一種新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)今，高分子材料被廣泛的應(yīng)用于生活生產(chǎn)等各個領(lǐng)域，高分子材料的需求量也 日益增大。然而，高分子材料大多是可燃或易燃的。因此，為了使高分子材料得到更廣泛的 應(yīng)用，需要對高分子材料進行阻燃改性?，F(xiàn)如今，添加各類阻燃劑對高分子材料進行改性， 是提高高分子材料阻燃性能的主要手段之一。據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，適用于塑料體系的阻燃劑 約占已知阻燃劑種類的80%，適用于涂料體系的阻燃劑僅占已知阻燃劑種類的3%。而涂料作 為一種新型的高分子材料，現(xiàn)已被廣泛的應(yīng)用于建筑物的鋼鐵構(gòu)件、房屋的鋼架、酒店、大 廈、機場、車站等建筑物。因此，研究并開發(fā)適用于涂料的阻燃劑已成為當今的熱點。
[0003] 目前為止，阻燃涂料體系多集中在溶劑型涂料體系。隨著人們環(huán)保意識的增強，揮 發(fā)性有機物(V0C)釋放量低、附著力強、對材質(zhì)表面適應(yīng)性好的水性涂料，已逐漸走入人們 的視線并迅速占領(lǐng)涂料市場。然而，已知的阻燃劑體系大多不能適用于水性涂料。其中，主 要是由于絕大多數(shù)的阻燃體系是非水溶性的并且具有較為復雜的分子結(jié)構(gòu)。因此，當添加 適用于塑料或其它體系的阻燃劑到水性涂料中時，阻燃劑與水性涂料之間大多是不相容 的。這不僅會影響水性涂料的阻燃效果，同時會對水性涂料本身所具有的特性造成一定影 響。因此，研究并開發(fā)一類能與水性涂料之間相容性良好的阻燃劑體系，將具有很高的實際 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法，以 通過分子設(shè)計對淀粉進行改性制得的功能性阻燃淀粉為起始原料，與水性環(huán)氧樹脂復合形 成水溶性環(huán)保型生物基阻燃涂料體系，該阻燃涂料體系能在不影響涂料物理性能的基礎(chǔ) 上，有效改善水性基體涂料的阻燃性能。
[0005] 為實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供一種新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制 備方法，包括以下步驟。
[0006] 步驟1、將2~6g三聚磷酸鈉溶解于100mL蒸餾水中，加入25~40g淀粉攪拌，并用 0.5~1. Omol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至6~10，在溫度達到30~50°C后，在40~50°C干 燥至含水量30~50%，再加入2.5~3.5g氯化鈉機械攪拌60~80r/min，混合均勻后加10~ 15mL環(huán)氧氯丙烷在40~50°C下反應(yīng)2~3h，在加熱至90~130°C進行熱反應(yīng)0.5~lh;用2%的 鹽酸調(diào)節(jié)pH值為6.0~6.8,分別以水、乙醇洗滌，所得產(chǎn)品放置烘箱內(nèi)在40°C烘干，制得功 能性阻燃淀粉，備用。
[0007] 步驟2、按重量份數(shù)取20~30份功能性阻燃淀粉，加入到100~200份水和100~200 份水性樹脂的混合液中，在球磨機中分散1~2h，即得新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的母 液。
[0008] 步驟3、按重量份數(shù)取25~50份水性固化劑與50~100份水混合均勻后，再與新型 生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的母液按1:3~4的質(zhì)量比混合即可。
[0009] 所述水性樹脂為Ar555環(huán)氧樹脂、H228A環(huán)氧樹脂、E44環(huán)氧樹脂、E51環(huán)氧樹脂、E20 環(huán)氧樹脂。
[0010] 所述水性固化劑為 Aq419、H228B、W651、W650。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果。
[0012] 本發(fā)明提供的新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法，以生物質(zhì)來源的原料 為基礎(chǔ)，通過分子設(shè)計和機理研究，開發(fā)了新一代以淀粉為起始原料，具有阻燃功能的水溶 性環(huán)保型生物基阻燃涂料體系。該環(huán)保型生物基膨脹阻燃體系原料來源廣、制備過程溫和 環(huán)保，能耗低、具有水溶性，在水性涂料基體中具有良好的相容性與分散性；同時，在環(huán)保型 生物基膨脹阻燃體系的結(jié)構(gòu)中設(shè)計了具有部分環(huán)氧基團的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)可以在后期涂料 固化的時候?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高涂料的性能。在環(huán)保型生物基膨脹阻燃體系中，將碳 源、酸源、氣源通過分子設(shè)計結(jié)合在一起，使其可以更高效的發(fā)揮阻燃作用。另外，該方法制 備的新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料，不僅具備傳統(tǒng)水性涂料可比的物理機械性能，還賦 予水性涂料高效的阻燃功能性，大大提高了目前水性涂料的附加值，這類差別化、功能化的 新型水溶性涂料也將提高我國在該產(chǎn)品上的國際競爭力。
【附圖說明】
[0013] 圖1為功能性阻燃淀粉參與涂料固化機理示意圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明。
