一種硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層的制備方法，屬于阻燃涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明以聚己二酸乙二醇酯二元醇、二羥甲基丙酸、1，4?丁二醇為原料制得水性聚氨酯乳液，再加入N?甲基吡咯烷酮和異佛爾酮二異氰酸酯助劑，制得改性水性聚氨酯乳液，并和硅烷偶聯(lián)劑加入催化劑進(jìn)行反應(yīng)，得硅氧烷基化水性聚氨酯，加入鋅醇鹽混合分散，通入水蒸氣得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物，涂覆于金屬基材表面，烘干固化，從而得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。該方法操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)溫和，制得的硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層具有優(yōu)異耐高溫，疏水性，阻燃性能以及高抗沖強(qiáng)度，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】
一種硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開(kāi)了一種硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層的制備方法，屬于阻燃涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]水性聚氨酯(WPU)以水為分散介質(zhì)，具有無(wú)毒、環(huán)保、氣味小、安全可靠、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的綠色環(huán)保材料，已廣泛應(yīng)用于皮革涂飾、合成革涂飾、織物涂層、涂料、建筑保溫材料、泡沫等領(lǐng)域。
[0003]水性聚氨酯以水為分散劑，具有環(huán)境友好、無(wú)毒、安全等優(yōu)點(diǎn)。但功能性單一的水性聚氨酯在紡織品的涂飾應(yīng)用上存在很多缺點(diǎn)，聚氨酯屬易燃材料，且燃燒速度快，放出熱量高，燃燒時(shí)還伴隨著可燃性熔滴，使火焰迅速傳播。如果不對(duì)其進(jìn)行阻燃處理，將成為引發(fā)火災(zāi)的潛在隱患，另外其靜水壓能力差、耐候性差，材料的綜合性能無(wú)法滿足人們的需求。
[0004]目前水性聚氨酯的制備方法主要有共混復(fù)配法和軟硬段改性法；
(1)共混復(fù)配法主要是以水性聚氨酯為基料，通過(guò)加入相關(guān)的阻燃劑、改性劑等輔料，使得水性聚氨酯乳膠粒對(duì)阻燃成分進(jìn)行吸附和包裹合成膨脹型阻燃水性聚氨酯乳液，從而得到所需性能的水性聚氨酯涂料；
(2)軟硬段改性法是指分別對(duì)水性聚氨酯的軟段和硬段進(jìn)行阻燃改性，將阻燃元素作為反應(yīng)單體，最后成為水性聚氨酯結(jié)構(gòu)單元的一部分，但通常阻燃成分為鹵素，但是鹵素在燃燒時(shí)會(huì)放出大量有毒氣體，發(fā)煙量大，對(duì)于環(huán)境和人體造成危害。
[0005]因此，在保留水性聚氨酯優(yōu)良性能的前提下提高其阻燃性能，既符合織物涂層劑的發(fā)展趨勢(shì)，也能滿足人們對(duì)材料的需求，具有巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益前景，也將是水性聚氨酯材料功能化的重要發(fā)展方向之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問(wèn)題:針對(duì)目前水性聚氨酯雖具有環(huán)境友好、無(wú)毒、安全等優(yōu)點(diǎn)，但其耐候性低，吸水率高，抗沖強(qiáng)度和阻燃性能差，加入的阻燃劑在燃燒過(guò)程中會(huì)放出大量有毒氣體，對(duì)于環(huán)境和人體危害嚴(yán)重的現(xiàn)狀，提供了一種硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層的制備方法。該方法以聚己二酸乙二醇酯二元醇、二羥甲基丙酸、I，4-丁二醇為原料制得水性聚氨酯乳液，再加入N-甲基吡咯烷酮和異佛爾酮二異氰酸酯助劑，制得改性水性聚氨酯乳液，并和硅烷偶聯(lián)劑加入催化劑進(jìn)行反應(yīng)，得硅氧烷基化水性聚氨酯，加入鋅醇鹽混合分散，通入水蒸氣得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物，涂覆于金屬基材表面，烘干固化，從而得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。該方法操作簡(jiǎn)便，反應(yīng)溫和，制得的硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層具有優(yōu)異耐高溫，疏水性，阻燃性能以及高抗沖強(qiáng)度，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0007 ]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是: (1)按重量份數(shù)計(jì)，分別選取30?40份聚己二酸乙二醇酯二元醇、15?20份二羥甲基丙酸、20?30份I，4-丁二醇、2?3份N-甲基吡咯烷酮和3?5份異佛爾酮二異氰酸酯，先將聚己二酸乙二醇酯二元醇真空脫水處理20?30min，脫水后裝有四口燒瓶中，并將燒瓶放入油浴鍋中，升高溫度至100?105°C后依次向燒瓶中加入二羥甲基丙酸和I，4_丁二醇，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)I?2h，反應(yīng)后降低溫度至70?80 °C，并加入N-甲基吡咯烷酮和、異佛爾酮二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2?3h;
