本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法。
背景技术：
涂料作为一类多功能性工程材料，在化学工业占有重要的地位，其发展在一定程度上可以衡量一个国家工业发展水平。由于水性聚氨酯涂料以水为溶剂，相较于传统涂料一般以有机溶剂为活性稀释剂，施工后不会释放出大量的苯、甲醛等挥发性有机化合物(VOC)，对环境污染小，环保效果好，从而被广泛使用。但目前聚氨酯涂料仍存在阻燃性、抗开裂性及耐冲击性差的缺陷，限制了聚氨酯涂料的使用。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，其具有优异的阻燃性、抗开裂性及耐冲击性，同时还具有良好的流平性、丰满度及耐老化等性能。
本发明提出的一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将低聚多元醇、2,6-二叔丁基对甲酚、光稳定剂、消泡剂和壳聚糖混合，然后加入水性多异氰酸酯和催化剂，搅拌反应，得到物料A；
S2、将物料A与二胺扩链剂、三羟甲基丙烷、大豆磷脂和羟乙基纤维素混合，搅拌，然后加入碳纤维、纳米稀土、纳米碳酸钙、聚乙烯醇、石蜡和硅烷偶联剂，搅拌，得到物料B；
S3、将物料B与苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺、去离子水混合，搅拌，静置消泡，得到高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料。
优选地，S1中，在200-400r/min的转速条件下，按重量份将100-150份低聚多元醇、0.5-1份2,6-二叔丁基对甲酚、0.2-0.8份光稳定剂、0.5-1份消泡剂和2-4份壳聚糖混合，然后加入50-100份水性多异氰酸酯和0.2-0.7份催化剂，调节体系温度为75-85℃，在400-500r/min的搅拌速度下反应3-4h，得到物料A。
优选地，S1中，低聚多元醇的原料按重量份包括：聚醚多元醇60-100份、聚酯多元醇25-50份。
优选地，S1中，低聚多元醇的分子量为500-3650。
优选地，S1中，催化剂的原料按重量份包括：N,N-二甲基环己胺2-5份、二甲基环己胺1-2份。
优选地，S2中，按重量份将100-200份物料A与3-8份二胺扩链剂、1-2.5份三羟甲基丙烷、2-4份大豆磷脂和2-5份羟乙基纤维素混合，在65-75℃搅拌1.5-2.5h，然后加入1-3份碳纤维、2-4份纳米稀土、0.5-1.5份纳米碳酸钙、2-5份聚乙烯醇、2-4份石蜡和0.5-1份硅烷偶联剂，在400-500r/min的转速下搅拌1-1.5h，得到物料B。
优选地，S2中，二胺扩链剂按以下工艺进行制备：将4-氯-3-硝基三氟甲苯、二溴丁烯二醇、无水碳酸钠和N,N-二甲基甲酰胺混合，升温搅拌，除去N,N-二甲基甲酰胺后重结晶，干燥，得到物料A；将物料A与活性炭、二硫化钠、六水氯化铁和丙二醇甲醚混合，搅拌，经提纯，真空干燥，过筛，得到二胺扩链剂。
优选地，S2中，二胺扩链剂按以下工艺进行制备：按重量份将20-30份4-氯-3-硝基三氟甲苯、10-15份二溴丁烯二醇、4-8份无水碳酸钠和120-180份N,N-二甲基甲酰胺混合，升温至90-100℃搅拌6-8h，除去N,N-二甲基甲酰胺后重结晶，在70-80℃温度条件下真空干燥，得到物料A；按重量份将25-30份物料A与2-3份活性炭、0.1-0.4份二硫化钠、0.2-1份六水氯化铁和60-80份丙二醇甲醚混合，在80-95℃温度条件下搅拌6-8h，经提纯，在85-90℃温度条件下真空干燥，过150-200目筛处理得到二胺扩链剂。
上述二胺扩链剂中，通过合理设置反应参数，使二溴丁烯二醇羟基中的活泼氢与4-氯-3-硝基三氟甲苯中的氯元素发生替换反应从而使两者接枝，使得到的物料A中带有氟元素及溴元素，并且两端带有硝基，再通过优化S2步骤，使硝基还原成氨基，制得的二胺扩链剂具有良好的相容性、分散性、阻燃性及反应活性等优点。
优选地，S3中，物料B、苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺之间的重量比为100-200:15-25:20-35:2-6:2-4。
