本发明属于涂料领域，尤其涉及一种阻燃聚脲涂料及其制备方法。
背景技术：
聚脲是在聚氨酯基础上发展起来的，由氨基化合物和异氰酸酯反应生成的化学结构上带有脲基(-nh-c(＝o)-nh-)的一类化合物。由于端氨基中活泼氢与异氰酸酯的反应活性高，反应速率快，因此聚脲的固化速度要明显快于聚氨酯，且其固化过程受水分的影响非常小，某些配方的聚脲材料在施工过程中可实现步行固化，且几乎不受周围环境影响。另外，聚脲材料还具有良好的力学、防腐和耐热性能。作为涂料使用时，聚脲材料无论是在施工过程中还是使用过程中均具有良好的性能，目前已被广泛应用于娱乐设施、高铁、桥梁、海工装备的防水和重型防腐。
尽管聚脲涂料具有良好的性能，但是其应用在建筑领域时，还是存在防火性能上的缺陷。普通的聚脲涂料无法满足要求，需要对其进行改性，进一步提高相关的性能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有优异阻燃性能的聚脲涂料，采用以下技术方案。
本发明提供一种阻燃聚脲涂料，包括a组分与b组分；所述a组分和b组分的体积比为(2～2.5)：1；
其中，所述a组分包括由芳香族异氰酸酯和多元醇反应形成的低聚物，所述芳香族异氰酸酯与所述多元醇的摩尔比为(2～3)：1；
按照质量百分比计，所述b组分包括：氨基树脂20～30％、扩链剂20～30％、流平剂0.5～2％、消泡剂0.5～1％、阻燃剂5～20％、紫外屏蔽剂2～5％以及填料12～30％。
优选地，所述芳香族异氰酸酯选自氯苯-2,4-二异氰酸酯、二苯-4,4′-二异氰酸酯、4,4′-二异氰酸酯-3,3′-二甲基二苯基、3-甲基二苯基-甲烷-4,4′-二异氰酸酯、二苯醚二异氰酸酯、2,4,6-三异氰酸酯基甲苯、2,4,4′-三异氰酸酯基二苯醚、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
优选地，所述多元醇选自聚己内酯三元醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯醚多元醇、聚碳酸酯三元醇、环氧丙烷多元醇、环氧乙烷多元醇和环氧丁烷多元醇中的一种或多种。
优选地，所述氨基树脂选自4,4′-双仲丁胺基二苯基甲烷、2-(4-氨基苯基)-5(6)氨基苯基苯并咪唑、端氨基聚氧丙烯醚和聚氧亚甲基蜜胺中的一种或多种。
优选地，所述扩链剂选自3,5-二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺和脂肪族端氨基扩链剂中的一种或多种。
优选地，所述阻燃剂为含硒三嗪类大分子阻燃剂化合物，其结构式为：
优选地，所述紫外屏蔽剂选自硼烯、富勒烯、纳米焦磷酸钛和氧化铈中的一种或多种。
优选地，所述填料选自膨润土、硅灰石、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、硫酸钡、硫酸镁、氢氧化铝、氢氧化镁和纤维素中的一种或多种。
本发明还提供一种阻燃聚脲涂料的制备方法，包括：
a组分的制备：
将所述多元醇加入反应釜中，在80～120℃、0.05～0.15mpa的真空度下脱水0.5～1.5h，然后降温至40～60℃，加入相应比例所述芳香族异氰酸酯于反应釜中，升温至80～100℃，保温反应1～2h，脱泡后降温，得到a组分，其中，所述芳香族异氰酸酯与多元醇的摩尔比为(2～3)：1；
b组分的制备：
将以下质量百分比的原料倒入反应釜中：氨基树脂20～30％、扩链剂20～30％、流平剂0.5～2％、消泡剂0.5～1％、阻燃剂5～20％、紫外屏蔽剂2～5％、填料12～30％，升温至60～80℃，搅拌30～90min，得到b组分；
将所述a组分与b组分按照体积比(2～2.5):1进行混合，得到所述阻燃聚脲涂料。