(2)上述反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入反應(yīng)物總質(zhì)量3?5%三乙胺中和25?30min，中和后加入總質(zhì)量5?10%去離子水高速剪切乳化20?30min，得改性水性聚氨酯乳液；
(3)取上述改性水性聚氨酯乳液裝入三口燒瓶中，并加入乳液質(zhì)量5?8%硅烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質(zhì)量0.5?0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮?dú)?，在O?5 °C攪拌反應(yīng)I?2h，反應(yīng)后得硅氧烷基化水性聚氨酯；
(4)將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質(zhì)量比20:1混合后放入分散機(jī)中在800?900r/min轉(zhuǎn)速下分散15?20min，分散后裝入燒瓶中，并向燒瓶中通入60?70°C的水蒸汽，通入量為5?10L/min，通入5?1min后停止通入水蒸氣，得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物；
(5)取金屬基材，先對(duì)基體表面進(jìn)行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進(jìn)行超聲清洗5?1min，再用去離子水清洗表面2?3次，用吹風(fēng)機(jī)吹干表面，將上述復(fù)合物均勻涂覆在干燥的金屬基材表面，涂覆厚度為0.8?1.2mm，放入40?60°C的烘箱中干燥8?1h，干燥后再在110?120°C下固化I?2h，即可得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。
[0008]本發(fā)明的應(yīng)用方法是:本發(fā)明制得的硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層厚度為0.8?1.2mm，將涂層在蒸餾水中浸泡20?30天后，其吸水率低于0.4%。，接觸角大于125°，抗沖強(qiáng)度為85?901^/011，抗氧化溫度為1000?1050°(:，抗剝離強(qiáng)度25?3(^/111111，摩擦系數(shù)為0.5
?0.8o
[0009]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明方法獨(dú)特，操作簡(jiǎn)便，制得的硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層具有耐高溫和疏水性，接觸角大于125° ；
(2)在制備中利用鋅醇鹽制備得納米氧化鋅，在涂層中分別均勻，具有良好的阻燃性，可抗溫度達(dá)到1000?1050°C ；
(3)本發(fā)明制備工藝新穎，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0010]
首先按重量份數(shù)計(jì)，分別選取30?40份聚己二酸乙二醇酯二元醇、15?20份二羥甲基丙酸、20?30份I，4-丁二醇、2?3份N-甲基吡咯烷酮和3?5份異佛爾酮二異氰酸酯，先將聚己二酸乙二醇酯二元醇真空脫水處理20?30min，脫水后裝有四口燒瓶中，并將燒瓶放入油浴鍋中，升高溫度至100?105°C后依次向燒瓶中加入二羥甲基丙酸和I，4_丁二醇，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)I?2h，反應(yīng)后降低溫度至70?80°C，并加入N-甲基吡咯烷酮和、異佛爾酮二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2?3h;上述反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入反應(yīng)物總質(zhì)量3?5%三乙胺中和25?30min，中和后加入總質(zhì)量5?10%去離子水高速剪切乳化20?30min，得改性水性聚氨酯乳液;隨后取上述改性水性聚氨酯乳液裝入三口燒瓶中，并加入乳液質(zhì)量5?8%娃烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質(zhì)量0.5?0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮?dú)?，在O?5 °C攪拌反應(yīng)I?2h，反應(yīng)后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來(lái)將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質(zhì)量比20:1混合后放入分散機(jī)中在800?900r/min轉(zhuǎn)速下分散15?20min，分散后裝入燒瓶中，并向燒瓶中通入60?70 0C的水蒸汽，通入量為5?10L/min，通入5?1min后停止通入水蒸氣，得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物;最后取金屬基材，先對(duì)基體表面進(jìn)行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進(jìn)行超聲清洗5?lOmin，再用去離子水清洗表面2?3次，用吹風(fēng)機(jī)吹干表面，將上述復(fù)合物均勻涂覆在干燥的金屬基材表面，涂覆厚度為0.8?1.2mm，放入40?60 °C的烘箱中干燥8?1h，干燥后再在110?120°C下固化I?2h，即可得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。
