CN104004394A - 一种膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，按重量份数计包括以下组分：二异氰酸酯与二元醇混合物40-60份、催化剂0.5-3份、小分子扩链剂0.5-3份、亲水扩链剂0.5-2份、三聚氰胺2-6份、聚磷酸铵2-6份、分散剂0.1-0.5份、丙烯酸酯10-30份、增稠剂0.3-2份、固化剂0.1-10份、去离子水10-30份、消泡剂0.1-1份。本发明用三聚氰胺、聚磷酸铵以及聚氨酯组成膨胀型阻燃体系，绿色环保，少量添加即具有优良阻燃性能。创新性加入丙烯酸酯，解决了单组份聚氨酯水性木器漆成本高、售价昂贵的缺点，同时提高了漆膜的耐水性、耐候性。本发明原料低廉、工艺简单，适合大规模工业生产，成品漆可广泛运用于各种木制家具建材的涂装。
Description
技术领域
本发明涉及化工涂料技术领域，特别涉及具有阻燃功能的双组份水性聚氨酯木器漆及其制备方法。
背景技术
大部分人的一生有超过三分之二的时间都在室内度过。纷繁复杂的室内装潢虽然让人赏心悦目，但也留下了许多安全隐患——大量装修建材的使用，使得室内余毒有害VOC含量升高，引发多种疾病甚至癌症；在大面积火灾发生时，装修建材的易燃性及燃烧时释放的有毒气体大大的降低了火灾现场的逃生率及存活率。因此，本身安全无毒、并且在火灾发生时能自阻燃的涂料成为了研究亮点。
现有的聚氨酯阻燃方法种类繁多，在阻燃方法的选择上，有以下推断——
（1）由于水性木器漆以水为溶剂，因此，难溶于水的聚硅氧烷改性法和易水解的聚酰亚胺改性法并不适用。
（2）水性木器漆作为一种室内装修材料，对漆膜的力学性能、美观程度要求很高。阻燃扩链剂法是用硬段改性的方式将阻燃元素引入，但同时也会降低漆膜的硬度、耐热性以及高温性能。而反应型阻燃多元醇法会影响聚氨酯的软段构成，无疑会牺牲漆膜的弹性、耐低温性以及耐水解性。
（3）从环保角度，异氰酸酯侧链卤化法由于无法循环回收且漆膜在加热燃烧时会释放有毒气体，并不适用于水性木器漆。
（4）微胶囊化技术及纳米技术，虽能很大程度提高漆膜阻燃性，但由于其难制备、成本高，并不适用于大规模工业生产。
综上，用机械共混法添加阻燃剂易操作、成本低，符合大规模生产需要。同时，在不影响阻燃效果的前提下，应尽量减少阻燃剂的用量，将阻燃剂对漆膜的力学性能、美观程度的影响降到最低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆。本发明制备的双组份水性聚氨酯木器漆，解决了单组份聚氨酯水性木器漆成本高、售价昂贵的缺点，同时提高了漆膜的耐水性、耐候性；且该双组份水性聚氨酯木器漆具有阻燃作用，而且阻燃体系的加入未影响漆膜的弹性、耐低温性以及耐水解性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，按重量份数计包括以下组分：二异氰酸酯与二元醇混合物：40-60 份，其中，异氰酸酯指数n(NCO)/n(OH)为0.9 - 1.1；催化剂：0.5-3 份；小分子扩链剂：0.5-3 份；亲水扩链剂：0.5-2 份；三聚氰胺：2-6 份；聚磷酸铵：2-6 份；分散剂：0.1-0.5 份；丙烯酸酯：10-30 份；增稠剂：0.3-2 份；固化剂：0.1-10 份；去离子水：10-30 份；消泡剂：0.1-1 份。
所述的二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、4,4’- 二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）中的一种或多种。
所述二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇、聚环氧丙烷二醇、聚环氧乙烷二醇、聚碳酸酯二醇、聚丁二烯二醇中的一种或多种。
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺的一种或两种。
所述的小分子扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、乙二胺的一种或多种。
所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。
所述的分散剂为聚丙烯酸铵盐分散剂。
所述的增稠剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯乳液的一种或多种。
所述的固化剂为三羟甲基丙烷。
所述的消泡剂为有机聚硅氧烷类消泡剂。
如上所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆的制备方法为：在干燥氮气保护下，将二异氰酸酯与二元醇混合物加入电动搅拌器中，滴加催化剂、小分子扩链剂，在75-85℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至65-75℃，加入亲水扩链剂，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺、聚磷酸铵、分散剂，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯，调节pH值为6-8后，加入增稠剂、固化剂以及去离子水高速搅拌乳化，最后加入消泡剂慢速搅拌消泡，即得膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆。
膨胀型阻燃剂是一种少量添加即具有优良阻燃性能的阻燃体系。体系以磷、氮为主要活性组分，不含卤素，也不采用氧化锑为协同剂，是一种环保的绿色阻燃剂。膨胀型阻燃体系一般由碳源、酸源、气源组成。本发明以聚氨酯为碳源，聚磷酸铵为酸源、三聚氰胺为气源，在基材受热时，酸源将碳源脱水炭化，并释放不可燃气体；基材在气源作用下膨胀发泡，产生不可燃气体；最终基材表面形成一层均匀的炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟的作用。
