阅读说明：本技术 一种水性环氧阻燃涂料及其制备方法 (Water-based epoxy flame-retardant coating and preparation method thereof ) 是由 高静静 于 2019-10-11 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种水性环氧阻燃涂料,包括A组分和B组分,所述A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂100-140份、抗氧剂10-15份、消泡剂5-12份和流平剂3-8份；所述B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺20-40份、阻燃微胶囊10-40份、二氧化钛10-15份、乙醇胺30-50份和水50-100份。本发明原料来源广,制备方法简单,制得的水性环氧涂料具有良好的阻燃性能,在常温下即可交联固化,使用方便,具有广阔的应用前景。(The invention provides a water-based epoxy flame-retardant coating, which comprises a component A and a component B, wherein the component A comprises the following raw materials in parts by weight: 100-140 parts of siloxane grafted epoxy resin, 10-15 parts of antioxidant, 5-12 parts of defoaming agent and 3-8 parts of flatting agent; the component B comprises the following raw materials in parts by weight: 20-40 parts of melamine, 10-40 parts of flame-retardant microcapsules, 10-15 parts of titanium dioxide, 30-50 parts of ethanolamine and 50-100 parts of water. The raw materials of the invention have wide sources, the preparation method is simple, the prepared water-based epoxy coating has good flame retardant property, can be crosslinked and cured at normal temperature, is convenient to use, and has wide application prospect.)

一种水性环氧阻燃涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及一种水性环氧阻燃涂料。

背景技术

环氧树脂涂料是目前世界上应用数量最多、适用范围最广、最重要的重防腐涂料。环氧树脂涂料一般分为油性环氧涂料和水性环氧涂料两种。目前市场上广泛使用的水性环氧防腐涂料主要由两组分组成：疏水性的环氧树脂和亲水性的胺类固化剂。水性涂料的配方相对比较复杂，助剂种类较多，且助剂可能影响涂料的性能。

目前水性环氧树脂涂料的相关品种很多，大量用于水泥制品修补剂、防水涂层、汽车维修底漆、钢结构的防腐蚀等。就环氧树脂地坪涂料行业而言，客户价值主要有两个层次：首先，产品性能的价值，即是产品的环保性能、耐磨性能。产品的基本性能，如耐磨性得到了满足后，环保性、实用性就最为重要；其次，细分性能价值，针对不同客户对环氧涂料性能的需求，满足客户的产品性能要求，来研发生产环氧涂料产品。满足不同的客户需求，产品自然就有了差异化，所以这一价值层次最容易独立市场成为创新品类。目前市场上关于水性环氧树脂涂料在阻燃性方面的研究较少。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供一种水性环氧阻燃涂料及其制备方法，其目的在于，提供一种水性环氧阻燃涂料，通过添加经包覆改性的聚磷酸铵阻燃剂具有更高的阻燃效率，其在燃烧过程中生成了更致密的保护层，在潮湿环境下也能起到阻燃效果；在三聚氰胺的协同作用下，进一步提高涂料的阻燃性能。

本发明提供一种水性环氧阻燃涂料，包括A组分和B组分，所述A组分包括以下原料：硅氧烷接枝环氧树脂、抗氧剂、消泡剂和流平剂；所述B组分包括以下原料：三聚氰胺、阻燃微胶囊、二氧化钛、乙醇胺和水；

所述阻燃微胶囊为聚苯乙烯为壳体，以聚磷酸铵为芯材的微胶囊，直径在100-500nm之间。

作为本发明进一步的改进，所述A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂100-140份、抗氧剂10-15份、消泡剂5-12份和流平剂3-8份；所述B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺20-40份、阻燃微胶囊10-40份、二氧化钛10-15份、乙醇胺30-50份和水50-100份。

作为本发明进一步的改进，所述A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂110-130份、抗氧剂12-14份、消泡剂7-10份和流平剂4-7份；所述B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺25-35份、阻燃微胶囊20-30份、二氧化钛11-13份、乙醇胺35-45份和水70-80份。

作为本发明进一步的改进，所述A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂120份、抗氧剂13份、消泡剂8份和流平剂6份；所述B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺30份、阻燃微胶囊25份、二氧化钛12份、乙醇胺40份和水75份。

作为本发明进一步的改进，所述阻燃微胶囊由以下方法制备：将质量分数为10％的聚磷酸铵水溶液作为水相，加入油溶性单体苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂AIBN，升温到40℃-50℃，搅拌使引发剂，单体以及石蜡混合均匀作为油相，将水相和油相混合，升温到65℃，采用高速剪切机在10000r/min的转速下剪切乳化2min，得到水包油的乳液，通入惰性气体氮气，机械搅拌速度为200r/min-300r/min，70℃下聚合反应约8h形成核壳结构的阻燃微胶囊。