[0011]實(shí)例I
首先按重量份數(shù)計(jì)，分別選取30份聚己二酸乙二醇酯二元醇、15份二羥甲基丙酸、20份I，4_丁二醇、2份N-甲基吡咯烷酮和3份異佛爾酮二異氰酸酯，先將聚己二酸乙二醇酯二元醇真空脫水處理20min，脫水后裝有四口燒瓶中，并將燒瓶放入油浴鍋中，升高溫度至100°C后依次向燒瓶中加入二羥甲基丙酸和I，4_丁二醇，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)lh，反應(yīng)后降低溫度至700C，并加入N-甲基吡咯烷酮和、異佛爾酮二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h;上述反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入反應(yīng)物總質(zhì)量3%三乙胺中和25min，中和后加入總質(zhì)量5%去離子水高速剪切乳化20min，得改性水性聚氨酯乳液;隨后取上述改性水性聚氨酯乳液裝入三口燒瓶中，并加入乳液質(zhì)量5%娃烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質(zhì)量0.5%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮?dú)?，在O °(:攪拌反應(yīng)Ih，反應(yīng)后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來(lái)將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質(zhì)量比20:1混合后放入分散機(jī)中在800r/min轉(zhuǎn)速下分散15min，分散后裝入燒瓶中，并向燒瓶中通入60°C的水蒸汽，通入量為5L/min，通入5min后停止通入水蒸氣，得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物;最后取金屬基材，先對(duì)基體表面進(jìn)行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進(jìn)行超聲清洗5min，再用去離子水清洗表面2次，用吹風(fēng)機(jī)吹干表面，將上述復(fù)合物均勻涂覆在干燥的金屬基材表面，涂覆厚度為0.8mm，放入40°C的烘箱中干燥8h，干燥后再在110°C下固化Ih，即可得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。
[0012]本發(fā)明制得的硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層厚度為0.8mm，將涂層在蒸餾水中浸泡20天后，其吸水率0.39%，接觸角為128°，抗沖強(qiáng)度為85kg/cm，抗氧化溫度為1000°C，抗剝離強(qiáng)度25N/mm，摩擦系數(shù)為0.5。
[0013]實(shí)例2
首先按重量份數(shù)計(jì)，分別選取35份聚己二酸乙二醇酯二元醇、18份二羥甲基丙酸、25份I，4_丁二醇、2.5份N-甲基吡咯烷酮和4份異佛爾酮二異氰酸酯，先將聚己二酸乙二醇酯二元醇真空脫水處理25min，脫水后裝有四口燒瓶中，并將燒瓶放入油浴鍋中，升高溫度至103°(:后依次向燒瓶中加入二羥甲基丙酸和I，4_ 丁二醇，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)1.5h，反應(yīng)后降低溫度至75°C，并加入N-甲基吡咯烷酮和、異佛爾酮二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2.5h;上述反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入反應(yīng)物總質(zhì)量4%三乙胺中和28min，中和后加入總質(zhì)量8%去離子水高速剪切乳化25min，得改性水性聚氨酯乳液;隨后取上述改性水性聚氨酯乳液裝入三口燒瓶中，并加入乳液質(zhì)量7%硅烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質(zhì)量0.6%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮?dú)?，?TC攪拌反應(yīng)1.5h，反應(yīng)后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來(lái)將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質(zhì)量比20:1混合后放入分散機(jī)中在850r/min轉(zhuǎn)速下分散15min，分散后裝入燒瓶中，并向燒瓶中通入65°C的水蒸汽，通入量為8L/min，通入Smin后停止通入水蒸氣，得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物;最后取金屬基材，先對(duì)基體表面進(jìn)行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進(jìn)行超聲清洗8min，再用去離子水清洗表面2次，用吹風(fēng)機(jī)吹干表面，將上述復(fù)合物均勻涂覆在干燥的金屬基材表面，涂覆厚度為1.0111111，放入50°(:的烘箱中干燥911，干燥后再在115°(:下固化1.511，即可得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。
[0014]本發(fā)明制得的硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層厚度為1.2mm，將涂層在蒸餾水中浸泡25天后，其吸水率0.38%，接觸角129°，抗沖強(qiáng)度為87kg/cm，抗氧化溫度為1020°C，抗剝離強(qiáng)度27N/mm，摩擦系數(shù)為0.6。
