一种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 在我国近十几年来，平均每年因建筑物失火造成的火灾就约有3~4万起，死亡人 数达3千人左右，火灾损失超过2亿元。因此研发具有阻燃性涂料具有重要意义及巨大的 市场前景。
[0003] 阻燃涂料是指涂刷在基材表面，阻止火焰蔓延传播或隔离火源，降低被涂材料表 面的可燃性，阻止火灾的迅速蔓延，提高耐火极限的一种功能性涂料。阻燃涂料包括两部 分：基料以及阻燃物质。按其防火形式及组成来分，可分为非膨胀型和膨胀型两大类。目前 国内外使用最为广泛的阻燃涂料是膨胀型阻燃涂料，在有火焰以及高温的情况下，可产生 比原涂层厚几十甚至上百倍的不易燃的黑色蜂窝状的炭化层，可有效地隔绝热源进一步进 入涂膜内部起到保护基材的作用。同时，产生不燃性气体，如二氧化碳、氨气和水蒸汽等气 体降低了可燃性气体的和空气中氧气的浓度，从而起到防火、阻燃作用。它主要由成膜物质 (树脂基料）、脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、颜填料、助剂和分散介质组成。而按成膜物质可 分为水性和油性的膨胀型阻燃涂料。
[0004] 相比油性的膨胀型阻燃涂料，水性的膨胀型阻燃涂料以水为分散介质，具有低 V0C、无毒无害、安全、节能的效果。水性聚氨酯具有流平、成膜性好、耐候、耐磨以及柔韧性 等性能，因此选择聚氨酯作为水性的膨胀型阻燃涂料的基料。我们选用自产的高成碳性的 碳酸亚丙酯二醇作为合成水性聚氨酯的原料，其自身氧指数在24-26%有利于阻燃效果的 提升。相比油性聚氨酯树脂，水性聚氨酯在使用过程中仍存在涂膜硬度较低、表面光泽度不 高、不耐水等缺点，需要对其进行改性。我们选用环氧树脂与水性聚氨酯预聚物进行共聚改 性，旨在提高其硬度、耐溶剂以及耐水性能。而对于阻燃剂，选用聚磷酸铵作为脱水剂、三聚 氰胺作为发泡剂和季戊四醇作为碳源，将这些阻燃剂与合成的环氧树脂改性水性聚氨酯乳 液共混制备环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料及其制备方法，它解决了水 性聚氨酯阻燃涂料的涂膜硬度较低、表面光泽度不高、不耐水等技术问题，它具有耐火时间 长、阻燃性好、无毒无害、安全、节能等优点。
[0006] -种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料，其由以下组分按以下重量百分数比配 制而成：
[0007] 水性聚氨酯乳液 25-3 5wt% 阻燃剂 20-28wt% 酒精 15-23wt% 上离/.水 20-34wt%。
[0008] 所述的水性聚氨酯乳液由以下组分按以下重量百分数比配制而成：
[0009] 碳酸亚丙醋二醇 7.5-17.5wt% 亲水扩链剂 l-5wt% 二月桂酸二丁基锡 0.1-0.5wt% 二异氰酸酯 14-24.4wt% 小分子扩链剂 2-8wt% 环氧树脂 2-6wt% 中和剂 1 -5wt% 水 45-53wt% 丙腦 2-6wt%〇
[0010]进一步地，所述的亲水扩链剂为乙二氨基磺酸钠（X506)、己二酸二酰肼（ADH)或 2, 2-双羟甲基丙酸的一种。
[0011] 所述的亲水扩链剂优选2, 2-双羟甲基丙酸。
[0012] 进一步地，所述的二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯、脂环族二 异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯（TDI)、4,4_二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI)、二异氰酸酯有异佛 尔酮二异氰酸酯（IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯（HDI)中的一种。
[0013] 所述的二异氰酸酯类单体优选六亚甲基二异氰酸酯（HDI)。
[0014] 进一步地，所述的小分子扩链剂为二元醇或二元胺。所述的二元醇为乙二醇、丁二 醇，所述的二元胺为乙二胺、丁二胺中的一种。
[0015] 所述的小分子扩链剂优选丁二醇。
[0016] 进一步地，所述的中和剂为三乙胺、氨水或氢氧化钠中的一种。
[0017] 所述的中和剂优选三乙胺。
[0018] 进一步地，所述的环氧树脂为缩水甘油醚或缩水甘油酯环氧树脂。
[0019] 所述的环氧树脂优选E-5U711或TDE-85中一种。
[0020] 所述的环氧树脂优选E-44。
[0021 ] 进一步地，所述水性聚氨酯乳液按照如下方法制备：
