CN102618162A - 一种阻燃涂料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻燃涂料的制备方法。本方法首先将多元醇、聚磷酸铵和蒙脱土混合搅拌，加入二异氰酸酯、二羟甲基丙酸和催化剂，反应后得到预聚体；将1,4-丁二醇加入预聚体中，反应后得到中和体；中和体降温后加入三乙胺反应，再加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，搅拌后得到乳化液；将乳化液转移到模板中，成型得到阻燃涂料。本发明方法将聚氨酯作为成膜物质、纳米微晶纤维素作为成炭剂、聚磷酸铵作为酸源和气源，蒙脱土起到增强作用。本发明方法制备的阻燃涂料无污染、安全可靠、机械性能优良，加热分解时不会有卤化氢等腐蚀性气体放。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃涂料的制备方法，具体涉及一种膨胀型水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法。
背景技术
目前在室内装修中木质材料及涂料用量逐年递增，由于木质材料和有些涂料本身的可燃性和易燃性，必然存在火灾隐患。近年来，由于装饰材料的大量使用，这种火灾呈上升趋势。制备新型的不燃、难燃、低毒装饰材料，受到国家有关部门的高度重视。
水性聚氨酯材料以水为溶剂，具有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点，具有优良的性能，在涂料应用方面很有发展前途，但聚氨酯材料可燃易燃，在燃烧时会放出HCN、CO等有毒气体，这大大限制了其应用范围。因此，提高阻燃性能将成为水性聚氨酯的重要的研究方向。
纤维素是地球上大量存在的可再生资源，随着石油等资源的枯竭，可再生资源越来越受到人们的关注，如何利用纤维素等生物基材料将成为人们研究的热点问题。
在已公开的专利中，把纤维素用于阻燃的文献报道比较少。专利CN102321488A公开了一种纤维素衍生物微胶囊化无卤阻燃剂，并没有把纤维素直接作为阻燃剂使用。专利CN101885871A公开了一种阻燃纤维素增强复合材料，利用改性或者未改性的纤维素来增强复合材料界面之间的作用力，从而提高材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃涂料的制备方法，该方法将纳米微晶纤维素作为新型成炭剂引入到体系中，从而制备综合性能优异的阻燃涂料。
该方法是以多元醇、聚磷酸铵、蒙脱土、二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇、三乙胺、纳米微晶纤维素为原料经过预聚、中和、乳化、成型得到，具体步骤是：
步骤(1).将多元醇、聚磷酸铵和蒙脱土按照质量比(5.84～16.2)：(0.9～1.8)：1混合，搅拌3～4h，然后加入二异氰酸酯、二羟甲基丙酸和催化剂，60～80℃条件下反应3～5h，得到预聚体；加入的二异氰酸酯与蒙脱土的质量比为(6.3～11.82)：1，加入的二羟甲基丙酸与蒙脱土的质量比为(0.8～1.8)：1，加入的催化剂与蒙脱土的质量比为(0.01～0.03)：1；
多元醇采用聚乙二醇、聚丙二醇、蓖麻油中的一种或多种；
二异氰酸酯采用异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、邻苯二异氰酸酯、间苯二甲撑二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯中的一种或多种；
催化剂采用二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；
步骤(2).将1,4-丁二醇加入预聚体中，60～80℃条件下反应1～3h，得到中和体；加入的1,4-丁二醇与蒙脱土的质量比为(0.56～0.9)：1；
步骤(3).将中和体降温至40～50℃，加入三乙胺反应1～2h，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1000～1500r/min的搅拌速度搅拌1～2h，得到乳化液；加入的三乙胺与蒙脱土的质量比为(0.6～1.38)：1，加入的纳米微晶纤维素水溶液中所含纳米微晶纤维素与蒙脱土的质量比为(0.6～1.25)：1；
纳米微晶纤维素分散处理的方法是将纳米微晶纤维素在去离子水中以1000～1500r/min的搅拌速度搅拌3～4h，得到纳米微晶纤维素水溶液；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，60～80℃条件下成型，得到阻燃涂料。
本发明方法中所用的纳米微晶纤维素有以下特点：首先，它的尺寸比较小，在基体材料中的分散性较好；其次，它是纳米级的纤维，长径比比较大，对于材料的力学性能具有增强作用；第三，它是一种多羟基材料，可以作为阻燃材料的成炭剂。本发明方法将聚氨酯作为成膜物质、纳米微晶纤维素作为成炭剂、聚磷酸铵作为酸源和气源，蒙脱土起到增强作用。
本发明方法制备的阻燃涂料，以水为介质，无污染、安全可靠、机械性能优良；该阻燃涂料不含有卤族元素，加热分解时不会有卤化氢等腐蚀性气体放出；本发明方法通过对聚氨酯进行阻燃处理，加热分解时不会放出HCN、CO等有毒气体，不会对周围环境、周围建筑物和人造成危害。
具体实施方式
实施例1：
步骤(1).将90克聚乙二醇、15克聚磷酸铵、15克蒙脱土混合搅拌3小时，再加入100.2克异佛尔酮二异氰酸酯、18克二羟甲基丙酸、0.15克二月桂酸二丁基锡，60℃条件下反应5小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，60℃条件下反应3小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至40℃，加入13.8克三乙胺反应2小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1000r/min的搅拌速度搅拌2小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1000r/min的搅拌速度搅拌4小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，70℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例2：
步骤(1).将162克聚丙二醇、15克聚磷酸铵、10克蒙脱土混合搅拌4小时，再加入118.2克二环己基甲烷二异氰酸酯、12克二羟甲基丙酸、0.3克辛酸亚锡，80℃条件下反应3小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，80℃条件下反应1小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至50℃，加入9克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1500r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1500r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，60℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例3：
