CN103540257B - 一种聚氨酯阻燃纳米涂料 - Google Patents
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Abstract
一种聚氨酯阻燃纳米涂料，各原料的重量份数为：石墨10～20份、二硫化钼5～15份、三氧化二铝5～10份、二甲苯2-6份、聚氨酯改性环氧树脂2-6份、固化剂2-6份、粘接剂12～15份、助剂1-4份、纯净水15～20份等。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂料及其制备方法，更具体地说，涉及一种聚氨酯阻燃纳米涂料。
背景技术
对沿海渔业机械腐蚀情况进行调研的结果表明,由于渔机工作环境恶劣,腐蚀严重,其中挂桨的腐蚀尤为突出。挂桨是中小型渔船、游艇尾部用柴油机或其他动力驱动的小型螺旋桨,常年受海水腐蚀、桨叶转动时引起的水力机械冲刷、砂粒等颗粒引起的磨损,要求研究具有优异阻燃纳米涂料的涂料。
国外挂机桨叶尺寸较小,转速高达550r/min,桨叶采用铝合金或不锈钢材质,表面由底漆层、防锌磁漆层及耐磨涂层组成,对桨叶基体起保护作用。国内挂桨多采用铸铁铸铝材质,用铁红醇酸底漆和硝基面漆作表面装饰,耐磨耐蚀性能差,对桨叶的保护作用有限。
生漆又称国漆,具有优异的耐腐蚀、绝缘、耐油、耐磨、耐久和高光泽等性能,我们采用改性生漆为基料进行耐磨耐蚀涂料研究。目前我国有17种改性生漆定型产品,为了提高改性生漆的耐磨性,首先合成环氧改性的漆酚糠醛树脂作为树脂基料。研制耐磨耐蚀涂料还需选择合适的颜填料,资料报道,二硫化钼、石英粉可作为耐磨填料,云母粉、云母氧化铁及中铬黄可作为耐腐蚀颜填料,在环氧树脂中也用二硫化钥来提高耐磨性。因此,在合成的环氧改性漆酚糠醛树脂中加入二硫化铝等颜填料,制得阻燃纳米涂料。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供聚氨酯阻燃纳米涂料。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种聚氨酯阻燃纳米涂料，各原料的重量份数为：
石墨10～20份
二硫化钼5～15份
三氧化二铝5～10份
二甲苯2-6份
聚氨酯改性环氧树脂2-6份
固化剂2-6份
粘接剂12～15份
助剂1-4份
纯净水15～20份
纳米阻燃复合物25-30份;
所述的纳米阻燃复合物的制备方法为：
（1）将硅羟基磷灰石、红磷、凹凸棒、水滑石、蒙脱土、钛白粉、方解石、高岭土按照25-35：15-20：10-15：10-15：8-10：8-10：7-8：5-7的质量份数配比混合，加入到200份二甲亚砜(DMSO)和50份甲醇的混合溶液中，于65℃搅拌60小时，过滤，并用60℃温度的热乙醇洗3次除去过量的二甲亚砜(DMSO)，放入真空干燥箱，在60℃温度干燥24小时，研磨过筛，得一次改性阻燃复合物；
（2）、将1份一次改性阻燃复合物、10份醋酸钾和25份蒸馏水混合，于温度50℃搅拌10小时以上，于温度30℃，先在超声电功率350W条件下分散2.5小时，然后再在超声电功率250W条件下分散3小时。过滤，并用蒸馏水洗3次，80℃真空干燥24小时，研磨过筛，得二次改性阻燃复合物；
（3）、将上述1份二次改性阻燃复合物在600W功率超声波分散40min，用恒温加热装置加热到90℃，并用机械搅拌器搅拌60分钟，其转速为1200r/min；得纳米阻燃复合物。
优选的，固化剂为环氧树脂固化剂。
优选的，聚氨酯改性环氧树脂的制备：先称取一定量的环氧树脂E-44,再加入适量配制好的聚氨酯预聚体,然后加入和两种树脂质量之和等量的丙酮做溶剂,用电动搅拌器充分搅拌,使两种树脂完全溶解在溶剂中，然后在80℃恒温水浴锅中反应3h。
所述聚氨酯预聚体的制备过程为：将甲苯-2,4-二异氰酸醋(TDI)按所定初值加到蓖麻油中,然后加入丙酮,丙酮的量为TDI与蓖麻油的总量，将溶液混合好,用电动搅拌器搅拌均匀,在40或45℃的水浴锅中加热3h。
所述助剂包括：分散剂、防霉剂、消泡剂、引发剂、流平剂、成膜助剂。
