本發(fā)明屬于阻燃涂料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
近幾年來(lái)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，人們的居住環(huán)境得到不斷改善，但是由于絕大部分的建筑沒(méi)有采用節(jié)能結(jié)構(gòu)及節(jié)能材料，因此在我國(guó)社會(huì)總能耗中，建筑能耗占了很大的比重，研究和開(kāi)發(fā)建筑節(jié)能隔熱材料從而減少建筑能耗已成為當(dāng)前社會(huì)刻不容緩的問(wèn)題。另外，目前建筑涂料多是以溶劑型為主的涂料，因而在使用過(guò)程中給生活環(huán)境帶來(lái)了巨大的污染，當(dāng)前環(huán)保問(wèn)題也是全社會(huì)面臨的一個(gè)比較嚴(yán)峻的問(wèn)題，
國(guó)外節(jié)能隔熱涂料起步較早，早在上紀(jì)七八年代就有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)出由丙烯酸乳液為基料及復(fù)合材料為填充料制成的涂料，它可以用于金屬表面起到絕緣和隔熱的作用。除此之外國(guó)外在建筑物上應(yīng)用節(jié)能隔熱涂料以降低能耗方面也做了很多的工作。Cagliostro等人研制出的一種具有阻燃效果的有機(jī)硅防水涂料，其制備方法是通過(guò)化學(xué)氣相蒸發(fā)的技術(shù)，將含有無(wú)機(jī)陶瓷填充料的有機(jī)硅溶液蒸發(fā)，有機(jī)物揮發(fā)掉之后留下一層由無(wú)機(jī)的陶瓷形成的堅(jiān)硬膜，涂層的防水和阻燃的效果比較明顯；Levinson等人研制的近紅外反射涂料，不但能起到節(jié)能隔熱的作用，還改善傳統(tǒng)涂料易燃的問(wèn)題。
我國(guó)的阻燃涂料的發(fā)展是從上個(gè)世紀(jì)的八十年代開(kāi)始的，雖然沒(méi)有國(guó)外如美國(guó)、日本等一些發(fā)達(dá)國(guó)家研究的早，但是我國(guó)也取得了一些成果。如王德民等人研究的高紅外反射的阻燃隔熱涂料，其以水性丙烯酸乳液作為基料，以高紅外光反射率的物質(zhì)作為填料制備而成的，結(jié)果表明，合適的選擇一些填料如六鈦酸鉀晶須以及特殊晶型的鈦白粉等作為填充料制備的涂料隔熱效果比較明顯。陳建華等人研制的復(fù)合型的外墻阻燃涂料，其制備的節(jié)能阻燃涂料的熱能反射率高達(dá)91.67％，反射熱效果明顯。向波等人以有機(jī)的乳液和無(wú)機(jī)的硅溶膠為基料，采用了新的復(fù)合涂層技術(shù)制備了建筑阻燃涂料，此類涂料節(jié)能隔熱效果良好。
從目前的研究結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，目前研究的隔熱阻燃涂料多為溶劑型有機(jī)硅或丙烯酸酯類，這些涂料在使用過(guò)程中普遍存在耐磨性差，硬度低，最為重要的是其對(duì)環(huán)境危害性大和阻燃效果不良。另外目前研究的聚氨酯阻燃涂料多為不可降解以及物理共混型材料，其在使用過(guò)程中易燃存在環(huán)境污染和阻燃效果差的不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)將二異氰酸酯，多元醇，親水化合物，阻燃劑，在溶劑和催化劑的作用下反應(yīng)，得到了具有綠色環(huán)?？山到夂妥枞嫉男Ч耐苛?。
具體的，本發(fā)明提供的環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，由以下摩爾份數(shù)的原料制備而成：
二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴(kuò)鏈劑9～37份；
所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，
其中，R選自H、羥甲基或含1～10個(gè)碳原子的烷基。
優(yōu)選地，所述二異氰酸酯為脂肪族二異氰酸酯、脂環(huán)族二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯中的一種或它們的混合物。
更優(yōu)選地，所述脂肪族二異氰酸酯選自四亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、八亞甲基二異氰酸酯中的任意一種，所述脂環(huán)族二異氰酸酯選自1,4-二異氰酸酯環(huán)己烷或1,3-二異氰酸酯環(huán)己烷，所述芳香族二異氰酸酯是2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、四甲基二甲苯二異氰酸酯中的任意一種。
優(yōu)選地，所述多元醇為植物油、淀粉、纖維素中的任意一種。
更優(yōu)選地，所述植物油為蓖麻油、棕櫚油、妥兒油、大豆油中的任意一種。
優(yōu)選地，所述親水化合物為二羥甲基丙酸。
優(yōu)選地，本發(fā)明還提供了該環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料的制備方法，包括如下步驟：
S1：按以下摩爾份數(shù)分別稱取二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴(kuò)鏈劑9～37份，備用；
S2：將二異氰酸酯、親水化合物和阻燃劑充分混合，在親水性溶劑的作用下，或親水性溶劑與催化劑的共同作用下，于60～95℃反應(yīng)，反應(yīng)2～4小時(shí)，加入多元醇，繼續(xù)反應(yīng)2～3小時(shí)，中和羧酸基團(tuán)，再加入水?dāng)U散，加入擴(kuò)鏈劑，在65℃繼續(xù)反應(yīng)，直到-NCO基團(tuán)反應(yīng)完畢，得到產(chǎn)物聚氨酯阻燃涂料。
