CN106634523A - 一种环境友好聚氨酯阻燃涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，由以下摩尔份数的原料制备而成：二异氰酸酯100份，多元醇6～40份，亲水化合物10～35份，阻燃剂5～35份，扩链剂9～37份；所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，其中，R选自H、羟甲基或含1～10个碳原子的烷基。本发明提供的聚氨酯阻燃涂料，为可降解涂料，该涂料成膜效果好，能在室温下储存超过一年，成本低廉，具有广阔的市场前景。

Description

一种环境友好聚氨酯阻燃涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃涂料技术领域，特别是涉及一种环境友好聚氨酯阻燃涂料及其制备方法。
背景技术
近几年来建筑产业发展迅速，人们的居住环境得到不断改善，但是由于绝大部分的建筑没有采用节能结构及节能材料，因此在我国社会总能耗中，建筑能耗占了很大的比重，研究和开发建筑节能隔热材料从而减少建筑能耗已成为当前社会刻不容缓的问题。另外，目前建筑涂料多是以溶剂型为主的涂料，因而在使用过程中给生活环境带来了巨大的污染，当前环保问题也是全社会面临的一个比较严峻的问题，
国外节能隔热涂料起步较早，早在上纪七八年代就有文献报导出由丙烯酸乳液为基料及复合材料为填充料制成的涂料，它可以用于金属表面起到绝缘和隔热的作用。除此之外国外在建筑物上应用节能隔热涂料以降低能耗方面也做了很多的工作。Cagliostro等人研制出的一种具有阻燃效果的有机硅防水涂料，其制备方法是通过化学气相蒸发的技术，将含有无机陶瓷填充料的有机硅溶液蒸发，有机物挥发掉之后留下一层由无机的陶瓷形成的坚硬膜，涂层的防水和阻燃的效果比较明显；Levinson等人研制的近红外反射涂料，不但能起到节能隔热的作用，还改善传统涂料易燃的问题。
我国的阻燃涂料的发展是从上个世纪的八十年代开始的，虽然没有国外如美国、日本等一些发达国家研究的早，但是我国也取得了一些成果。如王德民等人研究的高红外反射的阻燃隔热涂料，其以水性丙烯酸乳液作为基料，以高红外光反射率的物质作为填料制备而成的，结果表明，合适的选择一些填料如六钛酸钾晶须以及特殊晶型的钛白粉等作为填充料制备的涂料隔热效果比较明显。陈建华等人研制的复合型的外墙阻燃涂料，其制备的节能阻燃涂料的热能反射率高达91.67％，反射热效果明显。向波等人以有机的乳液和无机的硅溶胶为基料，采用了新的复合涂层技术制备了建筑阻燃涂料，此类涂料节能隔热效果良好。
从目前的研究结果中可以发现，目前研究的隔热阻燃涂料多为溶剂型有机硅或丙烯酸酯类，这些涂料在使用过程中普遍存在耐磨性差，硬度低，最为重要的是其对环境危害性大和阻燃效果不良。另外目前研究的聚氨酯阻燃涂料多为不可降解以及物理共混型材料，其在使用过程中易燃存在环境污染和阻燃效果差的不足。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明通过将二异氰酸酯，多元醇，亲水化合物，阻燃剂，在溶剂和催化剂的作用下反应，得到了具有绿色环保可降解和阻燃的效果的涂料。
具体的，本发明提供的环境友好聚氨酯阻燃涂料，由以下摩尔份数的原料制备而成：
二异氰酸酯100份，多元醇6～40份，亲水化合物10～35份，阻燃剂5～35份，扩链剂9～37份；
所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，
其中，R选自H、羟甲基或含1～10个碳原子的烷基。
优选地，所述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯中的一种或它们的混合物。
更优选地，所述脂肪族二异氰酸酯选自四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯中的任意一种，所述脂环族二异氰酸酯选自1,4-二异氰酸酯环己烷或1,3-二异氰酸酯环己烷，所述芳香族二异氰酸酯是2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯中的任意一种。
优选地，所述多元醇为植物油、淀粉、纤维素中的任意一种。
更优选地，所述植物油为蓖麻油、棕榈油、妥儿油、大豆油中的任意一种。
优选地，所述亲水化合物为二羟甲基丙酸。
优选地，本发明还提供了该环境友好聚氨酯阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1：按以下摩尔份数分别称取二异氰酸酯100份，多元醇6～40份，亲水化合物10～35份，阻燃剂5～35份，扩链剂9～37份，备用；
S2：将二异氰酸酯、亲水化合物和阻燃剂充分混合，在亲水性溶剂的作用下，或亲水性溶剂与催化剂的共同作用下，于60～95℃反应，反应2～4小时，加入多元醇，继续反应2～3小时，中和羧酸基团，再加入水扩散，加入扩链剂，在65℃继续反应，直到-NCO基团反应完毕，得到产物聚氨酯阻燃涂料。
更优选地，所述催化剂为辛酸亚锡，所述催化剂的用量为所述二异氰酸酯、多元醇、亲水化合物、阻燃剂质量总和的0～0.1％。
更优选地，所述溶剂为丙酮或N-甲基吡咯烷酮，所述扩链剂为乙二胺或乙二醇。
更优选地，通过三乙胺、二甲基乙醇胺、甲基二异丙基胺中的任意一种来中和羧酸基团。
本发明提供的聚氨酯阻燃涂料，为可降解涂料，该涂料成膜效果好，能在室温下储存超过一年，成本低廉，具有广阔的市场前景。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
以下实施例中所用的各原料均为市售商品，均可通过商业途径购买获得。
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，由以下摩尔份数的原料制备而成：二异氰酸酯100份，多元醇6～40份，亲水化合物10～35份，阻燃剂5～35份，扩链剂9～37份；所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，
其中，R选自H、羟甲基或含1～10个碳原子的烷基。
