一种纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料及其制备方法，属于涂料技术领域。本发明专利技术所述纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料通过采用硅烷偶联剂改性纳米二氧化硅，并用丙烯酸酯类共聚物包裹纳米二氧化硅，形成纳米二氧化硅溶胶，提高了纳米二氧化硅的机械性能、耐腐蚀性能和耐候性；并通过将纳米二氧化硅溶胶作为阻燃剂添加到水性聚氨酯中，改善了纳米粒子在粉末涂料中的团聚问题；通过添加磷系阻燃剂，可与纳米二氧化硅溶胶协同增强水性聚氨酯的阻燃效果。性聚氨酯的阻燃效果。性聚氨酯的阻燃效果。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及涂料
，具体涉及一种纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池使用量的高速增长和电池组尺寸的扩大，其安全生产问题日渐得到重视。锂离子电池虽然自身无毒，但由于锂的化学特性非常活泼，在其生产制造、加工、保存、使用等方面对环境的要求非常高；当大气中的水气使锂腐蚀后，会起火而造成危害。电解液作为锂离子电池的核心组成部分之一，会接触到电池的大部分元件，电解液的主要成分包括六氟磷酸锂、碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯等，其成分中的酯类溶剂对于制造车间会产成腐蚀，且在电池生产制造过程中会分解HF及其它含氟化合物，具有一定腐蚀性和毒性，必须按照合理的流程进行处理。电解液中溶剂的挥发腐蚀不仅使生产车间锈迹斑斑，使地面产生变色、腐蚀、渗漏、危及厂房根基等影响，还会造成钢结构的安全隐患，因此，为了不让电解液等化学物质污染和腐蚀地面，生产企业必须进行防腐处理。
[0003]阻燃防火防腐蚀涂料是一种专门为锂离子电池因热失控引起的安全问题而设计的一种防火防腐涂料，这种涂料可使锂离子电池在热管理系统失控下保障电池安全生产；然而，现有的阻燃聚氨酯涂料存在阻燃效率差、阻燃成本高和复配阻燃剂影响涂料的理化性能等问题。
[0004]因此，开发一种阻燃效率高，同时具有隔热、绝缘以及防腐蚀作用的阻燃聚氨酯涂料是目前研究的热点。

技术实现思路

[0005]本法明的目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种具有阻燃、隔热、绝缘、防腐蚀作用的纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料，包含以下组分：纳米二氧化硅溶胶、磷系阻燃剂和水性聚氨酯；所述纳米二氧化硅溶胶包含以下组分：硅烷偶联剂、纳米二氧化硅和丙烯酸酯类共聚物。
[0007]本专利技术采用硅烷偶联剂对纳米二氧化硅进行化学改性，可使纳米二氧化硅表现出良好的亲油疏水性，提高其与水性聚氨酯(WPU)的相容性；并在纳米二氧化硅表面包覆一层丙烯酸酯类共聚物，形成表面具有致密共聚物网络结构的纳米二氧化硅溶胶，提高了纳米二氧化硅溶胶的机械性能、耐腐蚀性能和耐候性能，同时，以具有化学性质稳定、比表面积大、耐火绝缘性好、环保的二氧化硅作为纳米二氧化硅溶胶的中心粒子，能吸收外界施加的压力，可对WPU 涂料的稳定性起到增强作用。
[0008]本专利技术将纳米二氧化硅溶胶作为阻燃剂添加到水性聚氨酯中，不仅发挥了纳米二氧化硅的耐火绝缘性、耐高温性和抗氧化性，还保证了纳米粒子在聚合物基体中的分散性、
相容性和稳定性，改善了纳米粒子在粉末涂料中团聚的问题，使WPU的阻燃性和理化性能同时提高。
[0009]专利技术人意外发现，本专利技术纳米二氧化硅溶胶与磷系阻燃剂具有协同增强 WPU涂料阻燃性能的效果。纳米二氧化硅溶胶在受热时缩合产生的二氧化硅覆盖在涂料表面，会阻止磷系阻燃剂的分解，且缩合产生的水汽稀释了空气中氧气的浓度；但磷系阻燃剂在受热分解后带走一部分热量，延缓了涂料内部纳米二氧化硅溶胶进一步缩水脱合，可使磷系阻燃剂受热分解产生大量磷酸及其衍生物，可以使WPU分子和木板脱水成碳，生成含磷的致密碳层，纳米二氧化硅溶胶缩合产生的网络状二氧化硅覆盖在碳层表面，使碳层更加稳定，从而达到更好的阻燃效果。
[0010]本专利技术还提供了所述纳米二氧化硅溶胶的制备方法，包含以下步骤：
[0011]S1、将干燥的纳米二氧化硅粉末分散在乙醇溶液中，得到纳米二氧化硅分散液；
[0012]S2、将硅烷偶联剂加入乙醇
‑
草酸水溶液中，待硅烷偶联剂完全溶解后将其加入纳米二氧化硅分散液中，并对混合溶液进行加热、搅拌、分离，得到二氧化硅胶体溶液；
[0013]S3、将二氧化硅胶体溶液烘干，得到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒；
[0014]S4、将硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒分散在N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中，随后转入三口烧瓶中，并加入丙烯酸酯类共聚物和引发剂，将混合溶液加热、搅拌、冷却、分离后，即得所述纳米二氧化硅溶胶。