在聚氨酯扩链阶段将阻燃剂加入，一是此时聚氨酯粘度小阻燃剂易分散，二是有一部分阻燃剂通过扩链剂与聚氨酯融为一体，这样最终形成的漆膜会更加光滑。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明配方中的聚氨酯本身为碳源、聚磷酸铵为酸源、三聚氰胺为气源，三者协同构成膨胀型阻燃体系，少量添加即具有优良阻燃性能，大大降低了阻燃剂对漆膜力学性能及美观程度的影响；
（2）在聚氨酯预聚体中加入丙烯酸酯，制成双组份聚氨酯木器漆，不但解决了单组份聚氨酯水性木器漆成本高、售价昂贵的缺点，同时提高了漆膜的耐水性、耐候性。
具体实施方式
下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
在干燥氮气保护下，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）44.4g与聚丙二醇（N210）15.2g的混合物加入电动搅拌器中，滴加二月桂酸二丁基锡（DBTDL）0.5g、1,4-丁二醇（BDO）2g，在75℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至65℃，加入二羟甲基丙酸（DMPA）2g，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺2g、聚磷酸铵2g、聚丙烯酸胺0.3g，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯20g，再用三乙胺（TEA）调节pH值为6-8后，聚丙烯酰胺0.1g、丙烯酸酯0.2g、三羟甲基丙烷（TMP）7g以及去离子水20g高速搅拌乳化，最后加入有机聚硅氧烷0.5g慢速搅拌消泡，即得成品。
实施例2
在干燥氮气保护下，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）44.4g与聚丙二醇（N210）15.2g的混合物加入电动搅拌器中，滴加二月桂酸二丁基锡（DBTDL）0.5g、1,4-丁二醇（BDO）2g，在85℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至75℃，加入二羟甲基丙酸（DMPA）2g，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺2g、聚磷酸铵4g、聚丙烯酸胺0.3g，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯20g，再用三乙胺（TEA）调节pH值为6-8后，聚丙烯酰胺0.1g、丙烯酸酯0.2g、三羟甲基丙烷（TMP）7g以及去离子水20g高速搅拌乳化，最后加入有机聚硅氧烷0.5g慢速搅拌消泡，即得成品。
实施例3
在干燥氮气保护下，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）44.4g与聚丙二醇（N210）15.2g的混合物加入电动搅拌器中，滴加二月桂酸二丁基锡（DBTDL）0.5g、1,4-丁二醇（BDO）2g，在75-85℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至65-75℃，加入二羟甲基丙酸（DMPA）2g，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺4g、聚磷酸铵2g、聚丙烯酸胺0.3g，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯20g，再用三乙胺（TEA）调节pH值为6-8后，聚丙烯酰胺0.1g、丙烯酸酯0.2g、三羟甲基丙烷（TMP）7g以及去离子水20g高速搅拌乳化，最后加入有机聚硅氧烷0.5g慢速搅拌消泡，即得成品。
实施例4
在干燥氮气保护下，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）44.4g与聚丙二醇（N210）15.2g的混合物加入电动搅拌器中，滴加二月桂酸二丁基锡（DBTDL）0.5g、1,4-丁二醇（BDO）2g，在80℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至70℃，加入二羟甲基丙酸（DMPA）2g，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺2g、聚磷酸铵6g、聚丙烯酸胺0.3g，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯20g，再用三乙胺（TEA）调节pH值为6-8后，聚丙烯酰胺0.1g、丙烯酸酯0.2g、三羟甲基丙烷（TMP）7g以及去离子水20g高速搅拌乳化，最后加入有机聚硅氧烷0.5g慢速搅拌消泡，即得成品。
实施例5
在干燥氮气保护下，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）44.4g与聚丙二醇（N210）15.2g的混合物加入电动搅拌器中，滴加二月桂酸二丁基锡（DBTDL）0.5g、1,4-丁二醇（BDO）2g，在82℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至71℃，加入二羟甲基丙酸（DMPA）2g，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺6g、聚磷酸铵2g、聚丙烯酸胺0.3g，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯20g，再用三乙胺（TEA）调节pH值为6-8后，聚丙烯酰胺0.1g、丙烯酸酯0.2g、三羟甲基丙烷（TMP）7g以及去离子水20g高速搅拌乳化，最后加入有机聚硅氧烷0.5g慢速搅拌消泡，即得成品。
实施例6
