一種阻燃水性聚氨酯涂料的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及涂料技術領域，尤其涉及一種阻燃水性聚氨酯涂料。
【背景技術】
[0002]水性聚氨酯以水作為分散介質，具有環(huán)保無毒、難燃燒等優(yōu)勢，并且可以通過改變軟硬段種類與比例來調節(jié)樹脂材料的綜合性能。自上世紀60年代末水性聚氨酯被引入市場后，水性聚氨酯以優(yōu)異的粘結能力，出色的耐溫變性能，優(yōu)良的耐低溫性能，良好的生物相容性以及環(huán)保無毒的特性而被廣泛應用在多個領域。水性聚氨酯盡管分子鏈化學結構與溶劑型聚氨酯相同，但是與溶劑型聚氨酯相比，在性能方面仍然存在一些缺陷，例如，分子量小、耐水性差和硬度小等，因此限制了其應用。目前，水性聚氨酯涂料在耐水性和阻燃性方面不能滿足社會的要求，需要進行改性。

【發(fā)明內容】

[0003]基于【背景技術】存在的技術問題，本發(fā)明提出了一種阻燃水性聚氨酯涂料，具有優(yōu)異的耐熱、防火阻燃性能，耐水性能優(yōu)秀，而且附著力高，硬度高，干燥速度快。
[0004]本發(fā)明提出的一種阻燃水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:改性聚氨酯樹脂85?88份，水性酚醛樹脂12?15份，水性丙烯酸樹脂7?10份，膨潤土3?6份，沸石粉15?18份，娃藻土 13?16份，滑石粉12?15份，增稠劑2?4份，流平劑3?5份，消泡劑I?2份，防腐劑I?2份，顏料2?3份。
[0005]優(yōu)選地，改性聚氨酯樹脂、水性酚醛樹脂、水性丙烯酸樹脂的重量比為86?87:13?14:8?9ο
[0006]優(yōu)選地，膨潤土、沸石粉、硅藻土、滑石粉的重量比為4?5:16?17:14?15:13?14ο
[0007]優(yōu)選地，改性聚氨酯樹脂按如下步驟制備:按重量份將65?68份有機磷聚酯多元醇和52?55份三聚苯二亞甲基二異氰酸酯混合均勻后，升溫，保溫，降溫后加入4?5份新戊二醇、3?5份乙二胺基乙磺酸鈉、4?6份季戊四醇和Ν，Ν-二甲基甲酰胺混合均勻，再加入1.1?1.4份鄰苯基苯酚鈉，升溫，保溫得到第一物料;將第一物料降溫后，再滴加含3?4份N-乙基二乙醇胺和5.5?7份雙(2-羥丙基)苯胺的溶液，升溫，保溫得到第二物料;將第二物料調節(jié)pH至中性后，真空脫除Ν，Ν-二甲基甲酰胺得到改性聚氨酯樹脂。
[0008]優(yōu)選地，改性聚氨酯樹脂的制備方法中，三聚苯二亞甲基二異氰酸酯按如下方法制備:將苯二亞甲基二異氰酸酯和N-三丁基錫咪唑混合，通入N2保護，升溫至92?95°C，在升溫過程中不停攪拌，保溫1.7?2h得到物料a;將四乙氧基硅烷和月桂酸鉍混合后，加入水中得到物料b;將物料a和物料b混合均勻，升溫至53?56°C，保溫2.2?2.5h，真空蒸餾得到三聚苯二亞甲基二異氰酸酯。
[0009]優(yōu)選地，改性聚氨酯樹脂的制備方法中，三聚苯二亞甲基二異氰酸酯按如下方法制備:按重量份將46?49份苯二亞甲基二異氰酸酯和3?6份N-三丁基錫咪唑混合，通入N2保護，升溫至92?95°C，在升溫過程中不停攪拌，保溫1.7?2h得到物料a;將7?10份四乙氧基硅烷和I?1.5份月桂酸鉍混合后，加入水中得到物料b;將物料a和物料b混合均勻，升溫至53?56°C，保溫2.2?2.5h，真空蒸餾得到三聚苯二亞甲基二異氰酸酯。
[0010]優(yōu)選地，改性聚氨酯樹脂的制備方法中，有機磷聚酯多元醇的制備方法如下:將2-磷酸基-1，2，4_三羧基丁烷和I，6_己二醇混合后，通入N2作為保護氣體，接著升溫至107?110°(3，保溫1.5?1.811，再加入三丁基氧化錫，升溫至165?168°(3，保溫4?511，真空保溫2?3h得到有機磷聚酯多元醇。
[0011]優(yōu)選地，改性聚氨酯樹脂的制備方法中，有機磷聚酯多元醇的制備方法如下:按重量份將32?35份2-磷酸基-1,2,4-三羧基丁烷和35?38份1,6-己二醇混合后，通入N2作為保護氣體，接著升溫至107?110°C，保溫1.5?1.8h，再加入3?4份三丁基氧化錫，升溫至165?168°C，保溫4?5h，真空保溫2?3h得到有機磷聚酯多元醇。
[0012]優(yōu)選地，改性聚氨酯樹脂按如下步驟制備:按重量份將65?68份有機磷聚酯多元醇和52?55份三聚苯二亞甲基二異氰酸酯混合均勻后，升溫至77?80°C，保溫4?4.6h，降溫至39?42°C后加入4?5份新戊二醇、3?5份乙二胺基乙磺酸鈉、4?6份季戊四醇和N, N-二甲基甲酰胺混合均勻，再加入1.1?1.4份鄰苯基苯酚鈉，升溫至75?78°C，保溫5.5?
