一种双组份聚氨酯防火涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及防火涂料技术领域，尤其涉及一种双组份聚氨酯防火涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.目前市场上的防火涂料主要有单组分水性丙烯酸体系、双组份聚氨酯体系、双组份环氧体系。施工后的抗流挂性对于双组份聚氨酯防火涂料来说是重要的性能。防火涂料需要展示不流挂的性能，也就是防火涂料在施工到基材上以后需要保持在固定位置和固定的形状，加入含有伯氨基基团的成分如聚氧丙烯二胺或聚氧丙烯三胺，能够在和多异氰酸酯组份混合后表现出很好的抗流挂性；开放时间和固化速度对于双组份聚氨酯防火涂料来说也是关键性能。较长的开放时间和快速的固化是最需要的，催化剂的组合同样扮演者重要的角色，延迟反应的催化剂更适合；胶粘剂的刚度通过g-模量/e-模量来描述，在弹性体聚氨酯防火涂料中刚度可以通过增加硬段来提高，硬段的增加可以通过提高扩链剂的比例和异氰酸酯的比例实现。
3.中国cn107353803a公开了一种高效防火聚氨酯涂饰材料，主要使用聚醚多元醇与小分子扩链剂复配，并添加不同种类的阻燃剂形成多元醇组分，在传统防火涂料的基础上，融合聚氨酯作为新材料的成膜物质，极大提高了产品本身的机械性能和防火性能，但扩链剂的添加在提高机械强度的同时会造成伸长率的下降、聚醚组分的混合性变差以及相分离的发生，且直链扩链剂无法加入到异氰酸酯组分中，这是由于异氰酸酯和直链扩链剂的反应产物会结晶，从而导致聚合物粘度过高甚至变成固体。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双组份聚氨酯防火涂料及其制备方法和应用。本发明提供一种双组份聚氨酯防火涂料，同时具有高强度、高韧性以及高伸长率。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种双组份聚氨酯防火涂料，由包括多元醇组分和异氰酸酯组分制得，所述多元醇组分和异氰酸酯组分的体积比为20:1～2:1；
7.所述多元醇组分包括以下质量百分含量的组分：
8.聚醚多元醇30～50％，非线性小分子扩链剂2～10％，聚醚胺0.5～2％，膨胀石墨10～20％，聚磷酸铵5～15％，三聚氰胺5～15％，氢氧化铝10～25％，吸水剂0.2～2％，硅烷偶联剂0.2～2％，催化剂0.01～1％。
9.优选地，所述多元醇组分和异氰酸酯组分的体积比为10:1～4:1。
10.优选地，所述异氰酸酯组分包括多异氰酸酯。
11.优选地，所述聚醚多元醇为聚醚三元醇和/或聚醚二元醇。
12.优选地，所述聚醚三元醇的平均分子量为3000～6000，羟值为28～56mgkoh/g。
13.优选地，所述聚醚二元醇的平均分子量为1000～4000，羟值为28～112mgkoh/g。
14.优选地，所述非线性小分子扩链剂为二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇，2-甲基-2,4-戊二醇或2-乙基-1,3-己二醇。
15.优选地，所述聚醚胺的平均分子量为200～4000。
16.本发明还提供了上述技术方案所述的双组份聚氨酯防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
17.将聚醚多元醇、非线性小分子扩链剂、聚醚胺、膨胀石墨、聚磷酸铵、三聚氰胺、氢氧化铝、吸水剂、硅烷偶联剂和催化剂混合，得到多元醇组分；
18.将所述多元醇组分和异氰酸酯组分混合进行反应，得到所述双组份聚氨酯防火涂料。
