CN106318181A - 一种高性能聚氨酯涂料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能聚氨酯涂料，其原料包括：水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸乳液、双酚F型环氧树脂、甲苯二异氰酸酯、氧化锌、碳化硅、锡酸锌、膨胀石墨、煅烧高岭土、纳米二氧化钛、氯化钙、成膜助剂、硼酸三(2,3‑二溴)丙酯、六氢‑1,3,5‑三羟乙基均三嗪、改性硅溶胶、四氢全氟癸基三氯硅烷、硬脂酸银、六甲基二硅氧烷、γ‑异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷、端羟基聚丁二烯液体橡胶、消泡剂、润湿剂、水。本发明提出的高性能聚氨酯涂料，其耐水性和耐磨性能好，阻燃性能优异。

Description

一种高性能聚氨酯涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，尤其涉及一种高性能聚氨酯涂料。
背景技术
聚氨酯具有较好的耐磨、耐水、耐溶剂和优异的机械性能，通常被应用在皮革涂饰、纺织印染、造纸业、建筑涂料、胶粘剂、铸钢涂料等领域。虽然聚氨酯具有优异的性能，但是其也存在某些局限，例如，其分子链上的亲水性—CH2OH基团易吸水，导致聚氨酯耐水性能下降，再加上其作为有机高分子材料存在阻燃性不是很理想的缺陷，从而降低了涂层的耐水性和阻燃性，限制了聚氨酯涂料的应用范围。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高性能聚氨酯涂料，其耐水性和耐磨性能好，阻燃性能优异。
本发明提出的一种高性能聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液12-28份、双酚F型环氧树脂7-20份、甲苯二异氰酸酯3-15份、氧化锌1-5份、碳化硅2-12份、锡酸锌4-15份、膨胀石墨1-5份、煅烧高岭土2-10份、纳米二氧化钛0.5-3份、氯化钙0.5-2份、成膜助剂3-15份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯1-3份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪0.5-3份、改性硅溶胶3-11份、四氢全氟癸基三氯硅烷2-5份、硬脂酸银1-3.5份、六甲基二硅氧烷0.3-1.2份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1-3.5份、端羟基聚丁二烯液体橡胶0.3-1.5份、消泡剂0.1-1份、润湿剂0.1-1份、水5-15份。
优选地，其原料中，水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸乳液、双酚F型环氧树脂的重量比为100：19-25：10-18。
优选地，所述成膜助剂为丙二醇、甲氧基丁醇、三丙二醇丁醚、二乙二醇单甲醚中的一种或者多种的混合物。
优选地，所述成膜助剂为甲氧基丁醇、二乙二醇单甲醚按重量比为3-10:2-5的混合物。
优选地，所述改性硅溶胶按照以下工艺进行制备：在无水乙醇中加入正硅酸乙酯，然后加入硼酸铵、纳米氧化铝和氯化亚铜的水溶液，再加入盐酸调节体系的pH值为3-5，然后在55-65℃下回流反应5-10h，反应结束后得到所述改性硅溶胶；在改性硅溶胶的制备过程中，以正硅酸乙酯、硼酸铵、纳米氧化铝和氯化亚铜为原料，通过控制反应的条件，得到了硼酸铵和纳米氧化铝改性的硅溶胶，其具有纳米级孔径和连续的三维网络结构，将其加入体系中，一方面，与四氢全氟癸基三氯硅烷、六甲基二硅氧烷、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷配合，使形成的漆膜具有较低的表面能，提高了漆膜的防污性，一方面，其在受热的过程中，在基体表面形成了三维网状氧化物保护层，起到了隔热和阻挡作用，其中，硼的存在促进了氧化物保护层的形成，起到了良好的阻燃抑烟作用，同时因为引入了硼，在受热时能形成玻璃体覆盖层，隔绝了氧气，抑制了可燃性气体的生成，其中，硅和铝的存在，对形成的硼玻璃体覆盖层又有较好的稳定作用，从而增强了漆膜的热稳定性。
优选地，在改性硅溶胶的制备过程中，正硅酸乙酯、硼酸铵、纳米氧化铝、氯化亚铜的重量比为1:3-10:2-5:0.5-3。
