專利名稱：一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料及其制備方法，屬于精細化工領域。
背景技術：
防火涂料是指涂裝在物體表面，可防止火災發(fā)生，阻止火勢蔓延傳播或隔離火源， 延長基材著火時間或增加絕熱性能以推遲結構破壞時間的一類涂料。隨著科學技術的發(fā)展，工業(yè)向大型化以及建筑向集群化、高層化的發(fā)展，防火涂料的應用越來越廣泛，人們對其要求也越來越高，防火涂料會具有更加廣闊的應用領域和發(fā)展前景。按用途和使用對象的不同防火涂料可分為飾面型防火涂料、電纜防火涂料、鋼結構防火涂料等。在環(huán)保法規(guī)日益完善，人們對環(huán)境污染及人身健康日益重視的今天，溶劑型涂料的使用受到越來越嚴格的限制，所以開發(fā)水性防火涂料具有重要的意義。目前我國市場上的水性防火涂料以飾面型防火涂料和厚漿型防火涂料為主，從成膜物性質上大體可分為如下幾類
(1)聚合物乳液型，成膜物為苯丙乳液、純丙乳液、醋酸乙烯乳液等，添加膨脹型阻燃劑及其他材料制成。此類涂料目前應用較為廣泛，但是水性涂料在耐水性、附著力等方面與溶劑型涂料相比有明顯的不足。(2)水溶性樹脂型，其中脲醛-三聚氰胺樹脂較具代表性，其具有綜合性能良好， 此類樹脂經添加阻燃劑防火性能良好，但由于其甲醛含量較高難以滿足環(huán)保要求，故其發(fā)展前景并不被看好。(3)無機粘合劑型，這類涂料以硅酸鹽水泥、氫氧化鎂或其他無機高溫粘合劑為基料，添加膨脹珍珠巖、礦棉及其他化學助劑和水等組成，以非膨脹型為主，其缺點是用量大， 涂層厚，且涂層的理化性能存在一些難以克服的不足，其應用受到限制。聚氨酯涂料具有優(yōu)越的物理機械性能，但其限氧指數(shù)低僅為17. 3%屬易燃物質， 故開發(fā)聚氨酯防火涂料相對難度大，目前市場上聚氨酯防火涂料所占比例很低。所以開發(fā)高性能的水性聚氨酯防火涂料具有十分重要的價值和意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明的一個目的是提供一種
耐水性好、附著力強、防火性能優(yōu)越的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，該涂料包括以下組分及質量份數(shù)
聚碳酸亞丙酯多元醇100份
二異氰酸酯15 30份
催化劑0. 1 0. 2份
非離子擴鏈劑0 3份離子型擴鏈劑中和劑硅烷偶聯(lián)劑助劑阻燃劑鈣基膨潤土分散劑IW
1 10份 200 350份 40 140份 10 50份
1 3份。
2 8份 1 6份其中，所述的聚碳酸亞丙酯多元醇為聚碳酸亞丙酯二元醇；
所述的二異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯TDI、4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯MDI、異佛爾酮二異氰酸酯IPDI、1，6-己二異氰酸酯HDI、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯HMDI中的任意一種；
所述催化劑的為二月桂酸二丁基錫；
所述的非離子擴鏈劑包括1，4-丁二醇、1，6-己二醇、乙二胺、二乙烯三胺中的任意一
種；
所述的離子型擴鏈劑包括二羥甲基丙酸或1，2_ 二羥基-3-丙磺酸； 所述的中和劑包括三乙胺或氨水；
所述的硅烷偶聯(lián)劑包括Y -氨丙基三乙氧基硅烷ΚΗ-550、Ν- β -氨已基-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷602、3_縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷ΚΗ-560中的任意一種； 所述的助劑包括有機溶劑和去離子水，所述有機溶劑包括丙酮或N甲基吡咯烷酮； 所述的阻燃劑包括聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇，三者質量之比為2:1:1。本發(fā)明的另一目的是提供一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料的制備方法， 該方法包括以下步驟
(一)水性聚氨酯的制備
(1)向反應釜中加入計量的聚碳酸亞丙酯多元醇，100°c抽真空脫水30 60min，降溫 M 40 0C ；
(2)向反應釜中加入計量的離子型擴鏈劑和催化劑，通氮氣保護，攪拌均勻后升溫至 60 0C ；
(3)向反應釜中加入計量的二異氰酸酯，控制溫度為60 80°C，反應1 4小時；
(4)向反應釜中加入計量的非離子型擴鏈劑，控制溫度為65 85°C,反應1 3小時；
(5)降溫至室溫，向反應釜中加入計量的硅烷偶聯(lián)劑反應15 45min；
(6)向反應釜中加入計量的中和劑攪拌乳化15min，加入適量的去離子水進行強烈攪拌乳化lOmin，控制乳液含固量為30 50%，并調節(jié)乳液pH值為7 8 ；
(7)出料，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液；
(二)防火涂料的制備
