[发明专利]一种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料及其制备方法。

背景技术

在我国近十几年来，平均每年因建筑物失火造成的火灾就约有3～4万起，死亡人数达3千人左右，火灾损失超过2亿元。因此研发具有阻燃性涂料具有重要意义及巨大的市场前景。

阻燃涂料是指涂刷在基材表面，阻止火焰蔓延传播或隔离火源，降低被涂材料表面的可燃性，阻止火灾的迅速蔓延，提高耐火极限的一种功能性涂料。阻燃涂料包括两部分：基料以及阻燃物质。按其防火形式及组成来分，可分为非膨胀型和膨胀型两大类。目前国内外使用最为广泛的阻燃涂料是膨胀型阻燃涂料，在有火焰以及高温的情况下，可产生比原涂层厚几十甚至上百倍的不易燃的黑色蜂窝状的炭化层，可有效地隔绝热源进一步进入涂膜内部起到保护基材的作用。同时，产生不燃性气体，如二氧化碳、氨气和水蒸汽等气体降低了可燃性气体的和空气中氧气的浓度，从而起到防火、阻燃作用。它主要由成膜物质(树脂基料)、脱水催化剂、成炭剂、发泡剂、颜填料、助剂和分散介质组成。而按成膜物质可分为水性和油性的膨胀型阻燃涂料。

相比油性的膨胀型阻燃涂料，水性的膨胀型阻燃涂料以水为分散介质，具有低VOC、无毒无害、安全、节能的效果。水性聚氨酯具有流平、成膜性好、耐候、耐磨以及柔韧性等性能，因此选择聚氨酯作为水性的膨胀型阻燃涂料的基料。我们选用自产的高成碳性的碳酸亚丙酯二醇作为合成水性聚氨酯的原料，其自身氧指数在24-26％有利于阻燃效果的提升。相比油性聚氨酯树脂，水性聚氨酯在使用过程中仍存在涂膜硬度较低、表面光泽度不高、不耐水等缺点，需要对其进行改性。我们选用环氧树脂与水性聚氨酯预聚物进行共聚改性，旨在提高其硬度、耐溶剂以及耐水性能。而对于阻燃剂，选用聚磷酸铵作为脱水剂、三聚氰胺作为发泡剂和季戊四醇作为碳源，将这些阻燃剂与合成的环氧树脂改性水性聚氨酯乳液共混制备环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料。

发明内容

本发明提供一种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料及其制备方法，它解决了水性聚氨酯阻燃涂料的涂膜硬度较低、表面光泽度不高、不耐水等技术问题，它具有耐火时间长、阻燃性好、无毒无害、安全、节能等优点。

一种环氧树脂改性的水性聚氨酯阻燃涂料，其由以下组分按以下重量百分数比配制而成：

所述的水性聚氨酯乳液由以下组分按以下重量百分数比配制而成：

进一步地，所述的亲水扩链剂为乙二氨基磺酸钠(X506)、己二酸二酰肼(ADH)或2，2-双羟甲基丙酸的一种。

所述的亲水扩链剂优选2，2-双羟甲基丙酸。

进一步地，所述的二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二异氰酸酯有异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)中的一种。

所述的二异氰酸酯类单体优选六亚甲基二异氰酸酯(HDI)。

进一步地，所述的小分子扩链剂为二元醇或二元胺。所述的二元醇为乙二醇、丁二醇，所述的二元胺为乙二胺、丁二胺中的一种。

所述的小分子扩链剂优选丁二醇。

进一步地，所述的中和剂为三乙胺、氨水或氢氧化钠中的一种。

所述的中和剂优选三乙胺。

进一步地，所述的环氧树脂为缩水甘油醚或缩水甘油酯环氧树脂。

所述的环氧树脂优选E-51、711或TDE-85中一种。

所述的环氧树脂优选E-44。

进一步地，所述水性聚氨酯乳液按照如下方法制备：

在装有搅拌器、温度计、冷凝装置以及通有氮气保护的五口烧瓶中，加入7.5-17.5wt％碳酸亚丙酯二醇，在搅拌速率为300-500rmp下加热至50-60℃，然后加入1-5wt％亲水扩链剂和0.1-0.5wt％二月桂酸二丁基锡和14-24.4wt％二异氰酸酯，接着升温至70-85℃，反应1.5-3h，缓慢加入2-8wt％的小分子扩链剂，保持70-85℃，反应0.5-1h，之后加入2-6wt％环氧树脂，保持70-85℃反应0.5-1h；之后降至室温，用15-30min将1-5wt％的中和剂滴入反应体系中，然后加入45-53wt％的水和2-6wt％的丙酮，升高搅拌速率至1000-1500rmp，搅拌0.5-1h，最后真空减蒸抽去丙酮。

进一步地，所述的阻燃剂是由聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇按质量比为3-6：1-3：2-1混合而成的。