阻燃水性聚丙烯酸酯乳液的研制

 
为减少环境污染,水性涂料(以水为分散介质和稀释剂)代替有机溶剂涂料愈来愈受到人们的关注。水性聚丙烯酸酯乳液因环保、具有优异的耐候性能和力学性能,在建筑涂料、工业涂料和汽车涂料获得广泛的应用。然而,丙烯酸酯类聚合物具有易燃性,一旦发生火灾将会给人们的生命和财产造成巨大威胁。因此对其进行阻燃防火十分重要。

解决方法

通常,在丙烯酸酯乳液中添加一些传统阻燃剂来有效提高其阻燃性能,如:聚磷酸铵、三聚氰胺、金属氢氧化物等。然而,此方法阻燃剂添加量大,与基材相容性差,恶化了丙烯酸酯乳液的力学性能。


 
创新设计
 
一种成本低、储存稳定,并同时具有良好阻燃性能和力学性能的水性聚丙烯酸酯乳液的制备。

将丙烯酸酯单体、2-羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯、乳化剂、水混合后,高速搅拌进行预乳化,乳化时间为15min~30min,在向其中加入磷酸锆,继续预乳化10min~20min,得到预乳液;通过半连续预乳化乳液聚合制备磷酸锆改性聚丙烯酸酯乳液;调节乳液的pH至8~9,加入含氮酚醛树脂水溶液,混合均匀后,即得到磷酸锆协效含氮酚醛树脂阻燃水性聚丙烯酸酯乳液。


试验表明   

添加1.0wt%的磷酸锆和35.0wt%的水性含氮酚醛树脂,聚丙烯酸酯乳液的极限氧指数从22.0%提高到30.5%,达到难燃级别,说明二者具有较好的协效阻燃作用,同时使聚丙烯酸酯乳液具有优异的力学性能。特别是铅笔硬度从HB提高到H,在应用中具有更好的耐磨性。由此,进一步表明加入磷酸锆可以改善材料的力学性能。


 
原理解析 

1、磷酸锆

磷酸锆是一类尺寸可控,具有固体酸催化效应的二维层状纳米材料, 能够好的分散在聚丙烯酸酯基材中,不会因分散不好对材料力学性能造成影响.其层间有大量的 Brφnsted 酸点和 Lewis 酸点,在高温燃烧时能催化酚醛树脂和聚丙烯酸酯交联成炭,形成“屏障”,阻隔可燃气体、氧气和热量的传输,从而进一步提高了材料的阻燃性能,又利于聚丙烯酸酯力学性能的增强。



2、酚醛树脂

所使用的水溶性酚醛树脂,与聚丙烯酸乳液有较好的相容性,克服了传统阻燃剂与基材相容性差而恶化材料力学性能的缺点。




 
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