一种阻燃水性聚氨酯涂料的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种阻燃水性聚氨酯涂料。
【背景技术】
[0002]水性聚氨酯以水作为分散介质，具有环保无毒、难燃烧等优势，并且可以通过改变软硬段种类与比例来调节树脂材料的综合性能。自上世纪60年代末水性聚氨酯被引入市场后，水性聚氨酯以优异的粘结能力，出色的耐温变性能，优良的耐低温性能，良好的生物相容性以及环保无毒的特性而被广泛应用在多个领域。水性聚氨酯尽管分子链化学结构与溶剂型聚氨酯相同，但是与溶剂型聚氨酯相比，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，因此限制了其应用。目前，水性聚氨酯涂料在耐水性和阻燃性方面不能满足社会的要求，需要进行改性。
【发明内容】
[0003]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种阻燃水性聚氨酯涂料，具有优异的耐热、防火阻燃性能，耐水性能优秀，而且附着力高，硬度高，干燥速度快。
[0004]本发明提出的一种阻燃水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:改性聚氨酯树脂85?88份，水性酚醛树脂12?15份，水性丙烯酸树脂7?10份，膨润土3?6份，沸石粉15?18份，娃藻土 13?16份，滑石粉12?15份，增稠剂2?4份，流平剂3?5份，消泡剂I?2份，防腐剂I?2份，颜料2?3份。
[0005]优选地，改性聚氨酯树脂、水性酚醛树脂、水性丙烯酸树脂的重量比为86?87:13?14:8?9ο
[0006]优选地，膨润土、沸石粉、硅藻土、滑石粉的重量比为4?5:16?17:14?15:13?14ο
[0007]优选地，改性聚氨酯树脂按如下步骤制备:按重量份将65?68份有机磷聚酯多元醇和52?55份三聚苯二亚甲基二异氰酸酯混合均匀后，升温，保温，降温后加入4?5份新戊二醇、3?5份乙二胺基乙磺酸钠、4?6份季戊四醇和Ν，Ν-二甲基甲酰胺混合均匀，再加入1.1?1.4份邻苯基苯酚钠，升温，保温得到第一物料;将第一物料降温后，再滴加含3?4份N-乙基二乙醇胺和5.5?7份双(2-羟丙基)苯胺的溶液，升温，保温得到第二物料;将第二物料调节pH至中性后，真空脱除Ν，Ν-二甲基甲酰胺得到改性聚氨酯树脂。
[0008]优选地，改性聚氨酯树脂的制备方法中，三聚苯二亚甲基二异氰酸酯按如下方法制备:将苯二亚甲基二异氰酸酯和N-三丁基锡咪唑混合，通入N2保护，升温至92?95°C，在升温过程中不停搅拌，保温1.7?2h得到物料a;将四乙氧基硅烷和月桂酸铋混合后，加入水中得到物料b;将物料a和物料b混合均匀，升温至53?56°C，保温2.2?2.5h，真空蒸馏得到三聚苯二亚甲基二异氰酸酯。
[0009]优选地，改性聚氨酯树脂的制备方法中，三聚苯二亚甲基二异氰酸酯按如下方法制备:按重量份将46?49份苯二亚甲基二异氰酸酯和3?6份N-三丁基锡咪唑混合，通入N2保护，升温至92?95°C，在升温过程中不停搅拌，保温1.7?2h得到物料a;将7?10份四乙氧基硅烷和I?1.5份月桂酸铋混合后，加入水中得到物料b;将物料a和物料b混合均匀，升温至53?56°C，保温2.2?2.5h，真空蒸馏得到三聚苯二亚甲基二异氰酸酯。
[0010]优选地，改性聚氨酯树脂的制备方法中，有机磷聚酯多元醇的制备方法如下:将2-磷酸基-1，2，4_三羧基丁烷和I，6_己二醇混合后，通入N2作为保护气体，接着升温至107?110°(3，保温1.5?1.811，再加入三丁基氧化锡，升温至165?168°(3，保温4?511，真空保温2?3h得到有机磷聚酯多元醇。
[0011]优选地，改性聚氨酯树脂的制备方法中，有机磷聚酯多元醇的制备方法如下:按重量份将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作为保护气体，接着升温至107?110°C，保温1.5?1.8h，再加入3?4份三丁基氧化锡，升温至165?168°C，保温4?5h，真空保温2?3h得到有机磷聚酯多元醇。
[0012]优选地，改性聚氨酯树脂按如下步骤制备:按重量份将65?68份有机磷聚酯多元醇和52?55份三聚苯二亚甲基二异氰酸酯混合均匀后，升温至77?80°C，保温4?4.6h，降温至39?42°C后加入4?5份新戊二醇、3?5份乙二胺基乙磺酸钠、4?6份季戊四醇和N, N-二甲基甲酰胺混合均匀，再加入1.1?1.4份邻苯基苯酚钠，升温至75?78°C，保温5.5?