(8)向乳化釜中加入適量的去離子水，升溫至50 70°C；
(9)向乳化釜中加入計量的阻燃劑、鈣基膨潤土、分散劑IW，攪拌15 45min；
(10)向乳化釜中加入上述制得的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液，在溫度50 70°C 下攪拌30 60min ；
(11)將上述體系轉入剪切乳化機或研磨機處理45-75min；(12)出料，包裝得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料。本發(fā)明采用遇火高成碳性的二氧化碳和環(huán)氧丙烷的聚合產物聚碳酸亞丙酯多元醇制備水性聚氨酯涂料，并添加阻燃劑制備具有防火性能優(yōu)越的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料。碳酸亞丙酯基水性聚氨酯涂料耐水解性較差，當涂料中引入聚磷酸銨膨脹型阻燃劑會導致防火涂料的耐水性能急劇下降，水性聚氨酯防火涂料涂覆在玻璃板上烘干成膜后，在水中室溫浸泡5個小時劇烈溶脹并從玻璃板上脫落下來。采用Y-氨丙基三乙氧基硅烷ΚΗ-550、Ν- β -氨已基-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷602等硅烷偶聯(lián)劑對聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯的改性或者拼混應用，顯著提高產品的耐水解性，所制備的水性聚氨酯防火涂料具有良好的耐水性將水性聚氨酯防火涂料涂覆在玻璃上烘干成膜后，在水中浸泡72h，無明顯溶脹，粘合力無明顯變化。大板燃燒法測試表明，該水性聚氨酯防火涂料阻燃性達到一級。采用本發(fā)明制備的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料應用于木材、鋼結構等基材的表面涂裝，綜合應用性能好。
具體實施例方式實施例1
(一)水性聚氨酯的制備
(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水 40min，降溫至 40 0C ；
(2)將6g二羥甲基丙酸和0. 2g催化劑二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，攪拌均勻后，升溫至60°C ；
(3)向反應釜中加入20g甲苯二異氰酸酯TDI，反應釜升溫至70°C，保溫反應3小時，反應過程根據(jù)反應體系的粘度，可補充15g丙酮調節(jié)反應體系的粘度；
(4)向反應釜中加入2g的1，4-丁二醇擴鏈，反應釜升溫至80°C，保溫反應2小時；
(5)降溫至室溫，向反應釜中加入5.2g的Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550反應 30min ；
(6)向反應釜中加入3g三乙胺水溶液進行攪拌乳化15min，再加入200g去離子水強烈攪拌乳化lOmin，控制乳液含固量為30-50%，并調節(jié)乳液pH值為7-8 ；
(7)出料，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液；
(二)防火涂料的制備
(8)向乳化釜中加入IOOg去離子水，升溫至60°C；
(9)向乳化釜中加入IOOg阻燃劑，阻燃劑包括聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇，三者質量之比為2:1:1，聚磷酸銨的聚合度1000，向乳化釜中加入2g分散劑IW和20g鈣基膨潤土，攪拌 30min ；
(10)向乳化釜中加入步驟(7)得到的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液，60°C攪拌 40min ；
(11)將步驟(10)所得體系轉入剪切乳化機剪切60min；
(12)出料，包裝，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料。實施例2
(一)水性聚氨酯的制備(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水 60min，降溫至 40 0C ；
(2)將8g二羥甲基丙酸和0. 2g催化劑二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，攪拌均勻后，升溫至60°C ；
(3)向反應釜中加入30g的4，4，-二苯基甲烷二異氰酸酯MDI，反應釜升溫至80°C，保溫反應4小時，反應過程根據(jù)反應體系的粘度，可補充20g的N甲基吡咯烷酮調節(jié)反應體系的粘度；
(4)向反應釜中加入3g的1，6-己二醇擴鏈，反應釜升溫至85°C，保溫反應3小時；
(5)降溫至室溫，向反應釜中加入IOg的N-β -氨已基-γ -氨丙基甲基二甲氧基硅烷 602 反應 45min ；
(6)向反應釜中加入6g三乙胺水溶液進行攪拌乳化15min，再加入200g去離子水強烈攪拌乳化lOmin，控制乳液含固量為30-50%，并調節(jié)乳液pH值為7-8 ；