本发明中通过优化制备工艺，合理设置参数，在搅拌状态下先将低聚多元醇、2,6-二叔丁基对甲酚、光稳定剂、消泡剂和壳聚糖混合，体系中各组分分散性好，在催化剂的作用下，低聚多元醇与水性多异氰酸酯反应充分，得到的物料A中酯基与醚基含量合理，使本发明制品兼具耐水、耐寒、耐热及耐老化性，再以二胺扩链剂、三羟甲基丙烷、大豆磷脂、羟乙基纤维素配合作为改性剂，与物料A中聚氨酯发生接枝与交联反应，有效改善聚氨酯的空间结构，其交联密度适中，具有独特稳定的三维网状结构，聚氨酯分子结构中软段与硬段分布合理，在体系中分散性与相容性好，再通过添加碳纤维、纳米稀土、纳米碳酸钙、聚乙烯醇、石蜡和硅烷偶联剂，各组分相互配合，在体系中相容性与分散性好，有效改善本发明制品成膜性、阻燃性、硬度、抗开裂性、耐冲击性等性能；再将物料B与苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液复合，其相容性好，不仅保留了各自组分带有的优异性能，同时彼此间具有协同作用，物料B与含羟基聚丙烯酸酯乳液进一步接枝交联，进一步改善本发明制品交联密度及空间结构，同时克服了苯丙乳液的成膜性和耐水性差及表干时间长的缺陷，使本发明制品附着性、丰满度和光泽度好，固化时间合理，对环境污染小，同时具有优异的阻燃性、耐腐蚀性、抗冲击性及耐候性，还具有良好的流平性、热稳定性及力学性能等，易于成膜。本发明提出了一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，其具有优异的阻燃性、抗开裂性及耐冲击性，同时还具有良好的流平性、丰满度及耐老化等性能。
对本发明中提出的高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法进行性能测试，其表干时间在25-40min，硬干时间在1.2-1.8h，涂膜无裂纹，且氧指数超过28％，将本发明高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料涂覆在锡板上形成40-50μm，根据ASTM2794方法进行耐冲击性测试，冲击强度超过35kg.cm，拉伸强度超过6.5MPa，表现出优异的阻燃性与耐冲击性，适于生产使用。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将低聚多元醇、2,6-二叔丁基对甲酚、光稳定剂、消泡剂和壳聚糖混合，然后加入水性多异氰酸酯和催化剂，搅拌反应，得到物料A；
S2、将物料A与二胺扩链剂、三羟甲基丙烷、大豆磷脂和羟乙基纤维素混合，搅拌，然后加入碳纤维、纳米稀土、纳米碳酸钙、聚乙烯醇、石蜡和硅烷偶联剂，搅拌，得到物料B；
S3、将物料B与苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺、去离子水混合，搅拌，静置消泡，得到高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料。
实施例2
本发明提出的一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在200r/min的转速条件下，按重量份将100份低聚多元醇、0.5份2,6-二叔丁基对甲酚、0.2份光稳定剂、0.5份消泡剂和2份壳聚糖混合，然后加入50份水性多异氰酸酯和0.2份催化剂，调节体系温度为75℃，在400r/min的搅拌速度下反应4h，得到物料A；其中，低聚多元醇的原料按重量份包括：聚醚多元醇60份、聚酯多元醇40份；催化剂的原料按重量份包括：N,N-二甲基环己胺2份、二甲基环己胺1份；
S2、按重量份将100份物料A与3份二胺扩链剂、1份三羟甲基丙烷、4份大豆磷脂和2份羟乙基纤维素混合，在65℃搅拌1.5h，然后加入1份碳纤维、2份纳米稀土、1.5份纳米碳酸钙、2份聚乙烯醇、2份石蜡和0.5份硅烷偶联剂，在400r/min的转速下搅拌1.5h，得到物料B；其中，二胺扩链剂按以下工艺进行制备：将4-氯-3-硝基三氟甲苯、二溴丁烯二醇、无水碳酸钠和N,N-二甲基甲酰胺混合，升温搅拌，除去N,N-二甲基甲酰胺后重结晶，干燥，得到物料A；将物料A与活性炭、二硫化钠、六水氯化铁和丙二醇甲醚混合，搅拌，经提纯，真空干燥，过筛，得到二胺扩链剂；
S3、将物料B与苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺、去离子水混合，搅拌，静置消泡，得到高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料；其中，物料B、苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺之间的重量比为100:15:20:2:2。
实施例3
本发明提出的一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在300r/min的转速条件下，按重量份将115份低聚多元醇、0.8份2,6-二叔丁基对甲酚、0.5份光稳定剂、0.8份消泡剂和3份壳聚糖混合，然后加入80份水性多异氰酸酯和0.5份催化剂，调节体系温度为80℃，在450r/min的搅拌速度下反应3.5h，得到物料A；其中，低聚多元醇的原料按重量份包括：聚醚多元醇90份、聚酯多元醇25份；催化剂的原料按重量份包括：N,N-二甲基环己胺4.5份、二甲基环己胺1.5份；