6.5h得到第一物料;将第一物料降温至30?40°C后，再滴加含3?4份N-乙基二乙醇胺和5.5?7份双(2-羟丙基)苯胺的溶液，升温至72?75°C，保温3.5?4.5h得到第二物料;将第二物料调节pH至中性后，真空脱除N，N-二甲基甲酰胺得到改性聚氨酯树脂。
[0013]本发明按常规工艺制备得到。
[0014]本发明将苯二亚甲基二异氰酸酯和N-三丁基锡咪唑混合后，升温，使苯二亚甲基二异氰酸酯中-NCO基团发生反应，三个异氰酸酯基团聚合生成六元环结构的异氰脲酸酯基团，然后加入四乙氧基硅烷和月桂酸铋，在催化剂月桂酸铋的作用下，四乙氧基硅烷水解产生的巯基与苯二亚甲基二异氰酸酯三聚体上的异氰酸酯基进行反应，使硅氧烷接枝于苯二亚甲基二异氰酸酯三聚体上，为改性聚氨酯树脂的制备做铺垫。
[0015]本发明采用2-磷酸基-1，2，4_三羧基丁烷和I，6_己二醇进行酯化聚合得到有机磷聚酯多元醇;然后采用有机磷聚酯多元醇和三聚苯二亚甲基二异氰酸酯进行制备改性聚氨酯树脂，三聚苯二亚甲基二异氰酸酯在聚氨酯结构上引入庞大的侧链基团，而有机磷聚酯多元醇在聚氨酯结构上引入长碳侧链和含磷的基团，侧链基团相互缠绕，使改性聚氨酯树脂的黏度和断裂伸长率小，进一步提高拉伸强度、硬度、韧性，不仅提高了改性聚氨酯树脂的亲油性，使本发明固化时亲油基向外对空气排布，亲水基向内排布，从而使得接触角增大，水难以在本发明所形成的涂层表面铺展润湿，同时后期可在空气中进行氧合作用，产生自交联现象，使体系交联度增加，刚性结构增多，改善由于含磷基团的引入而导致涂层变软、附着力变差的缺点，从而使本发明的耐水、耐热和耐拉伸性能得到进一步增强;三聚苯二亚甲基二异氰酸酯上同时具有异氰脲酸酯六元环和有机硅基团，其中异氰脲酸酯六元环具有强吸电子效应，导致分子中-NCO的C = N键的极性增加，提高了反应活性，加速三聚苯二亚甲基二异氰酸酯与羟基的反应速度，提高交联度，提高了改性聚氨酯树脂的硬度和附着力；同时含磷基团的引入，使本发明在燃烧过程中，由于C-C键的键能大于C-P的键能要大，受热能力差的含磷化合物率先分解出磷酸以及多种有机膦酸起到覆盖作用，还引起多羟基聚合物脱水形成隔热、隔氧的炭层，从而提高本发明的阻燃性能;而季戊四醇中含有四个羟基，能与-NCO反应，生成具有交联网状结构的聚氨酯，分子链运动受到限制，且大范围的交联使得分子间空隙变小，水分子难以进入聚氨酯分子内部，表现为树脂的吸水率不断下降，耐水性提高，季戊四醇的引入使得聚氨酯交联程度增加，内聚能变大，提高了本发明的热稳定性和硬度。