在干燥氮气保护下，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）44.4g与聚丙二醇（N210）15.2g的混合物加入电动搅拌器中，滴加二月桂酸二丁基锡（DBTDL）0.5g、1,4-丁二醇（BDO）2g，在78℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至69℃，加入二羟甲基丙酸（DMPA）2g，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺4g、聚磷酸铵6g、聚丙烯酸胺0.3g，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯20g，再用三乙胺（TEA）调节pH值为6-8后，聚丙烯酰胺0.1g、丙烯酸酯0.2g、三羟甲基丙烷（TMP）7g以及去离子水20g高速搅拌乳化，最后加入有机聚硅氧烷0.5g慢速搅拌消泡，即得成品。
实施例7
在干燥氮气保护下，将异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）44.4g与聚丙二醇（N210）15.2g的混合物加入电动搅拌器中，滴加二月桂酸二丁基锡（DBTDL）0.5g、1,4-丁二醇（BDO）2g，在80℃恒温环境下中速搅拌反应2小时；把温度降至70℃，加入二羟甲基丙酸（DMPA）2g，在恒温环境下中速搅拌反应30分钟；再加入三聚氰胺6g、聚磷酸铵4g、聚丙烯酸胺0.3g，搅拌均匀后，将温度降至40℃，加入丙烯酸酯20g，再用三乙胺（TEA）调节PH值为6-8后，聚丙烯酰胺0.1g、丙烯酸酯0.2g、三羟甲基丙烷（TMP）7g以及去离子水20g高速搅拌乳化，最后加入有机聚硅氧烷0.5g慢速搅拌消泡，即得成品。
性能测试
1. 漆膜硬度
根据GB/T 6739-2006《色漆和清漆 铅笔法测定漆膜硬度》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的QHQ-A型铅笔划痕试验仪，荷重为1000g。
2. 漆膜附着力
根据GB/T 1720-1979《漆膜附着力测定法》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的QFD型电动漆膜附着力试验仪。
3. 漆膜光泽度
根据GB/T 9754-2007《色漆和清漆 不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽的测定》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的KGZ-3D型光泽度仪。投射角度为60°。
4. 漆膜耐冲击性
根据GB/T 1732-1993《漆膜耐冲击测定法》测定。测试仪器为天津东亚材料试验机有限公司生产的QCJ型漆膜冲击器。重锤为1000g。
5. 漆膜干燥时间
根据GB/T 1728-1979《漆膜 腻子膜干燥时间测定法》测定。测试仪器为天津永利达材料试验机有限公司生产的QGZ型漆膜干燥时间测定仪。
6. 漆液黏度
根据GB/T 22235-2008《液体黏度的测定》测定。测试仪器为上海昌吉地质仪器有限公司生产的NDJ-79A型数字旋转黏度计。
7. 阻燃性
根据GB/T 2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》测定。测试仪器为苏州菲尼克斯质检仪器有限公司生产的PX-01-005型氧指数分析仪。
注：“空白对比”为未添加三聚氰胺和聚磷酸铵、其余制法与实施例完全相同的漆。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，按重量份数计包括以下组分：
二异氰酸酯与二元醇混合物：40-60 份，其中，异氰酸酯指数n(NCO)/n(OH)为0.9 - 1.1；
催化剂：0.5-3 份；
小分子扩链剂：0.5-3 份；
亲水扩链剂：0.5-2 份；
三聚氰胺：2-6 份；
聚磷酸铵：2-6 份；
分散剂：0.1-0.5 份；
丙烯酸酯：10-30 份；
增稠剂：0.3-2 份；
固化剂：0.1-10 份；
去离子水：10-30 份；
消泡剂：0.1-1 份。
2.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述的二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4,4’- 二环己基甲烷二异氰酸酯、四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃二醇、聚环氧丙烷二醇、聚环氧乙烷二醇、聚碳酸酯二醇、聚丁二烯二醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述的小分子扩链剂为1,4-丁二醇、乙二醇、乙二胺的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述的亲水扩链剂为二羟甲基丙酸。
7.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述的分散剂为聚丙烯酸铵盐分散剂。
8.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述的增稠剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯乳液的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述的固化剂为三羟甲基丙烷。
10.根据权利要求1所述的膨胀阻燃型双组份水性聚氨酯木器漆，其特征在于，所述的消泡剂为有机聚硅氧烷类消泡剂。
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Legal Events
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |