9:1的比例混合后，缓慢加入冰醋酸，调节溶液pH至5.0，加入3.8g 3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，磁力搅拌40min，使3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷充分水解。
S3.将酸化多壁碳纳米管加入到S2步骤所得的溶液中，继续磁力搅拌3h后取出，放入超声清洗机中超声40min，将溶液滤去，于80℃下真空干燥4h，得到改性碳纳米管。
S4.将改性碳纳米管与460g环氧丙烯酸酯混合后，加入与环氧丙烯酸酯等体积的丙酮溶液，超声处理2h，超声处理功率300W，60℃下蒸馏脱除丙酮溶液，自然冷却至室温，得到接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯。
S5.将180g 3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯与250g 1,4-丁二醇加入到三口烧瓶中，在氮气气氛保护下，加热至105℃持续搅拌反应2h，升温至125℃保温1h，最后在135℃下反应4.5h，待温度降至室温后真空抽滤，得到氮磷二元醇。
S6.将2.6kg聚氢呋喃二醇于110℃干燥5h后，在氮气气氛保护下，与1.8kg异佛尔酮二异氰酸酯、2g二月桂酸二丁基锡混合搅拌，控制温度80℃，搅拌速度400r/min。反应2h后，保持转速不变，采用甲苯-二正丁胺滴定法测定残留的NCO含量与理论值7.6%相符时，加入380g氮磷二元醇继续反应1h。加入与混合溶液等体积的去离子水，调节搅拌速度1300r/min、温度40℃，乳化60min，得到聚氨酯乳液。
S7.将480g接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯加入到S6步骤所得的聚氨酯乳液中，持续搅拌，升温至80℃并添加2g对羟基苯甲醚，继续升温至100℃，保持温度反应3h，反应完成后冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液。
S8.将水性聚氨酯乳液加入到高速分散机中，控制转速为2000r/min，以质量比5300:110:3:11:40:3800的比例加入脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氨酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚、羟乙基纤维素与去离子水，分散30min后，过滤除去滤渣，即得到水性环保涂料。
实施例4
本实施例与实施例2的不同之处在于：S1步骤中，多壁碳纳米管的质量为18g。
实施例5
本实施例与实施例2的不同之处在于：S1步骤中，多壁碳纳米管的质量为22g。
实施例6
本实施例与实施例2的不同之处在于：S7步骤中，接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯的质量为430g。
实施例7
本实施例与实施例2的不同之处在于：S7步骤中，接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯的质量为530g。
实施例8
本实施例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，氮磷二元醇的质量为360g。
实施例9
本实施例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，氮磷二元醇的质量为400g。
实施例10
本实施例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，异佛尔酮二异氰酸酯的质量为1.5kg。
实施例11
本实施例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，异佛尔酮二异氰酸酯的质量为2.0kg。
对比例
对比例1
本对比例与实施例2的不同之处在于：S1、S3步骤中，未对多壁碳纳米管进行酸化处理。
对比例2
本对比例与实施例2的不同之处在于：S1步骤中，多壁碳纳米管的质量为16g。
对比例3
本对比例与实施例2的不同之处在于：S1步骤中，多壁碳纳米管的质量为25g。
对比例4
本对比例与实施例2的不同之处在于：S1步骤中，用20g的3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷替换20g多壁碳纳米管溶于450mL浓度为68%的浓硝酸溶液中超声处理。
对比例5
本对比例与实施例2的不同之处在于：S2步骤中，用3.5g三甲氧基硅烷替代3.5g的3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
对比例6
本对比例与实施例2的不同之处在于：S2步骤中，用3.5g无水乙醇替代3.5g的3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷。