[0015] 本實施例提供一種新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法，包括以下步驟。
[0016] 步驟1、將2g三聚磷酸鈉溶解于100mL蒸餾水中，加入25g淀粉攪拌，并用1.0m〇l/L 的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至10,在達到40°C后，在40°C干燥至含水量50%，再加入3g氯化鈉 機械攪拌60r/min，混合均勻后加10mL環(huán)氧氯丙烷在50°C下反應(yīng)3h，再加熱至110°C進行熱 反應(yīng)lh;用2%的鹽酸調(diào)節(jié)pH值為6.8,分別以水、乙醇洗滌，所得產(chǎn)品放置烘箱內(nèi)在40°C烘 干，制得功能性阻燃淀粉，備用。
[0017] 步驟2、按重量份數(shù)取25份功能性阻燃淀粉，加入到100份水和100份Ar555環(huán)氧樹 脂的混合液中，在球磨機中分散lh，即得新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的母液； 步驟3、按重量份數(shù)取50份W651與100份水混合均勻后，再與新型生物基環(huán)保阻燃水溶 性涂料的母液按1:4的質(zhì)量比混合，即得。
[0018] 所述新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料涂覆在經(jīng)處理好的金屬基板上，控制厚度在 40~200um，室溫固化即可。
[0019]所述新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法主要的原料淀粉本身就是優(yōu)秀 的碳源，而通過分子設(shè)計接枝上去的磷元素，在高溫下可作為酸源，利用其對淀粉結(jié)構(gòu)的脫 水和碳化反應(yīng)形成的氣體物質(zhì)作為氣源，從而構(gòu)造出膨脹性阻燃體系，進而提高水性涂料 的阻燃性能。并且，在結(jié)構(gòu)中設(shè)計了具有部分環(huán)氧基團的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)可以在后期涂料固 化的時候?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)提1?涂料的性能，如圖1所;^ D [0020]所述的淀粉接枝磷元素合成路線為：
【主權(quán)項】
1. 一種新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、將2~6g三聚磷酸鈉溶解于lOOmL蒸餾水中，加入25~40g淀粉攪拌，并用0.5~ 1.0mol/L的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值至6~10,在溫度達到30~50°C后，在40~50°C干燥至含 水量30~50%，再加入2.5~3.5g氯化鈉機械攪拌60~80r/min，混合均勾后加10~15mL環(huán)氧 氯丙烷在40~50°C下反應(yīng)2~3h，在加熱至90~130°C進行熱反應(yīng)0.5~lh;用2%的鹽酸調(diào)節(jié) pH值為6.0~6.8,分別以水、乙醇洗滌，所得產(chǎn)品放置烘箱內(nèi)在40°C烘干，制得功能性阻燃 淀粉，備用； 步驟2、取20~30份功能性阻燃淀粉，加入到100~200份水和100~200份水性樹脂的混 合液中，在球磨機中分散1~2h，即得新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的母液； 步驟3、取25~50份水性固化劑與50~100份水混合均勻后，再與新型生物基環(huán)保阻燃 水溶性涂料的母液按1:3~4混合即可。2. 如權(quán)利要求1所述的新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法，其特征在于，所述 水性樹脂為Ar555環(huán)氧樹脂、H228A環(huán)氧樹脂、E44環(huán)氧樹脂、E51環(huán)氧樹脂、E20環(huán)氧樹脂等。3. 如權(quán)利要求1所述的新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法，其特征在于，所述 水性固化劑為六9419、!12288、1651、1650等。
【專利摘要】一種新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料的制備方法，以通過分子設(shè)計對淀粉進行改性制得的功能性阻燃淀粉為起始原料，與水性環(huán)氧樹脂復合形成水溶性環(huán)保型生物基阻燃涂料體系，并且在該阻燃體系的結(jié)構(gòu)中設(shè)計了具有部分環(huán)氧基團的結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)可以在后期涂料固化的時候?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高涂料的性能；在該阻燃體系中，將碳源、酸源、氣源通過分子設(shè)計結(jié)合在一起，使其可以更高效的發(fā)揮阻燃作用。采用本發(fā)明方法制備的新型生物基環(huán)保阻燃水溶性涂料，不僅具備傳統(tǒng)水性涂料可比的物理機械性能，還賦予水性涂料高效的阻燃功能性，大大提高了目前水性涂料的附加值，這類差別化、功能化的新型水溶性涂料也將提高我國在該產(chǎn)品上的國際競爭力。
【IPC分類】C09D103/08, C08B31/12, C09D5/18, C09D163/00
【公開號】CN105505122
【申請?zhí)枴緾N201610000885
【發(fā)明人】劉春峰, 王楊松, 陳棟
【申請人】沈陽順風新城建筑材料有限公司
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月4日