6.5h得到第一物料;將第一物料降溫至30?40°C后，再滴加含3?4份N-乙基二乙醇胺和5.5?7份雙(2-羥丙基)苯胺的溶液，升溫至72?75°C，保溫3.5?4.5h得到第二物料;將第二物料調節(jié)pH至中性后，真空脫除N，N-二甲基甲酰胺得到改性聚氨酯樹脂。
[0013]本發(fā)明按常規(guī)工藝制備得到。
[0014]本發(fā)明將苯二亞甲基二異氰酸酯和N-三丁基錫咪唑混合后，升溫，使苯二亞甲基二異氰酸酯中-NCO基團發(fā)生反應，三個異氰酸酯基團聚合生成六元環(huán)結構的異氰脲酸酯基團，然后加入四乙氧基硅烷和月桂酸鉍，在催化劑月桂酸鉍的作用下，四乙氧基硅烷水解產(chǎn)生的巰基與苯二亞甲基二異氰酸酯三聚體上的異氰酸酯基進行反應，使硅氧烷接枝于苯二亞甲基二異氰酸酯三聚體上，為改性聚氨酯樹脂的制備做鋪墊。
[0015]本發(fā)明采用2-磷酸基-1，2，4_三羧基丁烷和I，6_己二醇進行酯化聚合得到有機磷聚酯多元醇;然后采用有機磷聚酯多元醇和三聚苯二亞甲基二異氰酸酯進行制備改性聚氨酯樹脂，三聚苯二亞甲基二異氰酸酯在聚氨酯結構上引入龐大的側鏈基團，而有機磷聚酯多元醇在聚氨酯結構上引入長碳側鏈和含磷的基團，側鏈基團相互纏繞，使改性聚氨酯樹脂的黏度和斷裂伸長率小，進一步提高拉伸強度、硬度、韌性，不僅提高了改性聚氨酯樹脂的親油性，使本發(fā)明固化時親油基向外對空氣排布，親水基向內排布，從而使得接觸角增大，水難以在本發(fā)明所形成的涂層表面鋪展?jié)櫇?，同時后期可在空氣中進行氧合作用，產(chǎn)生自交聯(lián)現(xiàn)象，使體系交聯(lián)度增加，剛性結構增多，改善由于含磷基團的引入而導致涂層變軟、附著力變差的缺點，從而使本發(fā)明的耐水、耐熱和耐拉伸性能得到進一步增強;三聚苯二亞甲基二異氰酸酯上同時具有異氰脲酸酯六元環(huán)和有機硅基團，其中異氰脲酸酯六元環(huán)具有強吸電子效應，導致分子中-NCO的C = N鍵的極性增加，提高了反應活性，加速三聚苯二亞甲基二異氰酸酯與羥基的反應速度，提高交聯(lián)度，提高了改性聚氨酯樹脂的硬度和附著力；同時含磷基團的引入，使本發(fā)明在燃燒過程中，由于C-C鍵的鍵能大于C-P的鍵能要大，受熱能力差的含磷化合物率先分解出磷酸以及多種有機膦酸起到覆蓋作用，還引起多羥基聚合物脫水形成隔熱、隔氧的炭層，從而提高本發(fā)明的阻燃性能;而季戊四醇中含有四個羥基，能與-NCO反應，生成具有交聯(lián)網(wǎng)狀結構的聚氨酯，分子鏈運動受到限制，且大范圍的交聯(lián)使得分子間空隙變小，水分子難以進入聚氨酯分子內部，表現(xiàn)為樹脂的吸水率不斷下降，耐水性提高，季戊四醇的引入使得聚氨酯交聯(lián)程度增加，內聚能變大，提高了本發(fā)明的熱穩(wěn)定性和硬度。