所述分散剂为EFKA-5065分散剂和EFKA-4050分散剂按照2:1的混合物；所述流平剂为的EFKA-3777流平剂和EFKA-3239流平剂按照1:2的混合物。
所述消泡剂和所述流平剂分别选用EFKA-2722和EFKA-3239。
所述防霉剂为氟化钠或者是10,10’—氧代双吩恶砒。
一种制备所述的聚氨酯阻燃纳米涂料的方法，它是通过以下方法制备得到的:
第一步:称重各原料：石墨10～20份、二硫化钼5～15份、三氧化二铝5～10份、二甲苯2-6份；
第二步:溶解：将第二步研磨得到的混合的细小颗粒及第一步称取的其它原料一起放入反应容器中，加热至50～60℃时充分搅拌均匀，搅拌时间为45～60分钟，得到混合乳液；
第三步：加入聚氨酯改性环氧树脂、固化剂进行搅拌，将第三步所得混合乳液通过80～100目筛自过滤即得到外墙涂料。
所述的聚氨酯阻燃纳米涂料的方法，其使用方法为涂刷，其中涂膜厚度0.18mm为最佳涂膜厚度。
本发明制备的阻燃剂不含卤素、有机物，无毒环保，应用前景广阔；本发明进行二次改性，这样的好处是：增加反应活性点，提高改性效果；改性的同时又能蒸除体系中的水分，干燥与改性同时进行，提高了工作效率；纳米级硅羟基磷灰石、凹凸棒、蒙脱土、高岭土等自身微孔中存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量，达到多重阻燃的功效；强大吸附性能可以有效改善几种阻燃剂的协同作用，阻止被阻燃物质温度升高，提高了阻燃效率；硅羟基磷灰石、凹凸棒、蒙脱土、高岭土等资源丰富，大大降低了阻燃剂的工业成本，也为凹凸棒土的开发应用提供了一条新途径；本发明采用溶液法超声波分散及机械高速搅拌器搅拌，使得阻燃剂各自组分在溶液中达到了纳米级分散，有效避免了对复合材料的自然氧化，相互协同增效，从而使复合材料具有更好的力学性能。复合材料的氧指数为41。
具体实施方式
为更为详细的阐述本发明，该本发明一实施例如下：
实施例1
一种聚氨酯阻燃纳米涂料，各原料的重量份数为：
石墨10～20份
二硫化钼5～15份
三氧化二铝5～10份
二甲苯2-6份
聚氨酯改性环氧树脂2-6份
固化剂2-6份
粘接剂12～15份
助剂1-4份
纯净水15～20份
纳米阻燃复合物25-30份;
所述的纳米阻燃复合物的制备方法为：
（1）将硅羟基磷灰石、红磷、凹凸棒、水滑石、蒙脱土、钛白粉、方解石、高岭土按照25-35：15-20：10-15：10-15：8-10：8-10：7-8：5-7的质量份数配比混合，加入到200份二甲亚砜(DMSO)和50份甲醇的混合溶液中，于65℃搅拌60小时，过滤，并用60℃温度的热乙醇洗3次除去过量的二甲亚砜(DMSO)，放入真空干燥箱，在60℃温度干燥24小时，研磨过筛，得一次改性阻燃复合物；
（2）、将1份一次改性阻燃复合物、10份醋酸钾和25份蒸馏水混合，于温度50℃搅拌10小时以上，于温度30℃，先在超声电功率350W条件下分散2.5小时，然后再在超声电功率250W条件下分散3小时。过滤，并用蒸馏水洗3次，80℃真空干燥24小时，研磨过筛，得二次改性阻燃复合物；
（3）、将上述1份二次改性阻燃复合物在600W功率超声波分散40min，用恒温加热装置加热到90℃，并用机械搅拌器搅拌60分钟，其转速为1200r/min；得纳米阻燃复合物。
优选的，固化剂为环氧树脂固化剂。
优选的，聚氨酯改性环氧树脂的制备：先称取一定量的环氧树脂E-44,再加入适量配制好的聚氨酯预聚体,然后加入和两种树脂质量之和等量的丙酮做溶剂,用电动搅拌器充分搅拌,使两种树脂完全溶解在溶剂中，然后在80℃恒温水浴锅中反应3h。
所述聚氨酯预聚体的制备过程为：将甲苯-2,4-二异氰酸醋(TDI)按所定初值加到蓖麻油中,然后加入丙酮,丙酮的量为TDI与蓖麻油的总量，将溶液混合好,用电动搅拌器搅拌均匀,在40或45℃的水浴锅中加热3h。
所述助剂包括：分散剂、防霉剂、消泡剂、引发剂、流平剂、成膜助剂。
所述分散剂为EFKA-5065分散剂和EFKA-4050分散剂按照2:1的混合物；所述流平剂为的EFKA-3777流平剂和EFKA-3239流平剂按照1:2的混合物。
所述消泡剂和所述流平剂分别选用EFKA-2722和EFKA-3239。
所述防霉剂为氟化钠或者是10,10’—氧代双吩恶砒。