本发明的阻燃聚脲涂料具有优异的力学强度、阻燃性能、抗拉强度和高韧性、耐化学品腐蚀性高、优异的电绝缘性能；在使用时，将涂料的a组分与b组分按比例混合，其反应速度快，凝胶时间在10s之内，可实现垂直喷涂不流淌，显著提高施工效率。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明提供一种阻燃聚脲涂料，包括a组分与b组分。a组分和b组分的体积比为(2～2.5)：1。
其中，a组分包括由芳香族异氰酸酯和多元醇反应形成的低聚物，芳香族异氰酸酯与多元醇的摩尔比为(2～3)：1。
按照质量百分比计，b组分包括：氨基树脂20～30％、扩链剂20～30％、流平剂0.5～2％、消泡剂0.5～1％、阻燃剂5～20％、紫外屏蔽剂2～5％以及填料12～30％。
其中，芳香族异氰酸酯选自氯苯-2,4-二异氰酸酯、二苯-4,4′-二异氰酸酯、4,4′-二异氰酸酯-3,3′-二甲基二苯基、3-甲基二苯基-甲烷-4,4′-二异氰酸酯、二苯醚二异氰酸酯、2,4,6-三异氰酸酯基甲苯、2,4,4′-三异氰酸酯基二苯醚、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯和苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或多种。
其中，多元醇选自聚己内酯三元醇、聚氧化丙烯-氧化乙烯醚多元醇、聚碳酸酯三元醇、环氧丙烷多元醇、环氧乙烷多元醇和环氧丁烷多元醇中的一种或多种。
其中，氨基树脂选自4,4′-双仲丁胺基二苯基甲烷、2-(4-氨基苯基)-5(6)氨基苯基苯并咪唑、端氨基聚氧丙烯醚和聚氧亚甲基蜜胺中的一种或多种。
其中，扩链剂选自3,5-二乙基甲苯二胺、3,5-二甲硫基甲苯二胺和脂肪族端氨基扩链剂中的一种或多种。扩链剂能扩展分子链、增大分子量，提升涂料的抗拉强度和韧性。
其中，流平剂选自市售常规的流平剂，可选用丙烯酸类、有机硅类或者氟碳化合物类流平剂。流平剂有利于改善涂料的流动性，使得涂料喷涂后表面平整光滑。
其中，消泡剂选自市售常规的消泡剂，可选用聚醚类或有机硅类消泡剂。消泡剂有助于消除涂料中的气泡。
其中，阻燃剂为含硒三嗪类大分子阻燃剂化合物，其结构式为：
其中，紫外屏蔽剂选自硼烯、富勒烯、纳米焦磷酸钛和氧化铈中的一种或多种。紫外屏蔽剂具有一定的阻挡阳光透射过涂料的功效。
其中，填料选自膨润土、硅灰石、碳酸钙、滑石粉、二氧化硅、硫酸钡、硫酸镁、氢氧化铝、氢氧化镁和纤维素中的一种或多种。填料能遮蔽待喷涂物件的表面，提升涂料的力学强度、耐化学腐蚀性和电绝缘性。
在使用时，将a组分与b组分按比例混合，其反应速度快，凝胶时间在10s之内，可实现垂直喷涂不流淌，显著提高施工效率。本发明的阻燃聚脲涂料喷涂在物件表面，表面致密平整，具有良好的阻燃性能、抗拉性能和韧性、耐化学品腐蚀性高以及优异的电绝缘性能。
本发明还提供一种阻燃聚脲涂料的制备方法，包括：
a组分的制备：
将多元醇加入反应釜中，在80～120℃、0.05～0.15mpa的真空度下脱水0.5～1.5h，然后降温至40～60℃，加入相应比例芳香族异氰酸酯于反应釜中，升温至80～100℃，保温反应1～2h，脱泡后降温，得到a组分，其中，芳香族异氰酸酯与多元醇的摩尔比为(2～3)：1；
b组分的制备：
将以下质量百分比的原料倒入反应釜中：氨基树脂20～30％、扩链剂20～30％、流平剂0.5～2％、消泡剂0.5～1％、阻燃剂5～20％、紫外屏蔽剂2～5％、填料12～30％，升温至60～80℃，搅拌30～90min，得到b组分；
将a组分与b组分按照体积比(2～2.5):1进行混合，得到阻燃聚脲涂料。
下面结合实施例对本发明的工艺作进一步的详述。
实施例1
制备阻燃聚脲涂料：包括a组分的制备、b组分的制备和使用前将a组分和b组分按比例混合均匀。
a组分的制备：
将1mol多元醇加入反应釜中，在100℃、0.09mpa的真空度下脱水1h，然后缓慢降温至50℃，加入2mol芳香族异氰酸酯于反应釜中，缓慢升温至90℃，保温反应1.5h，脱泡后降温，得到a组分。
b组分的制备：