作为本发明进一步的改进，所述硅氧烷接枝环氧树脂由以下方法制备而成：将硅烷偶联剂和环氧树脂装入反应器中，升温至80℃，滴加二月桂酸二丁基锡和适量的蒸馏水，继续升温至95℃，减压蒸馏除去副产物，得到硅氧烷接枝环氧树脂。

作为本发明进一步的改进，所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂。

作为本发明进一步的改进，所述二月桂酸二丁基锡的添加量为环氧树脂质量的0.5％-0.55％。

作为本发明进一步的改进，所述抗氧剂选自抗氧剂1003、抗氧剂SD-1688、抗氧剂1010、抗氧剂AN245DW和抗氧剂245DW中的一种或几种；所述消泡剂选自消泡剂902W、消泡剂BYK-024、消泡剂SD-202和消泡剂A10中的一种或几种；所述流平剂选自流平剂BYK-333、流平剂BYK-348、流平剂WT-204、流平剂Glide-450和流平剂EFKA-3580中的一种或几种。

本发明进一步保护一种上述水性环氧阻燃涂料的制备方法，按照以下方法制备：

S1.将A组分各原料按比例混合，加热至40℃-60℃搅拌反应1h-2h，得到混合液；

S2.向混合液中加入B组分各原料，升温至70℃-80℃，反应2h-3h后700r/min-1000r/min搅拌15min，再300r/min-500r/min搅拌10min，过滤得到水性环氧阻燃涂料。

本发明具有如下有益效果：

1.有机硅氧烷结构中既含有有机基团，又含有无机结构，使它具有优良的耐水性、耐化学品性、耐候性、透气性、生理惰性和低表面张力，通过引入有机硅氧烷，其在室温条件下可以水解形成硅醇，涂膜过程中，硅醇可以与聚合物内部或表面的活性基团缩合形成立体网络(Si-O-Si)交联结构，提高体系的交联密度，对胶膜表层的致密度有增强作用，并最终提高胶膜的力学性能和耐水性；本发明将带有双键的硅烷偶联剂与环氧树脂接枝，得到带有硅氧烷结构的环氧树脂，其具有良好的室温固化性能；

2.经包覆改性的聚磷酸铵阻燃剂具有更高的阻燃效率，其在燃烧过程中生成了更致密的保护层，在潮湿环境下也能起到阻燃效果；在三聚氰胺的协同作用下，进一步提高涂料的阻燃性能；

3.本发明原料来源广，制备方法简单，制得的水性环氧涂料具有良好的阻燃性能，在常温下即可交联固化，使用方便，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明水性环氧阻燃涂料的制备流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例只是本发明的部分具有代表性的实施例，而不是全部实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例都属于本发明的保护范围。

实施例1

原料组成(重量份)：

A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂100份、抗氧剂245DW 10份、消泡剂SD-2025份和流平剂WT-2043份；

B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺20份、阻燃微胶囊10份、二氧化钛10份、乙醇胺30份和水50份。

所述阻燃微胶囊由以下方法制备：将质量分数为10％的聚磷酸铵水溶液作为水相，加入油溶性单体苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂AIBN，升温到40℃，搅拌使引发剂，单体以及石蜡混合均匀作为油相，将水相和油相混合，升温到65℃，采用高速剪切机在10000r/min的转速下剪切乳化2min，得到水包油的乳液，通入惰性气体氮气，机械搅拌速度为200r/min，70℃下聚合反应约8h形成核壳结构的阻燃微胶囊。

所述硅氧烷接枝环氧树脂由以下方法制备而成：将硅烷偶联剂和环氧树脂装入反应器中，升温至80℃，滴加二月桂酸二丁基锡和适量的蒸馏水，继续升温至95℃，减压蒸馏除去副产物，得到硅氧烷接枝环氧树脂。

所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂。所述二月桂酸二丁基锡的添加量为环氧树脂质量的0.5％。

一种水性环氧阻燃涂料的制备方法，按照以下方法制备：

S1.将A组分各原料按比例混合，加热至40℃搅拌反应1h，得到混合液；

S2.向混合液中加入B组分各原料，升温至70℃，反应2h后700r/min搅拌15min，再300r/min搅拌10min，过滤得到水性环氧阻燃涂料。

实施例2

原料组成(重量份)：

A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂140份、抗氧剂100315份、消泡剂902W 12份和流平剂EFKA-35808份；

B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺40份、阻燃微胶囊40份、二氧化钛15份、乙醇胺50份和水100份。