对比例7
本对比例与实施例2的不同之处在于：S7步骤中，接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯的质量为360g。
对比例8
本对比例与实施例2的不同之处在于：S7步骤中，接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯的质量为600g。
对比例9
本对比例与实施例2的不同之处在于：S4步骤中，用460g丙烯酸-2-羟乙酯替代460g的环氧丙烯酸酯。
对比例10
本对比例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，氮磷二元醇的质量为340g。
对比例11
本对比例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，氮磷二元醇的质量为420g。
对比例12
本对比例与实施例2的不同之处在于：S5步骤中，用等质量的1,4-丁二醇替代3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯。
对比例13
本实施例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，异佛尔酮二异氰酸酯的质量为1.3kg。
对比例14
本对比例与实施例2的不同之处在于：S6步骤中，异佛尔酮二异氰酸酯的质量为2.2kg。
性能检测试验
依照《GB/T2406.2-2009塑料用氧指数法测定燃烧行为》对实施例1-11与对比例1-14制得的水性环保涂料进行极限氧指数（LOI）测定；
依照《GB/T19250-2013聚氨酯防水涂料》对实施例1-11与对比例1-14制得的水性环保涂料进行表干时间、实干时间以及断裂伸长率测试，上述实验结果如表1所示。
表1
项目 LOI/% 表干时间/min 实干时间/min 断裂伸长率/%
实施例1 32.3 35 72 591
实施例2 32.9 34 70 603
实施例3 33.2 36 75 599
实施例4 31.6 35 72 594
实施例5 33.5 38 80 590
实施例6 31.6 42 90 603
实施例7 33.8 33 68 578
实施例8 31.5 36 75 598
实施例9 33.6 34 71 605
实施例10 32.6 45 102 615
实施例11 32.8 33 69 512
对比例1 30.1 35 73 546
对比例2 29.5 35 73 611
对比例3 33.7 35 74 572
对比例4 28.0 33 69 615
对比例5 32.7 36 76 563
对比例6 32.4 34 71 542
对比例7 30.9 53 121 612
对比例8 34.0 32 68 512
对比例9 32.8 38 81 491
对比例10 29.7 34 73 598
对比例11 33.8 33 69 596
对比例12 28.1 35 74 597
对比例13 32.8 49 117 628
对比例14 31.9 32 66 489
结合实施例2及对比例1并结合表1可以看出，使用未经酸化处理的多壁碳纳米管制备的水性环保涂料极限氧指数、断裂伸长率显著减小。
结合实施例2、4、5及对比例2-4并结合表1可以看出，随着多壁碳纳米管添加量的增大，所制备的水性环保涂料的极限氧指数逐渐增大；当多壁碳纳米管的添加量高于实施例限定的范围时，产物的极限氧指数增大，产物的断裂伸长率显著减小；当多壁碳纳米管的添加量低于实施例限定的范围或不添加多壁碳纳米管时，产物的极限氧指数显著减小。
结合实施例2及对比例5、6并结合表1可以看出，当使用三甲氧基硅烷替代3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷或不添加3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷时，所制备的水性环保涂料的断裂伸长率显著减小。
结合实施例2、6、7与对比例7-9可以看出，随着接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯含量的增加，所制备的水性环保涂料极限氧指数增大，表干时间、实干时间缩短；当接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯含量高于实施例的限定范围时，所制备的水性环保涂料表干时间、实干时间无明显变化，断裂伸长率降低；当接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯含量低于实施例的限定范围时，所制备的水性环保涂料表干时间、实干时间显著延长；当使用丙烯酸二羟乙酯替代环氧丙烯酸酯时，所制备的水性环保涂料的断裂伸长率显著降低。