按照质量百分比计，将氨基树脂27％、扩链剂20％、流平剂0.5％、消泡剂0.5％、阻燃剂20％、紫外屏蔽剂2％和填料30％倒入反应釜中，升温至70℃，搅拌60min，转速900r/min，从而得到b组分。
将a组分与b组分按照体积比为2:1进行混合，即得阻燃聚脲涂料。
本实施例中，芳香族异氰酸酯为氯苯-2,4-二异氰酸酯；多元醇为聚己内酯三元醇；氨基树脂为4,4′-双仲丁胺基二苯基甲烷；扩链剂为3,5-二乙基甲苯二胺；流平剂为聚丙烯酸；消泡剂为聚醚硅油消泡剂；阻燃剂为含硒三嗪类大分子阻燃剂化合物，其结构式为：
实施例2
制备阻燃聚脲涂料：包括a组分的制备、b组分的制备和使用前将a组分和b组分按比例混合均匀。
a组分的制备：
将1mol多元醇加入反应釜中，在80℃、0.05mpa的真空度下脱水0.5h，然后缓慢降温至40℃，加入3mol芳香族异氰酸酯于反应釜中，缓慢升温至80℃，保温反应1h，脱泡后降温，得到a组分。
b组分的制备：
按照质量百分比计，将氨基树脂30％、扩链剂30％、流平剂2％、消泡剂1％、阻燃剂20％、紫外屏蔽剂5％和填料12％倒入反应釜中，升温至60℃，搅拌30min，转速900r/min，从而得到b组分。
将a组分与b组分按照体积比为2.5:1进行混合，即得阻燃聚脲涂料。
本实施例中，芳香族异氰酸酯为二苯-4,4′-二异氰酸酯；多元醇为聚氧化丙烯-氧化乙烯醚多元醇；氨基树脂为2-(4-氨基苯基)-5(6)氨基苯基苯并咪唑；扩链剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺；流平剂为异佛尔酮；消泡剂为改性硅油消泡剂；阻燃剂为含硒三嗪类大分子阻燃剂化合物，其结构式为：
实施例3
制备阻燃聚脲涂料：包括a组分的制备、b组分的制备和使用前将a组分和b组分按比例混合均匀。
a组分的制备：
将1mol多元醇加入反应釜中，在120℃、0.15mpa的真空度下脱水1.5h，然后缓慢降温至60℃，加入2.5mol芳香族异氰酸酯于反应釜中，缓慢升温至100℃，保温反应2h，脱泡后降温，得到a组分。
b组分的制备：
按照质量百分比计，将氨基树脂30％、扩链剂30％、流平剂1％、消泡剂1％、阻燃剂5％、紫外屏蔽剂3％和填料30％倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌90min，转速900r/min，从而得到b组分。
将a组分与b组分按照体积比为2.3:1进行混合，即得阻燃聚脲涂料。
本实施例中，芳香族异氰酸酯为3-甲基二苯基-甲烷-4,4′-二异氰酸酯；多元醇为聚碳酸酯三元醇；氨基树脂为聚氧亚甲基蜜胺；扩链剂为脂肪族端氨基扩链剂；流平剂为二丙酮醇；消泡剂为gpes型消泡剂；阻燃剂为含硒三嗪类大分子阻燃剂化合物，其结构式为：
实施例4
制备阻燃聚脲涂料：包括a组分的制备、b组分的制备和使用前将a组分和b组分按比例混合均匀。
a组分的制备：
将1mol多元醇加入反应釜中，在100℃、0.1mpa的真空度下脱水1h，然后缓慢降温至60℃，加入2mol芳香族异氰酸酯于反应釜中，缓慢升温至90℃，保温反应1.5h，脱泡后降温，得到a组分。
b组分的制备：
按照质量百分比计，将氨基树脂30％、扩链剂25％、流平剂1％、消泡剂1％、阻燃剂10％、紫外屏蔽剂3％和填料30％倒入反应釜中，升温至70℃，搅拌70min，转速900r/min，从而得到b组分。
将a组分与b组分按照体积比为2:1进行混合，即得阻燃聚脲涂料。
本实施例中，芳香族异氰酸酯为四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯；多元醇为环氧丙烷多元醇；氨基树脂为端氨基聚氧丙烯醚；扩链剂为脂肪族端氨基扩链剂；流平剂为有机硅改性聚硅氧烷；消泡剂为高碳醇消泡剂；阻燃剂为含硒三嗪类大分子阻燃剂化合物，其结构式为：
实施例5
制备阻燃聚脲涂料：包括a组分的制备、b组分的制备和使用前将a组分和b组分按比例混合均匀。
a组分的制备：