步骤(1).将99克蓖麻油、12克聚磷酸铵、12克蒙脱土混合搅拌3.5小时，再加入112.8克二苯基甲烷二异氰酸酯、12克二羟甲基丙酸、0.2克二月桂酸二丁基锡，70℃条件下反应4小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，70℃条件下反应2小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至45℃，加入9克三乙胺反应2小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1200r/min的搅拌速度搅拌1.5小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1200r/min的搅拌速度搅拌3.5小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，80℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例4：
步骤(1).将72克聚乙二醇、54克聚丙二醇、18克聚磷酸铵、10克蒙脱土混合搅拌4小时，再加入72克对苯二异氰酸酯、12克二羟甲基丙酸、0.2克辛酸亚锡，80℃条件下反应4小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，75℃条件下反应2小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至42℃，加入9克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1300r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将6克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1400r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，75℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例5：
步骤(1).将60克聚乙二醇、27.5克蓖麻油、18克聚磷酸铵、12克蒙脱土混合搅拌3小时，再加入75.6克六亚甲基二异氰酸酯、18克二羟甲基丙酸、0.2克二月桂酸二丁基锡，60℃条件下反应4.5小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，75℃条件下反应3小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至48℃，加入13.8克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1000r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1000r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，65℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例6：
步骤(1).将90克聚丙二醇、27.5克蓖麻油、18克聚磷酸铵、10克蒙脱土混合搅拌3小时，再加入78克甲苯二异氰酸酯、18克二羟甲基丙酸、0.2克二月桂酸二丁基锡，60℃条件下反应4.5小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，75℃条件下反应3小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至48℃，加入13.8克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1200r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1100r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，65℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例7：
步骤(1).将30克聚乙二醇、45克聚丙二醇、27.5克蓖麻油、9克聚磷酸铵、10克蒙脱土混合搅拌4小时，再加入72克邻苯二异氰酸酯、18克二羟甲基丙酸、0.2克辛酸亚锡，80℃条件下反应4小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，75℃条件下反应2小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至45℃，加入13.8克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1200r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
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步骤(4).将乳化液转移到模板中，80℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例8：
步骤(1).将96克聚乙二醇、15克聚磷酸铵、12克蒙脱土混合搅拌3小时，再加入90克间苯二甲撑二异氰酸酯、16.2克二羟甲基丙酸、0.2克二月桂酸二丁基锡，60℃条件下反应5小时，得到预聚体；
步骤(2).将10.8克1,4-丁二醇加入预聚体中，60℃条件下反应3小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至40℃，加入12克三乙胺反应2小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1000r/min的搅拌速度搅拌2小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将15克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1000r/min的搅拌速度搅拌4小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，70℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例9：