优选地，所述纳米氧化铝为平均粒径为3-15nm的纳米氧化铝、平均粒径为30-55nm的纳米氧化铝按重量比为2-8:1-5的混合物；所述纳米氧化铝为平均粒径为3-15nm的纳米氧化铝、平均粒径为30-55nm的纳米氧化铝按重量比为2-8:1-5的混合物，通过控制其在体系中的比例，并调节了其粒径大小，使其在体系中获得紧密的排列，提高了堆积密度，从而提高颗粒填充量，获得更好的力学性的同时提高其在基体中的钉扎力，从而提高材料的耐磨性能。
优选地，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液22份、双酚F型环氧树脂15份、甲苯二异氰酸酯12份、氧化锌3.2份、碳化硅7份、锡酸锌11份、膨胀石墨3.2份、煅烧高岭土5.2份、纳米二氧化钛2.1份、氯化钙1.6份、甲氧基丁醇9份、二乙二醇单甲醚3份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯2.1份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪2.1份、改性硅溶胶7份、四氢全氟癸基三氯硅烷3.7份、硬脂酸银2.8份、六甲基二硅氧烷1份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷2.1份、端羟基聚丁二烯液体橡胶1.2份、消泡剂0.7份、润湿剂0.8份、水12份。
优选地，所述膨胀石墨的膨胀体积为100-135ml/g。
本发明高性能聚氨酯涂料可以按照常规的水性聚氨酯树脂涂料制备工艺制备而成。
本发明所述高性能聚氨酯涂料的原料中，以水性聚氨酯树脂为主料，并加入了水性丙烯酸乳液和双酚F型环氧树脂对其进行改性，从而将聚氨酯乳液和水性丙烯酸乳液的性质结合为一体，赋予漆膜优异的耐水性、机械强度和弹性，加入的双酚F型环氧树脂具有交联结构，涂膜的耐水性、耐溶剂性以及机械性能进一步得到提高，赋予漆膜优异的疏水性，同时使漆膜的附着力达到1级；氧化锌、碳化硅、锡酸锌、膨胀石墨、煅烧高岭土、纳米二氧化钛、氯化钙加入体系中，在四氢全氟癸基三氯硅烷、六甲基二硅氧烷和γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷的作用下，在体系中分散均匀，通过各填料在本发明中的比例，在保持漆膜优异的附着力的同时提高了漆膜的热稳定性和耐磨性，同时其中的氧化锌、锡酸锌、膨胀石墨、煅烧高岭土与六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪和改性硅溶胶配合后提高了漆膜的耐热性、阻燃性和抑烟性；硬脂酸银加入体系中，能堆叠形成粗糙结构，且因硬脂酸银具有长链烷基链段，赋予涂层优异的疏水性，与改性硅溶胶、四氢全氟癸基三氯硅烷、六甲基二硅氧烷和γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷配合后，显著提高了涂层的耐水性和抗污性；以甲氧基丁醇和二乙二醇单甲醚配合作为成膜助剂，并加入了端羟基聚丁二烯液体橡胶与其配合，并适当控制了甲氧基丁醇、二乙二醇单甲醚和端羟基聚丁二烯液体橡胶在体系中的比例，在体系中形成了具有互穿网络结构的共聚物，提高了涂膜的干燥速度，缩短了固化时间，降低了涂膜的玻璃化转变温度，提高了涂膜的热稳定性、交联密度、耐水性和硬度，得到的涂膜表面成膜性好，光滑无裂痕。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
本发明提出的一种高性能聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液28份、双酚F型环氧树脂7份、甲苯二异氰酸酯15份、氧化锌1份、碳化硅12份、锡酸锌4份、膨胀石墨5份、煅烧高岭土2份、纳米二氧化钛3份、氯化钙0.5份、成膜助剂15份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯1份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪3份、改性硅溶胶3份、四氢全氟癸基三氯硅烷5份、硬脂酸银3.5份、六甲基二硅氧烷1.2份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1份、端羟基聚丁二烯液体橡胶1.5份、消泡剂0.1份、润湿剂1份、水5份。
实施例2