[0015]實(shí)例3
首先按重量份數(shù)計(jì)，分別選取40份聚己二酸乙二醇酯二元醇、20份二羥甲基丙酸、30份I，4_丁二醇、3份N-甲基吡咯烷酮和5份異佛爾酮二異氰酸酯，先將聚己二酸乙二醇酯二元醇真空脫水處理30min，脫水后裝有四口燒瓶中，并將燒瓶放入油浴鍋中，升高溫度至105°C后依次向燒瓶中加入二羥甲基丙酸和I，4_丁二醇，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)2h，反應(yīng)后降低溫度至800C，并加入N-甲基吡咯烷酮和、異佛爾酮二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌反應(yīng)3h;上述反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入反應(yīng)物總質(zhì)量5%三乙胺中和30min，中和后加入總質(zhì)量10%去離子水高速剪切乳化30min，得改性水性聚氨酯乳液;隨后取上述改性水性聚氨酯乳液裝入三口燒瓶中，并加入乳液質(zhì)量8%娃烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質(zhì)量0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮?dú)?，?°C攪拌反應(yīng)2h，反應(yīng)后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來(lái)將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質(zhì)量比20:1混合后放入分散機(jī)中在900r/min轉(zhuǎn)速下分散20min，分散后裝入燒瓶中，并向燒瓶中通入70°C的水蒸汽，通入量為10L/min，通入1min后停止通入水蒸氣，得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物;最后取金屬基材，先對(duì)基體表面進(jìn)行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進(jìn)行超聲清洗1min，再用去離子水清洗表面3次，用吹風(fēng)機(jī)吹干表面，將上述復(fù)合物均勻涂覆在干燥的金屬基材表面，涂覆厚度為1.2mm放入60 °C的烘箱中干燥1h，干燥后再在120 °C下固化2h，即可得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。
[0016]本發(fā)明制得的硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層厚度為1.2mm，將涂層在蒸餾水中浸泡30天后，其吸水率0.35%，接觸角130°，抗沖強(qiáng)度為90kg/cm，抗氧化溫度為1050°C，抗剝離強(qiáng)度30N/mm，摩擦系數(shù)為0.8。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)按重量份數(shù)計(jì)，分別選取30?40份聚己二酸乙二醇酯二元醇、15?20份二羥甲基丙酸、20?30份I，4-丁二醇、2?3份N-甲基吡咯烷酮和3?5份異佛爾酮二異氰酸酯，先將聚己二酸乙二醇酯二元醇真空脫水處理20?30min，脫水后裝有四口燒瓶中，并將燒瓶放入油浴鍋中，升高溫度至100?105°C后依次向燒瓶中加入二羥甲基丙酸和I，4_丁二醇，保溫?cái)嚢璺磻?yīng)I?2h，反應(yīng)后降低溫度至70?80 °C，并加入N-甲基吡咯烷酮和、異佛爾酮二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌反應(yīng)2?3h; (2)上述反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，加入反應(yīng)物總質(zhì)量3?5%三乙胺中和25?30min，中和后加入總質(zhì)量5?10%去離子水高速剪切乳化20?30min，得改性水性聚氨酯乳液； (3)取上述改性水性聚氨酯乳液裝入三口燒瓶中，并加入乳液質(zhì)量5?8%硅烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質(zhì)量0.5?0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮?dú)?，在O?5 °C攪拌反應(yīng)I?2h，反應(yīng)后得硅氧烷基化水性聚氨酯； (4)將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質(zhì)量比20:1混合后放入分散機(jī)中在800?900r/min轉(zhuǎn)速下分散15?20min，分散后裝入燒瓶中，并向燒瓶中通入60?70°C的水蒸汽，通入量為5?10L/min，通入5?1min后停止通入水蒸氣，得硅氧烷基化水性聚氨酯含納米氧化鋅的復(fù)合物； (5)取金屬基材，先對(duì)基體表面進(jìn)行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進(jìn)行超聲清洗5?1min，再用去離子水清洗表面2?3次，用吹風(fēng)機(jī)吹干表面，將上述復(fù)合物均勻涂覆在干燥的金屬基材表面，涂覆厚度為0.8?1.2mm，放入40?60°C的烘箱中干燥8?1h，干燥后再在110?120°C下固化I?2h，即可得到硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層。
【文檔編號(hào)】C08G18/66GK106010204SQ201610462045
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】袁春華, 張明, 王統(tǒng)軍
【申請(qǐng)人】袁春華