步骤(1).将144克聚丙二醇、15克聚磷酸铵、15克蒙脱土混合搅拌4小时，再加入111克二甲基联苯二异氰酸酯、12克二羟甲基丙酸、0.3克辛酸亚锡，80℃条件下反应3小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，80℃条件下反应1小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至50℃，加入9克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1500r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1500r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，60℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例10：
步骤(1).将87.6克蓖麻油、15克聚磷酸铵、15克蒙脱土混合搅拌3.5小时，再加入53.3克异佛二酮二异氰酸酯、47.2克二环己基甲烷二异氰酸酯、12克二羟甲基丙酸、0.15克二月桂酸二丁基锡，70℃条件下反应4小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，70℃条件下反应2小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至45℃，加入9克三乙胺反应2小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1200r/min的搅拌速度搅拌1.5小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将15克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1200r/min的搅拌速度搅拌3.5小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，80℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例11：
步骤(1).将60克聚乙二醇、45克聚丙二醇、18克聚磷酸铵、15克蒙脱土混合搅拌4小时，再加入39.4克二环己基甲烷二异氰酸酯、37.5克二苯基甲烷二异氰酸酯、25.2克六亚甲基二异氰酸酯、18克二羟甲基丙酸、0.2克辛酸亚锡，80℃条件下反应4小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，75℃条件下反应2小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至42℃，加入13.8克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1300r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1400r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，75℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例12：
步骤(1).将30克聚乙二醇、54.9克蓖麻油、18克聚磷酸铵、10克蒙脱土混合搅拌3小时，再加入59克二环己基甲烷二异氰酸酯、56.3克二苯基甲烷二异氰酸酯、18克二羟甲基丙酸、0.2克二月桂酸二丁基锡，60℃条件下反应4.5小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，75℃条件下反应3小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至48℃，加入13.8克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1000r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1000r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，65℃条件下成型，得到阻燃涂料。
实施例13：
步骤(1).将67.5克聚丙二醇、41.2克蓖麻油、9克聚磷酸铵、10克蒙脱土混合搅拌3小时，再加入20克异佛二酮二异氰酸酯、60克二苯基甲烷二异氰酸酯、18克二羟甲基丙酸、0.2克二月桂酸二丁基锡，60℃条件下反应4.5小时，得到预聚体；
步骤(2).将8.4克1,4-丁二醇加入预聚体中，75℃条件下反应3小时，得到中和体；
步骤(3).将中和体降温至48℃，加入13.8克三乙胺反应1小时，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1200r/min的搅拌速度搅拌1小时，得到乳化液；
其中纳米微晶纤维素水溶液是将9克纳米微晶纤维素加入去离子水中以1100r/min的搅拌速度搅拌3小时得到；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，65℃条件下成型，得到阻燃涂料。
Claims (2)
1. 一种阻燃涂料的制备方法，其特征在于该阻燃涂料是以多元醇、聚磷酸铵、蒙脱土、二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、1,4-丁二醇、三乙胺、纳米微晶纤维素为原料经过预聚、中和、乳化、成型得到，具体制备方法是：
步骤(1).将多元醇、聚磷酸铵和蒙脱土按照质量比(5.84～16.2)：(0.9～1.8)：1混合，搅拌3～4h，然后加入二异氰酸酯、二羟甲基丙酸和催化剂，60～80℃条件下反应3～5h，得到预聚体；加入的二异氰酸酯与蒙脱土的质量比为(6.3～11.82)：1，加入的二羟甲基丙酸与蒙脱土的质量比为(0.8～1.8)：1，加入的催化剂与蒙脱土的质量比为(0.01～0.03)：1；
多元醇采用聚乙二醇、聚丙二醇、蓖麻油中的一种或多种；
二异氰酸酯采用异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、邻苯二异氰酸酯、间苯二甲撑二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯中的一种或多种；
催化剂采用二月桂酸二丁基锡或辛酸亚锡；
步骤(2).将1,4-丁二醇加入预聚体中，60～80℃条件下反应1～3h，得到中和体；加入的1,4-丁二醇与蒙脱土的质量比为(0.56～0.9)：1；
步骤(3).将中和体降温至40～50℃，加入三乙胺反应1～2h，然后加入经过分散处理后的纳米微晶纤维素水溶液，以1000～1500r/min的搅拌速度搅拌1～2h，得到乳化液；
加入的三乙胺与蒙脱土的质量比为(0.6～1.38)：1，加入的纳米微晶纤维素水溶液中所含纳米微晶纤维素与蒙脱土的质量比为(0.6～1.25)：1；
步骤(4).将乳化液转移到模板中，60～80℃条件下成型，得到阻燃涂料。
2.如权利要求1所述的一种阻燃涂料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中纳米微晶纤维素分散处理的方法是将纳米微晶纤维素在去离子水中以1000～1500r/min的搅拌速度搅拌3～4h，得到纳米微晶纤维素水溶液。
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