更優(yōu)選地，所述催化劑為辛酸亞錫，所述催化劑的用量為所述二異氰酸酯、多元醇、親水化合物、阻燃劑質(zhì)量總和的0～0.1％。
更優(yōu)選地，所述溶劑為丙酮或N-甲基吡咯烷酮，所述擴(kuò)鏈劑為乙二胺或乙二醇。
更優(yōu)選地，通過(guò)三乙胺、二甲基乙醇胺、甲基二異丙基胺中的任意一種來(lái)中和羧酸基團(tuán)。
本發(fā)明提供的聚氨酯阻燃涂料，為可降解涂料，該涂料成膜效果好，能在室溫下儲(chǔ)存超過(guò)一年，成本低廉，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
以下實(shí)施例中所用的各原料均為市售商品，均可通過(guò)商業(yè)途徑購(gòu)買(mǎi)獲得。
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，由以下摩爾份數(shù)的原料制備而成：二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴(kuò)鏈劑9～37份；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，
其中，R選自H、羥甲基或含1～10個(gè)碳原子的烷基。
需要說(shuō)明的是，上述二異氰酸酯為脂肪族二異氰酸酯、脂環(huán)族二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯中的一種或他們的混合物；上述多元醇為植物油、淀粉、纖維素中的任意一種；上述親水化合物為二羥甲基丙酸，親水化合物的作用是為了形成的聚合物結(jié)構(gòu)中含有親水的基團(tuán)，如羧基，從而形成水性聚合物。
基于相同的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了該聚氨酯阻燃涂料的具體制備方法，包括如下步驟：
S1：按以下摩爾份數(shù)分別稱取二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴(kuò)鏈劑9～37份，備用；
S2：將二異氰酸酯、親水化合物和阻燃劑充分混合，在親水性溶劑的作用下，或親水性溶劑與催化劑的共同作用下，于60～95℃反應(yīng)，反應(yīng)2～4小時(shí)，加入多元醇，繼續(xù)反應(yīng)2～3小時(shí)，中和羧酸基團(tuán)，再加入水?dāng)U散，加入擴(kuò)鏈劑，在65℃繼續(xù)反應(yīng)，直到-NCO基團(tuán)反應(yīng)完畢，得到產(chǎn)物聚氨酯阻燃涂料。
需要說(shuō)明的是，上述催化劑為辛酸亞錫，催化劑的用量為二異氰酸酯、多元醇、親水化合物、阻燃劑、擴(kuò)鏈劑質(zhì)量總和的0～0.1％；而上述溶劑為丙酮或N-甲基吡咯烷酮，擴(kuò)鏈劑為乙二胺或乙二醇。
以下就具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
實(shí)施例1
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.1mol，蓖麻油0.04mol，二羥甲基丙酸0.02mol，阻燃劑0.02mol，乙二醇0.02mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為乙基。
具體制備時(shí)，將17.41g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.1mol)，2.68g二羥甲基丙酸(0.02mol)，5.11g阻燃劑(0.02mol)以及25g丙酮在60℃攪拌和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，反應(yīng)3小時(shí)，加入37.34g蓖麻油(0.04mol)，反應(yīng)3小時(shí)，降到40℃，加入2.02g三乙胺(0.02mol)中和，反應(yīng)20min左右后加入水153.53g，10min左右升溫至65℃，加入1.24g乙二醇(0.02mol)擴(kuò)鏈，得到均勻穩(wěn)定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實(shí)施例2
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,6-甲苯二異氰酸酯0.08mol，蓖麻油0.02mol，二羥甲基丙酸0.028mol，阻燃劑0.004mol，乙二醇0.028mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為甲基。
具體制備時(shí)，將13.93g的2,6-甲苯二異氰酸酯(0.08mol)，3.76g二羥甲基丙酸(0.028mol)，0.91g的阻燃劑(0.004mol)以及20g丙酮在80℃攪拌和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，反應(yīng)2.5小時(shí)，降溫至50℃加入18.67g蓖麻油(0.02mol)升溫至80℃，反應(yīng)2小時(shí)，降到40℃，加入2.83g三乙胺(0.028mol)中和，反應(yīng)20min左右后加入水97.63g，10min左右升溫至65℃，加入1.74g乙二醇(0.028mol)擴(kuò)鏈，得到均勻穩(wěn)定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實(shí)施例3
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.1mol，大豆油0.026mol，二羥甲基丙酸0.03mol，阻燃劑0.035mol，乙二醇0.009mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為乙基。