结合实施例2、8、9及对比例10-12并结合表1可以看出，随着氮磷二元醇添加量的增加，所制备的水性环保涂料的极限氧指数显著增大；当氮磷二元醇的添加量高于实施例限定的范围时，所制备的水性环保涂料的极限氧指数无明显变化；当氮磷二元醇的添加量低于实施例限定的范围或不添加3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯时，所制备的水性环保涂料的极限氧指数显著减小。
结合实施例2、10、11及对比例13、14并结合表1可以看出，随着异佛尔酮二异氰酸酯含量的增加，所制备的水性环保涂料的表干时间、实干时间缩短，断裂伸长率减小；当异佛尔酮二异氰酸酯的含量高于实施例限定的范围时，所制备的水性环保涂料的表干时间、实干时间无明显变化，断裂伸长率显著减小；当异佛尔酮二异氰酸酯的含量低于实施例限定的范围时，所制备的水性环保涂料的表干时间、实干时间显著延长，断裂伸长率增大。
本申请实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (2)

1.一种水性环保涂料，其特征在于：由包含以下重量份的原料制成：
异佛尔酮二异氰酸酯1500-2000份；
聚四氢呋喃二醇2500-2700份；
氮磷二元醇360-400份；
封端剂430-540份；
去离子水7800-10000份；
助剂120-160份；
所述氮磷二元醇由包含以下重量份原料制成：
3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯160-200份；
1,4-丁二醇250份；
所述封端剂由包含以下重量份的原料制成：
改性碳纳米管23-24份；
环氧丙烯酸酯410-510份；
所述改性碳纳米管由包含以下重量份的原料制成：
酸化多壁碳纳米管20份；
3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷3-4份；
所述助剂由包含以下重量份的原料制成：
催化剂1-2份，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡；
阻聚剂1-2份，所述阻聚剂为对羟基苯甲醚；
润湿剂90-110份，所述润湿剂为脂肪醇聚氧乙烯醚；
流平剂1-3份，所述流平剂为聚氨酯；
消泡剂9-11份，所述消泡剂为聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚；
增稠剂20-40份，所述增稠剂为羟乙基纤维素。
2.一种根据权利要求1所述的水性环保涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯加入到聚氨酯乳液中，持续搅拌，升温至70-80℃并添加1-2g对羟基苯甲醚，继续升温至90-100℃，保持温度反应2-3h，反应完成后冷却至室温，得到水性聚氨酯乳液；
将所述水性聚氨酯乳液以及润湿剂、流平剂、消泡剂、增稠剂、去离子水以质量比5000-5500:90-110:1-3:9-11:20-40:3000-3800的比例混合分散，过滤除去滤渣，得到水性环保涂料；
所述接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯的制备工艺包括如下步骤：
将无水乙醇和蒸馏水按质量比9:1-2的比例混合后，缓慢加入冰醋酸，调节溶液pH至4.0-5.0，加入3-4g 3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷，磁力搅拌30-40min，得到3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷溶液；
将酸化多壁碳纳米管加入到所述3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷溶液中，搅拌均匀后放入超声清洗机中超声30-40min，将溶液滤去，真空干燥，得到改性碳纳米管；
将改性碳纳米管以体积比1:18-22的比例与环氧丙烯酸酯混合后，加入与环氧丙烯酸酯等体积的丙酮溶液，超声处理后蒸馏脱除丙酮溶液，自然冷却至室温，得到接枝碳纳米管的环氧丙烯酸酯；
所述酸化多壁碳纳米管的制备工艺包括如下步骤：将20g多壁碳纳米管溶于400-500mL浓度为68%的浓硝酸溶液中，超声处理4-5h后，待溶液冷却至室温，过滤得到固体，固体用去离子水洗涤后真空干燥，得到酸化多壁碳纳米管；
所述聚氨酯乳液的制备工艺包括如下步骤：将2.6kg聚四氢呋喃二醇于110℃干燥5h后，在氮气气氛保护下，与异佛尔酮二异氰酸酯以质量比1:0.55-0.75的比例混合搅拌，添加1-2g二月桂酸二丁基锡，控制温度70-80℃，加入氮磷二元醇继续反应1-2h后加入4.4-5.1kg去离子水，搅拌均匀后乳化得到聚氨酯乳液；
所述氮磷二元醇的制备工艺包括如下步骤：将3-[（羟甲基）氨基]-3-氧代丙基膦酸-二甲酯与1,4-丁二醇以质量比1:1.2-1.5的比例混合后，在氮气气氛保护下，加热至95-105℃持续搅拌反应1-2h，升温至115-125℃保温1h，最后在135-138℃下反应4-5h，待温度降至室温后真空抽滤，得到氮磷二元醇。
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