所述阻燃微胶囊由以下方法制备：将质量分数为10％的聚磷酸铵水溶液作为水相，加入油溶性单体苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂AIBN，升温到50℃，搅拌使引发剂，单体以及石蜡混合均匀作为油相，将水相和油相混合，升温到65℃，采用高速剪切机在10000r/min的转速下剪切乳化2min，得到水包油的乳液，通入惰性气体氮气，机械搅拌速度为300r/min，70℃下聚合反应约8h形成核壳结构的阻燃微胶囊。

所述硅氧烷接枝环氧树脂由以下方法制备而成：将硅烷偶联剂和环氧树脂装入反应器中，升温至80℃，滴加二月桂酸二丁基锡和适量的蒸馏水，继续升温至95℃，减压蒸馏除去副产物，得到硅氧烷接枝环氧树脂。

所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂。所述二月桂酸二丁基锡的添加量为环氧树脂质量的0.55％。

一种水性环氧阻燃涂料的制备方法，按照以下方法制备：

S1.将A组分各原料按比例混合，加热至60℃搅拌反应2h，得到混合液；

S2.向混合液中加入B组分各原料，升温至80℃，反应3h后1000r/min搅拌15min，再500r/min搅拌10min，过滤得到水性环氧阻燃涂料。

实施例3

原料组成(重量份)：

A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂110份、抗氧剂AN245DW 12份、消泡剂SD-2027份和流平剂EFKA-35804份；

B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺25份、阻燃微胶囊20份、二氧化钛11份、乙醇胺35份和水70份。

所述阻燃微胶囊由以下方法制备：将质量分数为10％的聚磷酸铵水溶液作为水相，加入油溶性单体苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂AIBN，升温到42℃，搅拌使引发剂，单体以及石蜡混合均匀作为油相，将水相和油相混合，升温到65℃，采用高速剪切机在10000r/min的转速下剪切乳化2min，得到水包油的乳液，通入惰性气体氮气，机械搅拌速度为220r/min，70℃下聚合反应约8h形成核壳结构的阻燃微胶囊。

所述硅氧烷接枝环氧树脂由以下方法制备而成：将硅烷偶联剂和环氧树脂装入反应器中，升温至80℃，滴加二月桂酸二丁基锡和适量的蒸馏水，继续升温至95℃，减压蒸馏除去副产物，得到硅氧烷接枝环氧树脂。

所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂。所述二月桂酸二丁基锡的添加量为环氧树脂质量的0.51％。

一种水性环氧阻燃涂料的制备方法，按照以下方法制备：

S1.将A组分各原料按比例混合，加热至45℃搅拌反应1h，得到混合液；

S2.向混合液中加入B组分各原料，升温至70℃-80℃，反应2h后800r/min搅拌15min，再350r/min搅拌10min，过滤得到水性环氧阻燃涂料。

实施例4

原料组成(重量份)：

A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂130份、抗氧剂SD-168814份、消泡剂902W 10份和流平剂Glide-4507份；

B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺35份、阻燃微胶囊30份、二氧化钛13份、乙醇胺45份和水80份。

所述阻燃微胶囊由以下方法制备：将质量分数为10％的聚磷酸铵水溶液作为水相，加入油溶性单体苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂AIBN，升温到48℃，搅拌使引发剂，单体以及石蜡混合均匀作为油相，将水相和油相混合，升温到65℃，采用高速剪切机在10000r/min的转速下剪切乳化2min，得到水包油的乳液，通入惰性气体氮气，机械搅拌速度为280r/min，70℃下聚合反应约8h形成核壳结构的阻燃微胶囊。

所述硅氧烷接枝环氧树脂由以下方法制备而成：将硅烷偶联剂和环氧树脂装入反应器中，升温至80℃，滴加二月桂酸二丁基锡和适量的蒸馏水，继续升温至95℃，减压蒸馏除去副产物，得到硅氧烷接枝环氧树脂。

所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂。所述二月桂酸二丁基锡的添加量为环氧树脂质量的0.54％。

一种水性环氧阻燃涂料的制备方法，按照以下方法制备：

S1.将A组分各原料按比例混合，加热至55℃搅拌反应2h，得到混合液；

S2.向混合液中加入B组分各原料，升温至78℃，反应3h后900r/min搅拌15min，再450r/min搅拌10min，过滤得到水性环氧阻燃涂料。

实施例5

原料组成(重量份)：

A组分包括以下重量份的原料：硅氧烷接枝环氧树脂120份、抗氧剂101013份、消泡剂A108份和流平剂BYK-3336份；

B组分包括以下重量份的原料：三聚氰胺30份、阻燃微胶囊25份、二氧化钛12份、乙醇胺40份和水75份。

所述阻燃微胶囊由以下方法制备：将质量分数为10％的聚磷酸铵水溶液作为水相，加入油溶性单体苯乙烯，二乙烯基苯，引发剂AIBN，升温到45℃，搅拌使引发剂，单体以及石蜡混合均匀作为油相，将水相和油相混合，升温到65℃，采用高速剪切机在10000r/min的转速下剪切乳化2min，得到水包油的乳液，通入惰性气体氮气，机械搅拌速度为250r/min，70℃下聚合反应约8h形成核壳结构的阻燃微胶囊。