一种制备所述的聚氨酯阻燃纳米涂料的方法，它是通过以下方法制备得到的:
第一步:称重各原料：石墨10～20份、二硫化钼5～15份、三氧化二铝5～10份、二甲苯2-6份、纳米阻燃复合物25-30份；
第二步:溶解：将第二步研磨得到的混合的细小颗粒及第一步称取的其它原料一起放入反应容器中，加热至50～60℃时充分搅拌均匀，搅拌时间为45～60分钟，得到混合乳液；
第三步：加入聚氨酯改性环氧树脂、固化剂进行搅拌，将第三步所得混合乳液通过80～100目筛自过滤即得到外墙涂料。
所述的聚氨酯阻燃纳米涂料的方法，其使用方法为涂刷，其中涂膜厚度0.18mm为最佳涂膜厚度。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种聚氨酯阻燃纳米涂料，各原料的重量份数为：
石墨10～20份
二硫化钼5～15份
三氧化二铝5～10份
二甲苯2-6份
聚氨酯改性环氧树脂2-6份
固化剂2-6份
粘接剂12～15份
助剂1-4份
纯净水15～20份
纳米阻燃复合物25-30份；
所述的纳米阻燃复合物的制备方法为：
（1）将硅羟基磷灰石、红磷、凹凸棒、水滑石、蒙脱土、钛白粉、方解石、高岭土按照25-35：15-20：10-15：10-15：8-10：8-10：7-8：5-7的质量份数配比混合，加入到200份二甲亚砜(DMSO)和50份甲醇的混合溶液中，于65℃搅拌60小时，过滤，并用60℃温度的热乙醇洗3次除去过量的二甲亚砜(DMSO)，放入真空干燥箱，在60℃温度干燥24小时，研磨过筛，得一次改性阻燃复合物；
（2）、将1份一次改性阻燃复合物、10份醋酸钾和25份蒸馏水混合，于温度50℃搅拌10小时以上，于温度30℃，先在超声电功率350W条件下分散2.5小时，然后再在超声电功率250W条件下分散3小时，过滤，并用蒸馏水洗3次，80℃真空干燥24小时，研磨过筛，得二次改性阻燃复合物；
（3）、将上述1份二次改性阻燃复合物在600W功率超声波分散40min，用恒温加热装置加热到90℃，并用机械搅拌器搅拌60分钟，其转速为1200r/min；得纳米阻燃复合物。
2.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃纳米涂料，其特征在于：固化剂为环氧树脂固化剂。
3.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃纳米涂料，其特征在于：聚氨酯改性环氧树脂的制备：先称取一定量的环氧树脂E-44,再加入适量配制好的聚氨酯预聚体,然后加入和两种树脂质量之和等量的丙酮做溶剂,用电动搅拌器充分搅拌,使两种树脂完全溶解在溶剂中，然后在80℃恒温水浴锅中反应3h。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯阻燃纳米涂料，其特征在于：所述聚氨酯预聚体的制备过程为：将甲苯-2,4-二异氰酸醋(TDI)按所定初值加到蓖麻油中,然后加入丙酮,丙酮的量为TDI与蓖麻油的总量，将溶液混合好,用电动搅拌器搅拌均匀,在40或45℃的水浴锅中加热3h。
5.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃纳米涂料，其特征在于：所述助剂包括：分散剂、防霉剂、消泡剂、引发剂、流平剂、成膜助剂。
6.根据权利要求5所述的聚氨酯阻燃纳米涂料，其特征在于：所述分散剂为EFKA-5065分散剂和EFKA-4050分散剂按照2:1的混合物；所述流平剂为的EFKA-3777流平剂和EFKA-3239流平剂按照1:2的混合物。
7.根据权利要求5所述的聚氨酯阻燃纳米涂料，其特征在于：所述消泡剂和所述流平剂分别选用EFKA-2722和EFKA-3239。
8.根据权利要求5所述的聚氨酯阻燃纳米涂料，其特征在于：防霉剂为氟化钠或者是10,10’—氧代双吩恶砒。
9.根据权利要求1所述的聚氨酯阻燃纳米涂料的方法，其使用方法为涂刷，其中涂膜厚度0.18mm为最佳涂膜厚度。
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