具體制備時(shí)，將17.41g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.1mol)，4.02g二羥甲基丙酸(0.03mol)，8.93g的阻燃劑(0.035mol)以及25g丙酮在90℃攪拌和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，反應(yīng)3小時(shí)，降溫至55℃加入22.88g大豆油(0.026mol)升溫至85℃，反應(yīng)2小時(shí)，降到40℃，加入3.04g三乙胺(0.03mol)中和，反應(yīng)20min左右后加入水132.63g，10min左右升溫至65℃，加入0.56g乙二醇(0.009mol)擴(kuò)鏈，得到均勻穩(wěn)定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實(shí)施例4
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.12mol，蓖麻油0.0072mol，二羥甲基丙酸0.042mol，阻燃劑0.0264mol，乙二醇0.0444mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為H。
具體制備時(shí)，將20.90g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.12mol)，5.63g二羥甲基丙酸(0.042mol)，5.26g阻燃劑(0.0264mol)以及20g丙酮在95℃攪拌和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，反應(yīng)2小時(shí)，降溫至50℃加入6.72g蓖麻油(0.0072mol)再升溫至95℃，反應(yīng)2小時(shí)，降到40℃，加入4.25g三乙胺(0.042mol)中和，反應(yīng)20min左右后加入水106.21g，10min左右升溫至65℃，加入2.76g乙二醇(0.0444mol)擴(kuò)鏈，得到均勻穩(wěn)定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實(shí)施例5
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,6-甲苯二異氰酸酯0.15mol，大豆油0.0375mol，二羥甲基丙酸0.015mol，阻燃劑0.045mol，乙二醇0.0525mol，該阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為H。
將26.12g的2,6-甲苯二異氰酸酯(0.15mol)，2.01g的二羥甲基丙酸(0.015mol)，8.96g阻燃劑(0.045mol)以及20gN-甲基吡咯烷酮在70℃攪拌和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，反應(yīng)4小時(shí)，降溫至50℃加入33.00g大豆油(0.0375mol)，升溫至75℃反應(yīng)3小時(shí)，降到40℃，加入1.52g三乙胺(0.015mol)中和，反應(yīng)20min左右后加入水174.70g，10min左右升溫至65℃，加入3.26g乙二醇(0.0525mol)擴(kuò)鏈，得到均勻穩(wěn)定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實(shí)施例6
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.05mol，蓖麻油0.015mol，二羥甲基丙酸0.011mol，阻燃劑0.01mol，乙二醇0.014mol，該阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為(CH2)9CH3。
具體制備時(shí)，將8.71g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.05mol)，1.48g二羥甲基丙酸(0.011mol)，4.49g的阻燃劑(0.01mol)以及20g丙酮在85℃攪拌和氮?dú)獗Ｗo(hù)下，反應(yīng)2小時(shí)，降溫至50℃加入14.00g蓖麻油(0.015mol)，升溫至85℃反應(yīng)2小時(shí)，降到40℃，加入1.11g三乙胺(0.011mol)中和，反應(yīng)20min左右后加入水71.54g，10min左右升溫至65℃，加入0.87g乙二醇(0.014mol)擴(kuò)鏈，得到均勻穩(wěn)定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實(shí)施例7
一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成與實(shí)施例5相同，不同之處僅在于，該阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為羥甲基。
具體制備方法也與實(shí)施例6相同，不同之處僅在于，各組分充分混合后，在親水性溶劑與催化劑的共同作用下進(jìn)行反應(yīng)，該催化劑為辛酸亞錫，催化劑的用量為二異氰酸酯、多元醇、親水化合物、阻燃劑、擴(kuò)鏈劑質(zhì)量總和的0.1％。
實(shí)施例1-7制得的聚氨酯阻燃涂料為可降解涂料，該涂料成膜效果好，在使用過(guò)程中耐磨性好，硬度高，阻燃效果好，是一種環(huán)境友好聚氨酯阻燃涂料。
以上所述實(shí)施例僅是為充分說(shuō)明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，其保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。