(7)出料，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液；
(二)防火涂料的制備
(8)向乳化釜中加入130g去離子水，升溫至70°C；
(9)向乳化釜中加入140g阻燃劑，阻燃劑包括聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇，三者質量之比為2:1:1 ；向乳化釜中加入3g分散劑Iff和50g鈣基膨潤土，攪拌45min;
(10)向乳化釜中加入步驟(7)得到的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液，70°C攪拌 60min ；
(11)將步驟(10)所得體系轉入剪切乳化機剪切75min；
(12)出料，包裝，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料。
實施例3
(一)水性聚氨酯的制備
(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水 30min，降溫至 40 0C ；
(2)將2g的1，2-二羥基-3-丙磺酸和0.Ig催化劑二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，攪拌均勻后，升溫至60°C ；
(3)向反應釜中加入15g異佛爾酮二異氰酸酯IPDI，反應釜升溫至60°C，保溫反應1小時，反應過程根據(jù)反應體系的粘度，可補充IOg丙酮調節(jié)反應體系的粘度；
(4)向反應釜中加入Ig的乙二胺擴鏈，反應釜升溫至65°C，保溫反應1小時；
(5)降溫至室溫，向反應釜中加入Ig的3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷KH-560 反應15min ；
(6)向反應釜中加入Ig氨水進行攪拌乳化15min，再加入120g去離子水強烈攪拌乳化 IOmin,控制乳液含固量為30-50%，并調節(jié)乳液pH值為7-8 ；
(7)出料，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液；
(二)防火涂料的制備
(8)向乳化釜中加入70g去離子水，升溫至50°C；
(9)向乳化釜中加入40g阻燃劑，阻燃劑包括聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇，三者質量之比為2:1:1 ；向乳化釜中加入Ig分散劑Iff和IOg鈣基膨潤土，攪拌15min ；(10)向乳化釜中加入步驟(7)得到的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液，50°C攪拌 30min ；
(11)將步驟(10)所得體系轉入剪切乳化機剪切45min；
(12)出料，包裝，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料。
實施例4
(一)水性聚氨酯的制備
(1)將IOOg分子量3500的聚碳酸亞丙酯二元醇加入反應釜中，100°C抽真空脫水 60min，降溫至 40 0C ；
(2)將6g二羥甲基丙酸和0. 2g催化劑二月桂酸二丁基錫在氮氣的保護下加入反應釜中，攪拌均勻后，升溫至60°C ；
(3)向反應釜中加入20g的1，6-己二異氰酸酯HDI，反應釜升溫至70°C，保溫反應3小時，反應過程根據(jù)反應體系的粘度，可補充15g丙酮調節(jié)反應體系的粘度；
(4)向反應釜中加入2g的二乙烯三胺擴鏈，反應釜升溫至80°C，保溫反應2小時；
(5)降溫至室溫，向反應釜中加入5.2g的Y-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550反應 30min ；
(6)向反應釜中加入3g三乙胺水溶液進行攪拌乳化15min，再加入200g去離子水強烈攪拌乳化lOmin，控制乳液含固量為30-50%，并調節(jié)乳液pH值為7-8 ；
(7)出料，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液；
(二)防火涂料的制備
(8)向乳化釜中加入IOOg去離子水，升溫至60°C；
(9)向乳化釜中加入IOOg阻燃劑，阻燃劑包括聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇，三者質量之比為2:1:1，聚磷酸銨的聚合度1000，向乳化釜中加入2g分散劑IW和20g鈣基膨潤土，攪拌 30min ；
(10)向乳化釜中加入步驟(7)得到的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液，60°C攪拌 30min ；
(11)將步驟(10)所得體系轉入剪切乳化機剪切75min；
(12)出料，包裝，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料。
權利要求