[0022] 在装有搅拌器、温度计、冷凝装置以及通有氮气保护的五口烧瓶中，加入 7. 5-17. 5wt%碳酸亚丙酯二醇，在搅拌速率为300-500rmp下加热至50-60°C，然后加入 l-5wt%亲水扩链剂和0. 1-0. 5wt%二月桂酸二丁基锡和14-24. 4wt%二异氰酸酯，接着升 温至70-85°C，反应1. 5-3h，缓慢加入2-8wt%的小分子扩链剂，保持70-85°C，反应0. 5-lh， 之后加入2-6wt%环氧树脂，保持70-85°C反应0. 5-lh;之后降至室温，用15-30min将l-5wt%的中和剂滴入反应体系中，然后加入45-53wt%的水和2-6wt%的丙酮，升高搅拌 速率至1000-1500rmp，搅拌0. 5_lh，最后真空减蒸抽去丙酮。
[0023] 进一步地，所述的阻燃剂是由聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇按质量比为3-6: 1-3 :2-1混合而成的。
[0024] -种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步 骤：在室温，搅拌速率为300-500rmp下，在搅拌缸中加入阻燃剂20-28wt%、水20-34wt%和 酒精15-23wt%，充分搅拌30min-60min后，再将所述的水性聚氨酯乳液25-35wt%缓慢加 入到上述反应体系中，然后升高搅拌速率至1000_1500rmp，搅拌50-70min，最后用剪切乳 化仪乳化50-70min，制得环氧改性水性聚氨酯阻燃涂料。
[0025] 本发明的原理：利用成碳值高的聚碳酸亚丙酯二醇与异氰酸酯反应，得到聚氨酯 预聚物，之后经环氧树脂改性和中和反应制备环氧改性的水性聚氨酯乳液，将合成的水性 聚氨酯乳液中与聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇三者组成的膨胀型阻燃体系共混，制得环氧 树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料。
[0026] 本发明的优点为：本发明的水性聚氨酯阻燃涂料不仅涂膜硬度高、耐水性好，而且 它耐火时间长、发烟量少、阻燃性好、无毒无害。
【具体实施方式】：
[0027] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。以下实施例中的各原料均是市售 的原料，除了水性聚氨酯乳液是按照本发明的方法制备的。
[0028] 实施例1
[0029]1、环氧树脂改性水性聚氨酯的合成
[0030] 在装有搅拌器、温度计、冷凝装置以及通有氮气保护的五口烧瓶中，加入预处理 的7. 5wt%碳酸亚丙酯二醇，搅拌升温至50 °C，加入2wt%乙二氨基磺酸钠扩链剂以及 0.lwt%催化剂二月桂酸二丁基锡和24. 4wt%甲苯二异氰酸酯，升温至70°C反应1. 5h后， 缓慢加入计定量的2wt%的乙二醇扩链剂化合物，保持80°C反应0. 5h，在反应进行到扩链 阶段完成一半时，加入计6wt%环氧树脂E-51，保持70°C反应0.5h;之后降至室温，滴加 3wt%氨水进行中和，滴定时间控制在15min后向预聚物中加53wt%的水和2wt%的丙酮进 行乳化，强烈搅拌30min，真空减蒸抽去丙酮，制得环氧树脂改性水性聚氨酯涂料。
[0031] 2、环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料的制备
[0032] 阻燃水性聚氨酯涂层胶的制备工艺配方
[0033] 原料 含量Wt% 水性聚氨酯乳液 25 阻燃剂 20 (m碑麟：m三雙誠：m季戍四醇=3: 1.: 1..) 酒精 21 上离子水 34
[0034] 具体工艺为：在搅拌缸中加入计定量阻燃剂、水和酒精，充分搅拌30min后，再将 计定量的水性聚氨酯涂料缓慢加入，强烈搅拌50min，最后再用剪切乳化仪乳化50min，制 得环氧改性水性聚氨酯阻燃涂料。
[0035] 实施例2
[0036]1、环氧树脂改性水性聚氨酯的合成
[0037] 在装有搅拌器、温度计、冷凝装置以及通有氮气保护的五口烧瓶中，加入预处理的 17. 5wt%碳酸亚丙酯二醇，搅拌升温至55°C，加入lwt%己二酸二酰肼扩链剂以及0. 5wt% 催化剂二月桂酸二丁基锡和14wt%的4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯，升温至80°C反应3h 后，缓慢加入计定量的8wt%的丁二醇扩链剂化合物，保持70°C反应0. ?1，在反应进行到扩 链阶段完成一半时，加入4wt%环氧树脂711，保持80°C反应lh;之后降至室温，滴加lwt% 三乙胺进行中和，滴定时间控制在20min后向预聚物中加49wt%的水和5wt%的丙酮进行 乳化，强烈搅拌30min，真空减蒸抽去丙酮，