将1mol多元醇加入反应釜中，在100℃、0.08mpa的真空度下脱水1.2h，然后缓慢降温至50℃，加入2mol芳香族异氰酸酯于反应釜中，缓慢升温至90℃，保温反应1.5h，脱泡后降温，得到a组分。
b组分的制备：
按照质量百分比计，将氨基树脂20％、扩链剂30％、流平剂1％、消泡剂1％、阻燃剂20％、紫外屏蔽剂5％和填料23％倒入反应釜中，升温至75℃，搅拌60min，转速900r/min，从而得到b组分。
将a组分与b组分按照体积比为2:1进行混合，即得阻燃聚脲涂料。
本实施例中，芳香族异氰酸酯为四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯；多元醇为环氧丙烷多元醇；氨基树脂为端氨基聚氧丙烯醚；扩链剂为脂肪族端氨基扩链剂；流平剂为丁基纤维素；消泡剂为聚醚硅油消泡剂；阻燃剂为含硒三嗪类大分子阻燃剂化合物，其结构式为：
对比例1
制备聚脲涂料：包括a组分的制备、b组分的制备和使用前将a组分和b组分按比例混合均匀。其中，b组分未添加阻燃剂。
a组分的制备：
将1mol多元醇加入反应釜中，在100℃、0.09mpa的真空度下脱水1h，然后缓慢降温至50℃，加入2mol芳香族异氰酸酯于反应釜中，缓慢升温至90℃，保温反应1.5h，脱泡后降温，得到a组分。
b组分的制备：
按照质量百分比计，将氨基树脂30％、扩链剂30％、流平剂1％、消泡剂1％、紫外屏蔽剂5％和填料23％倒入反应釜中，升温至70℃，搅拌60min，转速900r/min，从而得到b组分。
将a组分与b组分按照体积比为2:1进行混合，即得聚脲涂料。
本对比例中，芳香族异氰酸酯为四甲基间苯二亚甲基二异氰酸酯；多元醇为环氧丙烷多元醇；氨基树脂为端氨基聚氧丙烯醚；扩链剂为脂肪族端氨基扩链剂；流平剂为聚丙烯酸；消泡剂为聚醚硅油消泡剂；紫外屏蔽剂为氧化铈；填料为硅灰石
对比例2
制备聚脲涂料：包括a组分的制备、b组分的制备和使用前将a组分和b组分按比例混合均匀。其中，b组分未添加阻燃剂。
a组分的制备：
将1mol多元醇加入反应釜中，在110℃、0.12mpa的真空度下脱水1h，然后缓慢降温至60℃，加入3mol芳香族异氰酸酯于反应釜中，缓慢升温至90℃，保温反应1h，脱泡后降温，得到a组分。
b组分的制备：
按照质量百分比计，将氨基树脂30％、扩链剂30％、流平剂2％、消泡剂1％、紫外屏蔽剂5％和填料12％倒入反应釜中，升温至80℃，搅拌80min，转速900r/min，从而得到b组分。
将a组分与b组分按照体积比为2.5:1进行混合，即得聚脲涂料。
本对比例中，芳香族异氰酸酯为二苯-4,4′-二异氰酸酯；多元醇为聚氧化丙烯-氧化乙烯醚多元醇；氨基树脂为2-(4-氨基苯基)-5(6)氨基苯基苯并咪唑；扩链剂为3,5-二甲硫基甲苯二胺；流平剂为异佛尔酮；消泡剂为改性硅油消泡剂；紫外屏蔽剂为富勒烯；填料为硅灰石。
对以上实施例制得的阻燃聚脲涂料以及对比例制得的聚脲涂料进行性能测试，结果如下表1。
表1阻燃聚脲涂料和聚脲涂料的性能测试结果
上表中，实施例1～5和对比例1～2的主要区别在于实施例1～5中加入了阻燃剂。测试结果表明，实施例1～5和对比例1～2所得产物的拉伸强度、断裂伸长率、凝胶时间、表干时间和紫外线屏蔽率基本相同，均表现较好。
本发明的阻燃聚脲涂料相比于现有市面涂料：拉伸强度和断裂伸长率均提升一倍；凝胶时间和表干时间降低50％以上；紫外线屏蔽率显著提高。证明本发明所制备的阻燃聚脲涂料具有良好的力学性能和紫外线屏蔽性能。其凝胶时间和表干时间短，喷涂后不流淌，可以显著提高施工效率。
实施例1～5的阻燃等级高于对比例1～2的阻燃等级，达到v-0级别。表明加入阻燃剂可以显著提高聚脲涂料的阻燃等级，使得本发明的阻燃聚脲涂料具有优异的阻燃效果。
以上所揭露的仅为本发明的几种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明的权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的权利范围。