1.一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，該涂料包括以下組分及質量份數(shù)聚碳酸亞丙酯多元醇100份二異氰酸酯15 30份催化劑0. 1 0. 2份非離子擴鏈劑0 3份離子型擴鏈劑2 8份中和劑1 6份硅烷偶聯(lián)劑1 10份助劑200 350份阻燃劑40 140份膨潤土10 50份分散劑1 3份。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述聚碳酸亞丙酯多元醇為聚碳酸亞丙酯二元醇。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述二異氰酸酯包括甲苯二異氰酸酯TDI、4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯MDI、異佛爾酮二異氰酸酯IPDI、1，6-己二異氰酸酯HDI、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯HMDI中的任意一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述催化劑為二月桂酸二丁基錫。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述非離子擴鏈劑包括1，4-丁:M,6-己:〖、乙二胺、二乙烯三胺中的任意一種；所述離子型擴鏈劑包括二羥甲基丙酸或1，2_ 二羥基-3-丙磺酸t(yī)
6.根據(jù)權利要求1所述的-中和劑包括三乙胺或氨水。
7.根據(jù)權利要求1所述的-4中聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述4中聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述硅烷偶聯(lián)劑包括Y -氨丙基三乙氧基硅烷ΚΗ-550、Ν- β -氨已基-Y -氨丙基甲基二甲氧基硅烷602、3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷ΚΗ-560中的任意一種。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述助劑包括有機溶劑和去離子水，所述有機溶劑包括丙酮或N甲基吡咯烷酮。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料，其特征是所述阻燃劑包括聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇，三者質量之比為2:1:1。
10.一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料的制備方法，其特征是，該方法包括以下步驟(一)水性聚氨酯的制備(1)向反應釜中加入計量的聚碳酸亞丙酯多元醇，100°c抽真空脫水30 60min，降溫 M 40 0C ；(2)向反應釜中加入計量的離子型擴鏈劑和催化劑，通氮氣保護，攪拌均勻后升溫至 60 0C ；(3)向反應釜中加入計量的二異氰酸酯，控制溫度為60 80oC，反應1 4小時；(4)向反應釜中加入計量的非離子型擴鏈劑，控制溫度為65 85oC，反應1 3小時；(5)降溫至室溫，向反應釜中加入計量的硅烷偶聯(lián)劑反應15 45min；(6)向反應釜中加入計量的中和劑攪拌乳化15min，加入適量的去離子水進行強烈攪拌乳化IOmin，控制乳液含固量為30 50%，并調節(jié)乳液pH值為7 8 ；(7)出料，得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液； (二)防火涂料的制備(8)向乳化釜中加入適量的去離子水，升溫至50 70°C；(9)向乳化釜中加入計量的阻燃劑、鈣基膨潤土、分散劑IW，攪拌15 45min；(10)向乳化釜中加入上述制得的聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯乳液，在溫度50 70°C 下攪拌30 60min ；(11)將上述體系轉入剪切乳化機或研磨機處理45-75min；(12)出料，包裝得到聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚碳酸亞丙酯基水性聚氨酯防火涂料及其制備方法，是采用二氧化碳和環(huán)氧丙烷的聚合物--聚碳酸亞丙酯多元醇100份、芳香族二異氰酸酯15-30份、催化劑0.1～0.2份、具有活性氫的非離子型擴鏈劑0-3份、可形成親水性基團具有活性氫的離子型擴鏈劑2-8份、中和劑1～6份、硅烷偶聯(lián)劑1-10份、助劑200～350份、阻燃劑40～140份、膨潤土10～50份、分散劑1～3份制得防火涂料。該防火涂料耐水性好，附著力強，阻燃性達到一級，防火性能優(yōu)越，應用于木材、鋼結構等基材的表面涂裝，綜合應用能力強，使用前景廣闊。
文檔編號C09D175/04GK102241942SQ201110180540
公開日2011年11月16日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權日2011年6月30日
發(fā)明者徐玉華 申請人:江蘇中科金龍化工有限公司