所述硅氧烷接枝环氧树脂由以下方法制备而成：将硅烷偶联剂和环氧树脂装入反应器中，升温至80℃，滴加二月桂酸二丁基锡和适量的蒸馏水，继续升温至95℃，减压蒸馏除去副产物，得到硅氧烷接枝环氧树脂。

所述硅烷偶联剂为带有双键的硅烷偶联剂。所述二月桂酸二丁基锡的添加量为环氧树脂质量的0.53％。

一种水性环氧阻燃涂料的制备方法，按照以下方法制备：

S1.将A组分各原料按比例混合，加热至50℃搅拌反应1.5h，得到混合液；

S2.向混合液中加入B组分各原料，升温至75℃，反应2.5h后850r/min搅拌15min，再400r/min搅拌10min，过滤得到水性环氧阻燃涂料。

对照例1

制备步骤与实施例5相同，配方与实施例5相比，阻燃微胶囊替换为等量的聚磷酸铵。

对照例2

制备步骤与实施例5相同，配方与实施例5相比，不含有三聚氰胺。

测试例1

性能测试：

1、火焰穿透性及测试—大板燃烧法(GB/T15442.2-1995)

试样；基材为一级五层胶合板900mm×900mm×5mm，涂料湿涂覆比500g/m²，测试耐火时间(耐火时间为在规定的基材和特定燃烧条件下，试件背火面温度达到220℃或试板出现穿透所需时间(min))；判据：实测耐火时间＞规定“耐火时间”，一级饰面型防火涂料：耐火时间≥20min。

2、涂料防火性能分级测试-小室法(GB/T15442.4-1995)

试样；基材为一级五层胶合板300mm×150mm×5mm，涂料湿涂覆比250g/m²；测试：5ml化学级无水乙醇，杯沿距试件25mm，点火、关门，火焰自熄为止；结果：质量损失(称重，0.1g)，炭化体积(量基材炭化长、宽、深度，cm³)；一级：质量损失≤5，炭化体积≤15

将本发明实施例1-5和对照例1-2制备的水性环氧阻燃涂料以及市售水性环氧阻燃涂料进行性能测试，结果见表1。

表1

组别	耐火时间(min)	质量损失(g)	炭化面积(cm<sup>3</sup>)
				实施例1	28.5	3.1	8
实施例2	29.3	3.0	8
				实施例3	31.6	2.9	7
实施例4	30.5	2.9	7
				实施例5	32.1	2.7	6
对照例1	17.5	4.5	12
				对照例2	20.3	3.9	10
市售	16.3	4.7	13

由上表可知，与市售涂料相比，本发明实施例1-5制备的水性环氧阻燃涂料具有良好的阻燃性能，耐火时间长(28.5min-32.1min)，质量损失少(2.7g-3.1g)，且炭化面积小(6cm³-8cm³)。通过对照例1发现，经包覆改性的聚磷酸铵阻燃剂与普通聚磷酸铵阻燃剂相比，具有更高的阻燃效率；通过对照例2得出，三聚氰胺具有协同增效，提高阻燃性能的作用。

与现有技术相比，有机硅氧烷结构中既含有有机基团，又含有无机结构，使它具有优良的耐水性、耐化学品性、耐候性、透气性、生理惰性和低表面张力，通过引入有机硅氧烷，其在室温条件下可以水解形成硅醇，涂膜过程中，硅醇可以与聚合物内部或表面的活性基团缩合形成立体网络(Si-O-Si)交联结构，提高体系的交联密度，对胶膜表层的致密度有增强作用，并最终提高胶膜的力学性能和耐水性；本发明将带有双键的硅烷偶联剂与环氧树脂接枝，得到带有硅氧烷结构的环氧树脂，其具有良好的室温固化性能；经包覆改性的聚磷酸铵阻燃剂具有更高的阻燃效率，其在燃烧过程中生成了更致密的保护层，在潮湿环境下也能起到阻燃效果；在三聚氰胺的协同作用下，进一步提高涂料的阻燃性能；本发明原料来源广，制备方法简单，制得的水性环氧涂料具有良好的阻燃性能，在常温下即可交联固化，使用方便，具有广阔的应用前景。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明，而是由权利要求书的范围来确定的。