[0016]本发明采用改性聚氨酯树脂、水性酚醛树脂和水性丙烯酸树脂作为成膜物质，不仅具有高光泽、高硬度、抗降解及耐侯性良好，而且耐水、耐热、防火阻燃性能优秀，附着力高，干燥速度快;而膨润土作为本发明的防沉助剂，大幅改善了本发明的稠度和防触变性，使本发明中的成膜物质和填充补强剂分布均匀，大大延长了本发明的使用寿命和保存时间;膨润土还与沸石粉、硅藻土、滑石粉作为填充物，使本发明在固化后具有优异的强度、韧性、防水、抗老化、耐磨和耐腐蚀能力;膨润土、沸石粉、硅藻土和滑石粉具有庞大的比表面积、表面多介孔结构和极强的吸附能力，不仅使本发明在固化后，可吸附空气中的有害粉尘，还使本发明具有良好的阻燃性能。
【具体实施方式】
[0017]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0018]实施例1
[0019]本发明提出的一种阻燃水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:改性聚氨酯树脂85份，水性酚醛树脂15份，水性丙烯酸树脂7份，膨润土 6份，沸石粉15份，娃藻土 16份，滑石粉12份，增稠剂4份，流平剂3份，消泡剂2份，防腐剂I份，颜料3份。
[0020]改性聚氨酯树脂按如下步骤制备:按重量份将65份有机磷聚酯多元醇和55份三聚苯二亚甲基二异氰酸酯混合均匀后，升温至77°C，保温4.6h，降温至39°C后加入5份新戊二醇、3份乙二胺基乙磺酸钠、6份季戊四醇和N，N-二甲基甲酰胺混合均匀，再加入1.1份邻苯基苯酚钠，升温至78°C，保温5.5h得到第一物料;将第一物料降温至40°C后，再滴加含3份N-乙基二乙醇胺和7份双(2-羟丙基)苯胺的溶液，升温至72°C，保温4.5h得到第二物料;将第二物料调节PH至中性后，真空脱除N，N-二甲基甲酰胺得到改性聚氨酯树脂。
[0021]三聚苯二亚甲基二异氰酸酯按如下方法制备:按重量份将46份苯二亚甲基二异氰酸酯和6份N-三丁基锡咪唑混合，通入N2保护，升温至92°C，在升温过程中不停搅拌，保温2h得到物料a;将7份四乙氧基硅烷和1.5份月桂酸铋混合后，加入水中得到物料b;将物料a和物料b混合均匀，升温至53°C，保温2.5h，真空蒸馏得到三聚苯二亚甲基二异氰酸酯。
[0022]有机磷聚酯多元醇的制备方法如下:按重量份将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作为保护气体，接着升温至107°C，保温1.8h，再加入3份三丁基氧化锡，升温至168°C，保温4h，真空保温3h得到有机磷聚酯多元醇。
[0023]实施例2
[0024]本发明提出的一种阻燃水性聚氨酯涂料，其原料按重量份包括:改性聚氨酯树脂88份，水性酚醛树脂12份，水性丙烯酸树脂10份，膨润土 3份，沸石粉18份，硅藻土 13份，滑石粉15份，增稠剂2份，流平剂5份，消泡剂I份，防腐剂2份，颜料2份。
[0025]改性聚氨酯树脂按如下步骤制备:按重量份将68份有机磷聚酯多元醇和52份三聚苯二亚甲基二异氰酸酯混合均匀后，升温至80°C，保温4h，降温至42°C后加入4份新戊二醇、5份乙二