本发明提出的一种高性能聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液12份、双酚F型环氧树脂20份、甲苯二异氰酸酯3份、氧化锌5份、碳化硅2份、锡酸锌15份、膨胀石墨1份、煅烧高岭土10份、纳米二氧化钛0.5份、氯化钙2份、丙二醇3份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯3份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪0.5份、改性硅溶胶11份、四氢全氟癸基三氯硅烷2份、硬脂酸银1份、六甲基二硅氧烷0.3份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷3.5份、端羟基聚丁二烯液体橡胶0.3份、消泡剂1份、润湿剂0.1份、水15份。
实施例3
本发明提出的一种高性能聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液25份、双酚F型环氧树脂10份、甲苯二异氰酸酯13份、氧化锌3份、碳化硅7份、锡酸锌9份、膨胀石墨3.5份、煅烧高岭土5份、纳米二氧化钛2.5份、氯化钙1.3份、成膜助剂13份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯2.3份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪1.9份、改性硅溶胶8.2份、四氢全氟癸基三氯硅烷3.5份、硬脂酸银3份、六甲基二硅氧烷0.8份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷2.4份、端羟基聚丁二烯液体橡胶1份、消泡剂0.8份、润湿剂0.7份、水13份；
其中，所述成膜助剂为甲氧基丁醇、二乙二醇单甲醚按重量比为10:2的混合物；
所述改性硅溶胶按照以下工艺进行制备：在无水乙醇中加入正硅酸乙酯，然后加入硼酸铵、纳米氧化铝和氯化亚铜的水溶液，再加入盐酸调节体系的pH值为3，然后在65℃下回流反应5h，反应结束后得到所述改性硅溶胶；其中，正硅酸乙酯、硼酸铵、纳米氧化铝、氯化亚铜的重量比为1:10:2:3；所述纳米氧化铝为平均粒径为3nm的纳米氧化铝、平均粒径为55nm的纳米氧化铝按重量比为2:5的混合物。
实施例4
本发明提出的一种高性能聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液19份、双酚F型环氧树脂18份、甲苯二异氰酸酯11份、氧化锌4份、碳化硅5份、锡酸锌12份、膨胀石墨3份、煅烧高岭土5.5份、纳米二氧化钛2份、氯化钙1.8份、成膜助剂10份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯2份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪2.5份、改性硅溶胶7份、四氢全氟癸基三氯硅烷4.1份、硬脂酸银2.5份、六甲基二硅氧烷1.1份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1.9份、端羟基聚丁二烯液体橡胶1.3份、消泡剂0.65份、润湿剂0.9份、水9份；
其中，所述成膜助剂为甲氧基丁醇、二乙二醇单甲醚按重量比为3:5的混合物；
所述改性硅溶胶按照以下工艺进行制备：在无水乙醇中加入正硅酸乙酯，然后加入硼酸铵、纳米氧化铝和氯化亚铜的水溶液，再加入盐酸调节体系的pH值为5，然后在55℃下回流反应10h，反应结束后得到所述改性硅溶胶；其中，正硅酸乙酯、硼酸铵、纳米氧化铝、氯化亚铜的重量比为1:3:5:0.5；所述纳米氧化铝为平均粒径为15nm的纳米氧化铝、平均粒径为30nm的纳米氧化铝按重量比为8:1的混合物。
实施例5
本发明提出的一种高性能聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液22份、双酚F型环氧树脂15份、甲苯二异氰酸酯12份、氧化锌3.2份、碳化硅7份、锡酸锌11份、膨胀石墨3.2份、煅烧高岭土5.2份、纳米二氧化钛2.1份、氯化钙1.6份、甲氧基丁醇9份、二乙二醇单甲醚3份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯2.1份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪2.1份、改性硅溶胶7份、四氢全氟癸基三氯硅烷3.7份、硬脂酸银2.8份、六甲基二硅氧烷1份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷2.1份、端羟基聚丁二烯液体橡胶1.2份、消泡剂0.7份、润湿剂0.8份、水12份；