19.本发明还提供了上述技术方案所述的双组份聚氨酯防火涂料或上述技术方案所述的制备方法制得的双组份聚氨酯防火涂料在新能源动力电池、轨道交通车辆和高层建筑领域中的应用。
20.本发明在聚醚组分中加入非线性小分子扩链剂，能够产生大量的硬段，可以获得很高的g模量和很宽的g模量范围；聚醚胺中伯氨基基团的成分如聚氧丙烯二胺或聚氧丙烯三胺加入大大提高了产品的抗流挂性能；机械强度如g模量，撕裂强度，拉伸强度提高的同时，伸长率并没有降低甚至得到了提升。
具体实施方式
21.本发明提供了一种双组份聚氨酯防火涂料，由包括多元醇组分和异氰酸酯组分制得，所述多元醇组分和异氰酸酯组分的体积比为20:1～2:1；
22.所述多元醇组分包括以下质量百分含量的组分：
23.聚醚多元醇30～50％，非线性小分子扩链剂2～10％，聚醚胺0.5～2％，膨胀石墨10～20％，聚磷酸铵5～15％，三聚氰胺5～15％，氢氧化铝10～25％，吸水剂0.2～2％，硅烷偶联剂0.2～2％，催化剂0.01～1％。
24.在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
25.在本发明中，所述多元醇组分和异氰酸酯组分的体积比优选为10:1～4:1。
26.在本发明中，所述异氰酸酯组分优选包括多异氰酸酯，所述异氰酸酯组分中多异氰酸酯的质量百分含量优选为100％。
27.在本发明中，所述多元醇组分中聚醚多元醇的含量优选为35～40wt％。
28.在本发明中，所述聚醚多元醇优选为聚醚三元醇和/或聚醚二元醇。
29.在本发明中，所述聚醚三元醇的平均分子量优选为3000～6000，更优选为4500～5000，羟值优选为28～56mgkoh/g，更优选为33.6～37.3mgkoh/g。
30.在本发明中，所述聚醚二元醇的平均分子量优选为1000～4000，更优选为2000～3000，最优选为2000，羟值优选为28～112mgkoh/g，更优选为37.3～56mgkoh/g，最优选为56mgkoh/g。
31.在本发明的具体实施例中，所述聚醚多元醇优选为万华f3135聚醚多元醇。
32.在本发明中，所述多元醇组分中非线性小分子扩链剂的含量优选为4～8wt％，最优选为6wt％。
33.在本发明中，所述非线性小分子扩链剂优选为二乙二醇、三乙二醇、二丙二醇、三
丙二醇、四丙二醇、2-甲基-1,3-丙二醇，2-甲基-2,4-戊二醇、2-乙基-1,3-己二醇或2-乙基-1,3-己二醇。
34.在本发明中，所述多元醇组分中聚醚胺的含量优选为1～1.5wt％。
35.在本发明中，所述聚醚胺的平均分子量优选为200～4000，更优选为200～400，所述聚醚胺优选为聚氧丙烯二胺或聚氧丙烯三胺，具体的如jeffamine 230、jeffamine d-400、jeffamine t-403。
36.在本发明中，所述多元醇组分中膨胀石墨的膨胀倍率优选为100～500倍，更优选为200～300倍。
37.在本发明中，所述多元醇组分中膨胀石墨的含量优选为13～14wt％。
38.在本发明中，所述多元醇组分中聚磷酸铵的含量优选为9～10wt％。
39.在本发明中，所述多元醇组分中三聚氰胺的含量优选为9～10wt％。
40.在本发明中，所述多元醇组分中氢氧化铝的含量优选为20wt％。
41.在本发明中，所述多元醇组分中吸水剂的含量优选为0.2wt％。
42.在本发明中，所述吸水剂优选为氧化钙、烷基磺酸异氰酸酯或分子筛。
43.在本发明中，所述多元醇组分中硅烷偶联剂的含量优选为0.5wt％。
44.在本发明中，所述硅烷偶联剂优选为氨基硅烷、巯基硅烷、环氧基硅烷或烯丙基硅烷。
45.在本发明中，所述多元醇组分中催化剂的含量优选为0.2wt％。
