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阻燃水性聚丙烯酸酯乳液的研制

 
為減少環境污染,水性涂料(以水為分散介質和稀釋劑)代替有機溶劑涂料愈來愈受到人們的關注。水性聚丙烯酸酯乳液因環保、具有優異的耐候性能和力學性能,在建筑涂料、工業涂料和汽車涂料獲得廣泛的應用。然而,丙烯酸酯類聚合物具有易燃性,一旦發生火災將會給人們的生命和財產造成巨大威脅。因此對其進行阻燃防火十分重要。

解決方法

通常,在丙烯酸酯乳液中添加一些傳統阻燃劑來有效提高其阻燃性能,如:聚磷酸銨、三聚氰胺、金屬氫氧化物等。然而,此方法阻燃劑添加量大,與基材相容性差,惡化了丙烯酸酯乳液的力學性能。


 
創新設計
 
一種成本低、儲存穩定,并同時具有良好阻燃性能和力學性能的水性聚丙烯酸酯乳液的制備。

將丙烯酸酯單體、2-羥乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯、乳化劑、水混合后,高速攪拌進行預乳化,乳化時間為15min~30min,在向其中加入磷酸鋯,繼續預乳化10min~20min,得到預乳液;通過半連續預乳化乳液聚合制備磷酸鋯改性聚丙烯酸酯乳液;調節乳液的pH至8~9,加入含氮酚醛樹脂水溶液,混合均勻后,即得到磷酸鋯協效含氮酚醛樹脂阻燃水性聚丙烯酸酯乳液。


試驗表明   

添加1.0wt%的磷酸鋯和35.0wt%的水性含氮酚醛樹脂,聚丙烯酸酯乳液的極限氧指數從22.0%提高到30.5%,達到難燃級別,說明二者具有較好的協效阻燃作用,同時使聚丙烯酸酯乳液具有優異的力學性能。特別是鉛筆硬度從HB提高到H,在應用中具有更好的耐磨性。由此,進一步表明加入磷酸鋯可以改善材料的力學性能。


 
原理解析 

1、磷酸鋯

磷酸鋯是一類尺寸可控,具有固體酸催化效應的二維層狀納米材料, 能夠好的分散在聚丙烯酸酯基材中,不會因分散不好對材料力學性能造成影響.其層間有大量的 Brφnsted 酸點和 Lewis 酸點,在高溫燃燒時能催化酚醛樹脂和聚丙烯酸酯交聯成炭,形成“屏障”,阻隔可燃氣體、氧氣和熱量的傳輸,從而進一步提高了材料的阻燃性能,又利于聚丙烯酸酯力學性能的增強。



2、酚醛樹脂

所使用的水溶性酚醛樹脂,與聚丙烯酸乳液有較好的相容性,克服了傳統阻燃劑與基材相容性差而惡化材料力學性能的缺點。




 
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