其中，所述改性硅溶胶按照以下工艺进行制备：在无水乙醇中加入正硅酸乙酯，然后加入硼酸铵、纳米氧化铝和氯化亚铜的水溶液，再加入盐酸调节体系的pH值为4，然后在60℃下回流反应8.3h，反应结束后得到所述改性硅溶胶；其中，正硅酸乙酯、硼酸铵、纳米氧化铝、氯化亚铜的重量比为1:7:3.2:2；所述纳米氧化铝为平均粒径为10nm的纳米氧化铝、平均粒径为40nm的纳米氧化铝按重量比为5:2的混合物。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高性能聚氨酯涂料，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液12-28份、双酚F型环氧树脂7-20份、甲苯二异氰酸酯3-15份、氧化锌1-5份、碳化硅2-12份、锡酸锌4-15份、膨胀石墨1-5份、煅烧高岭土2-10份、纳米二氧化钛0.5-3份、氯化钙0.5-2份、成膜助剂3-15份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯1-3份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪0.5-3份、改性硅溶胶3-11份、四氢全氟癸基三氯硅烷2-5份、硬脂酸银1-3.5份、六甲基二硅氧烷0.3-1.2份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷1-3.5份、端羟基聚丁二烯液体橡胶0.3-1.5份、消泡剂0.1-1份、润湿剂0.1-1份、水5-15份。
2.根据权利要求1所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，其原料中，水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸乳液、双酚F型环氧树脂的重量比为100：19-25：10-18。
3.根据权利要求1或2所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，所述成膜助剂为丙二醇、甲氧基丁醇、三丙二醇丁醚、二乙二醇单甲醚中的一种或者多种的混合物。
4.根据权利要求1-3中任一项所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，所述成膜助剂为甲氧基丁醇、二乙二醇单甲醚按重量比为3-10:2-5的混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，所述改性硅溶胶按照以下工艺进行制备：在无水乙醇中加入正硅酸乙酯，然后加入硼酸铵、纳米氧化铝和氯化亚铜的水溶液，再加入盐酸调节体系的pH值为3-5，然后在55-65℃下回流反应5-10h，反应结束后得到所述改性硅溶胶。
6.根据权利要求5所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，在改性硅溶胶的制备过程中，正硅酸乙酯、硼酸铵、纳米氧化铝、氯化亚铜的重量比为1:3-10:2-5:0.5-3。
7.根据权利要求5或6所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，所述纳米氧化铝为平均粒径为3-15nm的纳米氧化铝、平均粒径为30-55nm的纳米氧化铝按重量比为2-8:1-5的混合物。
8.根据权利要求1-7中任一项所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，其原料按重量份包括：水性聚氨酯树脂100份、水性丙烯酸乳液22份、双酚F型环氧树脂15份、甲苯二异氰酸酯12份、氧化锌3.2份、碳化硅7份、锡酸锌11份、膨胀石墨3.2份、煅烧高岭土5.2份、纳米二氧化钛2.1份、氯化钙1.6份、甲氧基丁醇9份、二乙二醇单甲醚3份、硼酸三(2,3-二溴)丙酯2.1份、六氢-1,3,5-三羟乙基均三嗪2.1份、改性硅溶胶7份、四氢全氟癸基三氯硅烷3.7份、硬脂酸银2.8份、六甲基二硅氧烷1份、γ-异氰酸酯丙基三乙氧基硅烷2.1份、端羟基聚丁二烯液体橡胶1.2份、消泡剂0.7份、润湿剂0.8份、水12份。
9.根据权利要求1-8中任一项所述高性能聚氨酯涂料，其特征在于，所述膨胀石墨的膨胀体积为100-135ml/g。
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