[0016]本發(fā)明采用改性聚氨酯樹脂、水性酚醛樹脂和水性丙烯酸樹脂作為成膜物質，不僅具有高光澤、高硬度、抗降解及耐侯性良好，而且耐水、耐熱、防火阻燃性能優(yōu)秀，附著力高，干燥速度快;而膨潤土作為本發(fā)明的防沉助劑，大幅改善了本發(fā)明的稠度和防觸變性，使本發(fā)明中的成膜物質和填充補強劑分布均勻，大大延長了本發(fā)明的使用壽命和保存時間;膨潤土還與沸石粉、硅藻土、滑石粉作為填充物，使本發(fā)明在固化后具有優(yōu)異的強度、韌性、防水、抗老化、耐磨和耐腐蝕能力;膨潤土、沸石粉、硅藻土和滑石粉具有龐大的比表面積、表面多介孔結構和極強的吸附能力，不僅使本發(fā)明在固化后，可吸附空氣中的有害粉塵，還使本發(fā)明具有良好的阻燃性能。
【具體實施方式】
[0017]下面，通過具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0018]實施例1
[0019]本發(fā)明提出的一種阻燃水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:改性聚氨酯樹脂85份，水性酚醛樹脂15份，水性丙烯酸樹脂7份，膨潤土 6份，沸石粉15份，娃藻土 16份，滑石粉12份，增稠劑4份，流平劑3份，消泡劑2份，防腐劑I份，顏料3份。
[0020]改性聚氨酯樹脂按如下步驟制備:按重量份將65份有機磷聚酯多元醇和55份三聚苯二亞甲基二異氰酸酯混合均勻后，升溫至77°C，保溫4.6h，降溫至39°C后加入5份新戊二醇、3份乙二胺基乙磺酸鈉、6份季戊四醇和N，N-二甲基甲酰胺混合均勻，再加入1.1份鄰苯基苯酚鈉，升溫至78°C，保溫5.5h得到第一物料;將第一物料降溫至40°C后，再滴加含3份N-乙基二乙醇胺和7份雙(2-羥丙基)苯胺的溶液，升溫至72°C，保溫4.5h得到第二物料;將第二物料調節(jié)PH至中性后，真空脫除N，N-二甲基甲酰胺得到改性聚氨酯樹脂。
[0021]三聚苯二亞甲基二異氰酸酯按如下方法制備:按重量份將46份苯二亞甲基二異氰酸酯和6份N-三丁基錫咪唑混合，通入N2保護，升溫至92°C，在升溫過程中不停攪拌，保溫2h得到物料a;將7份四乙氧基硅烷和1.5份月桂酸鉍混合后，加入水中得到物料b;將物料a和物料b混合均勻，升溫至53°C，保溫2.5h，真空蒸餾得到三聚苯二亞甲基二異氰酸酯。
[0022]有機磷聚酯多元醇的制備方法如下:按重量份將32份2-磷酸基-1，2，4_三羧基丁烷和38份I，6_己二醇混合后，通入N2作為保護氣體，接著升溫至107°C，保溫1.8h，再加入3份三丁基氧化錫，升溫至168°C，保溫4h，真空保溫3h得到有機磷聚酯多元醇。
[0023]實施例2
[0024]本發(fā)明提出的一種阻燃水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:改性聚氨酯樹脂88份，水性酚醛樹脂12份，水性丙烯酸樹脂10份，膨潤土 3份，沸石粉18份，硅藻土 13份，滑石粉15份，增稠劑2份，流平劑5份，消泡劑I份，防腐劑2份，顏料2份。
[0025]改性聚氨酯樹脂按如下步驟制備:按重量份將68份有機磷聚酯多元醇和52份三聚苯二亞甲基二異氰酸酯混合均勻后，升溫至80°C，保溫4h，降溫至42°C后加入4份新戊二醇、5份乙二