S2、按重量份将150份物料A与5份二胺扩链剂、1.5份三羟甲基丙烷、3份大豆磷脂和4份羟乙基纤维素混合，在70℃搅拌2h，然后加入2份碳纤维、3份纳米稀土、1份纳米碳酸钙、4份聚乙烯醇、3份石蜡和0.8份硅烷偶联剂，在450r/min的转速下搅拌1.2h，得到物料B；其中，二胺扩链剂按以下工艺进行制备：按重量份将25份4-氯-3-硝基三氟甲苯、12份二溴丁烯二醇、5.5份无水碳酸钠和150份N,N-二甲基甲酰胺混合，升温至95℃搅拌7h，除去N,N-二甲基甲酰胺后重结晶，在75℃温度条件下真空干燥，得到物料A；按重量份将28份物料A与2.5份活性炭、0.2份二硫化钠、0.5份六水氯化铁和70份丙二醇甲醚混合，在88℃温度条件下搅拌7h，经提纯，在88℃温度条件下真空干燥，过180目筛，得到二胺扩链剂；
S3、将物料B与苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺、去离子水混合，搅拌，静置消泡，得到高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料；其中，物料B、苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺之间的重量比为150:20:25:5:3。
实施例4
本发明提出的一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在400r/min的转速条件下，按重量份将150份低聚多元醇、1份2,6-二叔丁基对甲酚、0.8份光稳定剂、1份消泡剂和4份壳聚糖混合，然后加入100份水性多异氰酸酯和0.7份催化剂，调节体系温度为85℃，在500r/min的搅拌速度下反应3h，得到物料A；其中，低聚多元醇的原料按重量份包括：聚醚多元醇100份、聚酯多元醇50份；催化剂的原料按重量份包括：N,N-二甲基环己胺5份、二甲基环己胺2份；
S2、按重量份将200份物料A与8份二胺扩链剂、2.5份三羟甲基丙烷、2份大豆磷脂和5份羟乙基纤维素混合，在75℃搅拌2.5h，然后加入3份碳纤维、4份纳米稀土、1.5份纳米碳酸钙、5份聚乙烯醇、4份石蜡和1份硅烷偶联剂，在400-500r/min的转速下搅拌1-1.5h，得到物料B；其中，二胺扩链剂按以下工艺进行制备：按重量份将20份4-氯-3-硝基三氟甲苯、10份二溴丁烯二醇、4份无水碳酸钠和120份N,N-二甲基甲酰胺混合，升温至90℃搅拌8h，除去N,N-二甲基甲酰胺后重结晶，在70℃温度条件下真空干燥，得到物料A；按重量份将25份物料A与3份活性炭、0.1份二硫化钠、0.2份六水氯化铁和60份丙二醇甲醚混合，在95℃温度条件下搅拌6h，经提纯、在85℃温度条件下真空干燥、过150目筛，得到二胺扩链剂；
S3、将物料B与苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺、去离子水混合，搅拌，静置消泡，得到高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料；其中，物料B、苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺之间的重量比为200:25:35:6:4。
实施例5
本发明提出的一种高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在350r/min的转速条件下，按重量份将140份低聚多元醇、0.8份2,6-二叔丁基对甲酚、0.7份光稳定剂、0.6份消泡剂和3.5份壳聚糖混合，然后加入90份水性多异氰酸酯和0.6份催化剂，调节体系温度为82℃，在450r/min的搅拌速度下反应3.2h，得到物料A；其中，低聚多元醇的原料按重量份包括：聚醚多元醇95份、聚酯多元醇35份；催化剂的原料按重量份包括：N,N-二甲基环己胺4份、二甲基环己胺1.5份；
S2、按重量份将180份物料A与6.5份二胺扩链剂、2份三羟甲基丙烷、3.5份大豆磷脂和4份羟乙基纤维素混合，在72℃搅拌2.2h，然后加入2.5份碳纤维、3.5份纳米稀土、1.2份纳米碳酸钙、4份聚乙烯醇、3.5份石蜡和0.8份硅烷偶联剂，在500r/min的转速下搅拌1.2h，得到物料B；其中，二胺扩链剂按以下工艺进行制备：按重量份将30份4-氯-3-硝基三氟甲苯、15份二溴丁烯二醇、8份无水碳酸钠和180份N,N-二甲基甲酰胺混合，升温至100℃搅拌6h，除去N,N-二甲基甲酰胺后重结晶，在80℃温度条件下真空干燥，得到物料A；按重量份将30份物料A与2份活性炭、0.4份二硫化钠、1份六水氯化铁和80份丙二醇甲醚混合，在80℃温度条件下搅拌8h，经提纯、在90℃温度条件下真空干燥、过200目筛，得到二胺扩链剂；
S3、将物料B与苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺、去离子水混合，搅拌，静置消泡，得到高阻燃耐冲击性聚氨酯复合涂料；其中，物料B、苯丙乳液、含羟基聚丙烯酸酯乳液、木质素磺酸钠、三乙胺之间的重量比为180:22:25:3:3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。