46.在本发明中，所述催化剂优选为有机锡类催化剂和胺类催化剂的组合物，所述有机锡类催化剂优选为二月桂酸二辛基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二甲基锡、辛酸亚锡、丁基氧化锡或辛基氧化锡中的一种；所述胺类催化剂优选为n,n-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、双吗啉二乙基醚、n,n,n',n'-四甲基亚烷基二胺、三乙胺或n,n-二甲基苄胺中的一种。
47.在本发明中，所述有机锡类催化剂和胺类催化剂的质量比优选为1:20～1:2，更优选为1:10～1:5。
48.在本发明中，所述多异氰酸酯优选为聚合mdi，tdi缩二脲、mdi缩二脲、ipdi缩二脲、hdi缩二脲、xdi缩二脲、h12mdi缩二脲、tdi缩二脲，tdi三聚体、mdi三聚体、ipdi三聚体、hdi三聚体、xdi三聚体、h12mdi三聚体、tdi三聚体或hdi三聚体，更优选为tdi三聚体或hdi三聚体。
49.本发明还提供了上述技术方案所述的双组份聚氨酯防火涂料的制备方法，包括以下步骤：
50.将聚醚多元醇、非线性小分子扩链剂、聚醚胺、膨胀石墨、聚磷酸铵、三聚氰胺、氢氧化铝、吸水剂、硅烷偶联剂和催化剂混合，得到多元醇组分；
51.将所述多元醇组分和异氰酸酯组分混合进行反应，得到所述双组份聚氨酯防火涂料。
52.本发明优选将聚醚多元醇、非线性小分子扩链剂、聚醚胺、膨胀石墨、聚磷酸铵、三聚氰胺和氢氧化铝在搅拌下加热到110～130℃抽真空脱水2小时，后降温至50℃加入吸水剂，搅拌0.5h后，再加入硅烷偶联剂和催化剂，抽真空搅拌0.5h，得到所述多元醇组份。
53.本发明还提供了上述技术方案所述的双组份聚氨酯防火涂料或上述技术方案所
述的制备方法制得的双组份聚氨酯防火涂料在新能源动力电池、轨道交通车辆和高层建筑领域中的应用。
54.在本发明中，所述双组份聚氨酯防火涂料在使用时优选现用现配，所述多元醇组分和异氰酸酯组分会发生反应。
55.为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的双组份聚氨酯防火涂料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
56.拉伸强度、断裂伸长率、拉伸剪切强度、g模量参照hj/t 4363-2012中的标准进行；
57.抗流挂性参照gb/t 9264-2012中的标准进行；
58.导热系数参照astm c201-1998中的标准进行。
59.实施例
60.实施例和对比例各组份原料用量为质量百分含量，见表1。
61.表1实施例和对比例各组份原料用量为质量百分含量
[0062][0063][0064]
实施例1～5以及对比例的双组份聚氨酯防火涂料的制备方法如下：
[0065]
双组份聚氨酯防火涂料的制备方法，优选包括以下步骤：
[0066]
(1)将聚醚多元醇、非线性小分子扩链剂、聚醚胺、膨胀石墨、聚磷酸铵、三聚氰胺、氢氧化铝在搅拌下加热到110℃抽真空脱水2小时，后降温至50℃加入吸水剂，搅拌0.5h后，再加入硅烷偶联剂和催化剂，抽真空搅拌0.5h，得到双组份聚氨酯防火涂料多元醇组份。
[0067]
(2)将多元醇组分与异氰酸酯组分按照一定的比例混合，即得双组份聚氨酯防火涂料。
[0068]
表2为实施例和对比例得到的双组份聚氨酯防火涂料的物理性能测试结果，由表2可知，本发明提供的双组份聚氨酯防火涂料同时具有高强度、高韧性以及高伸长率。
[0069]
表2实施例和对比例双组份聚氨酯防火涂料的物理性能测试结果
[0070][0071]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。