[0015]优选地，所述步骤S1中，乙醇溶液中的乙醇和水的体积比为2：4。
[0016]优选地，所述步骤S2中，硅烷偶联剂与乙醇
‑
草酸水溶液的质量比为0.5
‑
1： 5。
[0017]优选地，所述步骤S2中，乙醇
‑
草酸水溶液中乙醇和水的体积比为1：1。
[0018]优选地，所述步骤S2中，乙醇
‑
草酸水溶液的PH为3
‑
4。
[0019]优选地，所述步骤S2中，在70
‑
80℃的恒温水浴对混合溶液加热，搅拌时间为3
‑
5h。
[0020]优选地，所述步骤S3中，烘干温度为120
‑
130℃，烘干时间为2
‑
4h。
[0021]优选地，所述步骤S4中，丙烯酸酯类共聚物为丙烯酸乙酯、2
‑
甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯(MA)、氰基丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯(MMA)。
[0022]更优选地，所述步骤S4中，丙烯酸酯类共聚物为MMA。
[0023]优选地，所述步骤S4中，硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒与DMF的质量比为20
‑
25:1。
[0024]优选地，所述步骤S4中，分散时间为0.5
‑
2h。
[0025]优选地，所述步骤S4中，在70
‑
80℃的恒温水浴对混合溶液加热，搅拌时间为2
‑
4h。
[0026]需要说明的是，本专利技术所述磷系阻燃剂可以为磷酸酯、亚磷酸酯、膦酸酯、有机磷盐、磷杂环化合物或聚合物磷(膦)酸酯。
[0027]作为本专利技术的优选实施方式，所述磷系阻燃剂为聚乙二醇磷酸酯(PEAG)。
[0028]本专利技术还提供了磷系阻燃剂PEAG的制备方法，包括以下步骤：将磷酸 (PA)、季戊四醇(PER)和正丁醇(n
‑
BA)按照一定的质量比混合，将混合溶液在特定温度下加热、搅拌，得到磷酸酯(PEA)，将聚乙二醇(PEG)和PEA 混合，并将混合溶液在50℃下搅拌1h后，在115℃下反应4h，即得所述磷系阻燃剂PEAG。
[0029]本专利技术的另一目的在于提供所述纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料的制备方法，包含以下步骤：
[0030](1)将所述纳米二氧化硅溶胶和WPU搅拌混合。
[0031](2)将步骤(1)的混合溶液一边搅拌一边滴加所述磷系阻燃剂，待磷系阻燃剂滴加完后继续搅拌10
‑
60min后密封，即得所述纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料。
[0032]优选地，所述步骤(1)中，纳米二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化硅溶胶改性聚氨酯磷系涂料，其特征在于，包含纳米二氧化硅溶胶、磷系阻燃剂和水性聚氨酯；所述纳米二氧化硅溶胶包含硅烷偶联剂、纳米二氧化硅和丙烯酸酯类共聚物。2.如权利要求1所述纳米二氧化硅溶胶的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、将干燥的纳米二氧化硅粉末分散在乙醇溶液中，得到纳米二氧化硅分散液；S2、将硅烷偶联剂加入乙醇
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草酸水溶液中，待硅烷偶联剂完全溶解后将其加入纳米二氧化硅分散液中，并对混合溶液进行加热、搅拌、分离，得到二氧化硅胶体溶液；S3、将二氧化硅胶体溶液烘干，得到硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒；S4、将硅烷偶联剂改性的纳米二氧化硅颗粒分散在N,N
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二甲基甲酰胺溶液中，随后转入三口烧瓶中，并加入丙烯酸酯类共聚物和引发剂，将混合溶液加热、搅拌、冷却、分离后，即得所述纳米二氧化硅溶胶。3.如权利要求2所述纳米二氧化硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，丙烯酸酯类共聚物为丙烯酸乙酯、2
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甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、氰基丙烯酸酯或甲基丙烯酸甲酯。4.如权利要求2所述纳米二氧化硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，丙烯酸酯类共聚物为甲基丙烯酸甲酯。5.如权利要求1所述纳米二氧化硅溶胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟，丘秀莲，陈之善，侯文俊，吴燕如，
申请(专利权)人：清远高新华园科技协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：