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領域。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)劑加入催化劑進行反應，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。該方法操作簡便，反應溫和，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度，具有廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種硅氧烷基化水性聚氨酯阻燃涂層的制備方法
技術領域
[0001]本發(fā)明公開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領域。
【背景技術】
[0002]水性聚氨酯(WPU)以水為分散介質，具有無毒、環(huán)保、氣味小、安全可靠、節(jié)約能源等優(yōu)點，是一種新型的綠色環(huán)保材料，已廣泛應用于皮革涂飾、合成革涂飾、織物涂層、涂料、建筑保溫材料、泡沫等領域。
[0003]水性聚氨酯以水為分散劑，具有環(huán)境友好、無毒、安全等優(yōu)點。但功能性單一的水性聚氨酯在紡織品的涂飾應用上存在很多缺點，聚氨酯屬易燃材料，且燃燒速度快，放出熱量高，燃燒時還伴隨著可燃性熔滴，使火焰迅速傳播。如果不對其進行阻燃處理，將成為引發(fā)火災的潛在隱患，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配法和軟硬段改性法；
(1)共混復配法主要是以水性聚氨酯為基料，通過加入相關的阻燃劑、改性劑等輔料，使得水性聚氨酯乳膠粒對阻燃成分進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水性聚氨酯的軟段和硬段進行阻燃改性，將阻燃元素作為反應單體，最后成為水性聚氨酯結構單元的一部分，但通常阻燃成分為鹵素，但是鹵素在燃燒時會放出大量有毒氣體，發(fā)煙量大，對于環(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，也能滿足人們對材料的需求，具有巨大的經(jīng)濟和社會效益前景，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)明內容】

[0006]本發(fā)明主要解決的技術問題:針對目前水性聚氨酯雖具有環(huán)境友好、無毒、安全等優(yōu)點，但其耐候性低，吸水率高，抗沖強度和阻燃性能差，加入的阻燃劑在燃燒過程中會放出大量有毒氣體，對于環(huán)境和人體危害嚴重的現(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)劑加入催化劑進行反應，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。該方法操作簡便，反應溫和，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度，具有廣泛的應用前景。
[0007 ]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是: (1)按重量份數(shù)計，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，保溫攪拌反應I?2h，反應后降低溫度至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2?3h;
(2)上述反應結束后冷卻至室溫，加入反應物總質量3?5%三乙胺中和25?30min，中和后加入總質量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，并加入乳液質量5?8%硅烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質量0.5?0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮氣，在O?5 °C攪拌反應I?2h，反應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量比20:1混合后放入分散機中在800?900r/min轉速下分散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合物；
(5)取金屬基材，先對基體表面進行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進行超聲清洗5?1min，再用去離子水清洗表面2?3次，用吹風機吹干表面，將上述復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°，抗沖強度為85?901^/011，抗氧化溫度為1000?1050°(:，抗剝離強度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)明方法獨特，操作簡便，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，可抗溫度達到1000?1050°C ；
(3)本發(fā)明制備工藝新穎，具有廣泛的應用前景。
【具體實施方式】
[0010]
首先按重量份數(shù)計，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，保溫攪拌反應I?2h，反應后降低溫度至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2?3h;上述反應結束后冷卻至室溫，加入反應物總質量3?5%三乙胺中和25?30min，中和后加入總質量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，并加入乳液質量5?8%娃烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質量0.5?0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮氣，在O?5 °C攪拌反應I?2h，反應后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質量比20:1混合后放入分散機中在800?900r/min轉速下分散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合物;最后取金屬基材，先對基體表面進行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進行超聲清洗5?lOmin，再用去離子水清洗表面2?3次，用吹風機吹干表面，將上述復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]實例I
首先按重量份數(shù)計，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，保溫攪拌反應lh，反應后降低溫度至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2h;上述反應結束后冷卻至室溫，加入反應物總質量3%三乙胺中和25min，中和后加入總質量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，并加入乳液質量5%娃烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質量0.5%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮氣，在O °(:攪拌反應Ih，反應后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質量比20:1混合后放入分散機中在800r/min轉速下分散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合物;最后取金屬基材，先對基體表面進行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進行超聲清洗5min，再用去離子水清洗表面2次，用吹風機吹干表面，將上述復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°，抗沖強度為85kg/cm，抗氧化溫度為1000°C，抗剝離強度25N/mm，摩擦系數(shù)為0.5。
[0013]實例2
首先按重量份數(shù)計，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，保溫攪拌反應1.5h，反應后降低溫度至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2.5h;上述反應結束后冷卻至室溫，加入反應物總質量4%三乙胺中和28min，中和后加入總質量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，并加入乳液質量7%硅烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質量0.6%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮氣，在:TC攪拌反應1.5h，反應后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質量比20:1混合后放入分散機中在850r/min轉速下分散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合物;最后取金屬基材，先對基體表面進行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進行超聲清洗8min，再用去離子水清洗表面2次，用吹風機吹干表面，將上述復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°，抗沖強度為87kg/cm，抗氧化溫度為1020°C，抗剝離強度27N/mm，摩擦系數(shù)為0.6。
[0015]實例3
首先按重量份數(shù)計，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，保溫攪拌反應2h，反應后降低溫度至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3h;上述反應結束后冷卻至室溫，加入反應物總質量5%三乙胺中和30min，中和后加入總質量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，并加入乳液質量8%娃烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質量0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮氣，在5°C攪拌反應2h，反應后得硅氧烷基化水性聚氨酯;接下來將上述硅氧烷基化水性聚氨酯和鋅醇鹽按質量比20:1混合后放入分散機中在900r/min轉速下分散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合物;最后取金屬基材，先對基體表面進行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進行超聲清洗1min，再用去離子水清洗表面3次，用吹風機吹干表面，將上述復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°，抗沖強度為90kg/cm，抗氧化溫度為1050°C，抗剝離強度30N/mm，摩擦系數(shù)為0.8。
【主權項】
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，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，保溫攪拌反應I?2h，反應后降低溫度至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2?3h; (2)上述反應結束后冷卻至室溫，加入反應物總質量3?5%三乙胺中和25?30min，中和后加入總質量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，并加入乳液質量5?8%硅烷偶聯(lián)劑KH560和乳液質量0.5?0.8%N，N-二甲基甲酰胺，放入冰水浴中，并向燒瓶中通入氮氣，在O?5 °C攪拌反應I?2h，反應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量比20:1混合后放入分散機中在800?900r/min轉速下分散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合物； (5)取金屬基材，先對基體表面進行打磨、拋光，拋光后的金屬基材浸入在丙酮中進行超聲清洗5?1min，再用去離子水清洗表面2?3次，用吹風機吹干表面，將上述復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】C08G18/66GK106010204SQ201610462045
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】袁春華, 張明, 王統(tǒng)軍
【申請人】袁春華