需要说明的是，上述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯中的一种或他们的混合物；上述多元醇为植物油、淀粉、纤维素中的任意一种；上述亲水化合物为二羟甲基丙酸，亲水化合物的作用是为了形成的聚合物结构中含有亲水的基团，如羧基，从而形成水性聚合物。
基于相同的发明构思，本发明还提供了该聚氨酯阻燃涂料的具体制备方法，包括如下步骤：
S1：按以下摩尔份数分别称取二异氰酸酯100份，多元醇6～40份，亲水化合物10～35份，阻燃剂5～35份，扩链剂9～37份，备用；
S2：将二异氰酸酯、亲水化合物和阻燃剂充分混合，在亲水性溶剂的作用下，或亲水性溶剂与催化剂的共同作用下，于60～95℃反应，反应2～4小时，加入多元醇，继续反应2～3小时，中和羧酸基团，再加入水扩散，加入扩链剂，在65℃继续反应，直到-NCO基团反应完毕，得到产物聚氨酯阻燃涂料。
需要说明的是，上述催化剂为辛酸亚锡，催化剂的用量为二异氰酸酯、多元醇、亲水化合物、阻燃剂、扩链剂质量总和的0～0.1％；而上述溶剂为丙酮或N-甲基吡咯烷酮，扩链剂为乙二胺或乙二醇。
以下就具体的实施例对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。
实施例1
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料组成为：2,4-甲苯二异氰酸酯0.1mol，蓖麻油0.04mol，二羟甲基丙酸0.02mol，阻燃剂0.02mol，乙二醇0.02mol；所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，式(1)中，R为乙基。
具体制备时，将17.41g的2,4-甲苯二异氰酸酯(0.1mol)，2.68g二羟甲基丙酸(0.02mol)，5.11g阻燃剂(0.02mol)以及25g丙酮在60℃搅拌和氮气保护下，反应3小时，加入37.34g蓖麻油(0.04mol)，反应3小时，降到40℃，加入2.02g三乙胺(0.02mol)中和，反应20min左右后加入水153.53g，10min左右升温至65℃，加入1.24g乙二醇(0.02mol)扩链，得到均匀稳定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
实施例2
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料组成为：2,6-甲苯二异氰酸酯0.08mol，蓖麻油0.02mol，二羟甲基丙酸0.028mol，阻燃剂0.004mol，乙二醇0.028mol；所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，式(1)中，R为甲基。
具体制备时，将13.93g的2,6-甲苯二异氰酸酯(0.08mol)，3.76g二羟甲基丙酸(0.028mol)，0.91g的阻燃剂(0.004mol)以及20g丙酮在80℃搅拌和氮气保护下，反应2.5小时，降温至50℃加入18.67g蓖麻油(0.02mol)升温至80℃，反应2小时，降到40℃，加入2.83g三乙胺(0.028mol)中和，反应20min左右后加入水97.63g，10min左右升温至65℃，加入1.74g乙二醇(0.028mol)扩链，得到均匀稳定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
实施例3
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料组成为：2,4-甲苯二异氰酸酯0.1mol，大豆油0.026mol，二羟甲基丙酸0.03mol，阻燃剂0.035mol，乙二醇0.009mol；所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，式(1)中，R为乙基。
具体制备时，将17.41g的2,4-甲苯二异氰酸酯(0.1mol)，4.02g二羟甲基丙酸(0.03mol)，8.93g的阻燃剂(0.035mol)以及25g丙酮在90℃搅拌和氮气保护下，反应3小时，降温至55℃加入22.88g大豆油(0.026mol)升温至85℃，反应2小时，降到40℃，加入3.04g三乙胺(0.03mol)中和，反应20min左右后加入水132.63g，10min左右升温至65℃，加入0.56g乙二醇(0.009mol)扩链，得到均匀稳定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
实施例4
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料组成为：2,4-甲苯二异氰酸酯0.12mol，蓖麻油0.0072mol，二羟甲基丙酸0.042mol，阻燃剂0.0264mol，乙二醇0.0444mol；所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，式(1)中，R为H。
具体制备时，将20.90g的2,4-甲苯二异氰酸酯(0.12mol)，5.63g二羟甲基丙酸(0.042mol)，5.26g阻燃剂(0.0264mol)以及20g丙酮在95℃搅拌和氮气保护下，反应2小时，降温至50℃加入6.72g蓖麻油(0.0072mol)再升温至95℃，反应2小时，降到40℃，加入4.25g三乙胺(0.042mol)中和，反应20min左右后加入水106.21g，10min左右升温至65℃，加入2.76g乙二醇(0.0444mol)扩链，得到均匀稳定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
实施例5
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料组成为：2,6-甲苯二异氰酸酯0.15mol，大豆油0.0375mol，二羟甲基丙酸0.015mol，阻燃剂0.045mol，乙二醇0.0525mol，该阻燃剂为式(1)所示的化合物，式(1)中，R为H。
将26.12g的2,6-甲苯二异氰酸酯(0.15mol)，2.01g的二羟甲基丙酸(0.015mol)，8.96g阻燃剂(0.045mol)以及20gN-甲基吡咯烷酮在70℃搅拌和氮气保护下，反应4小时，降温至50℃加入33.00g大豆油(0.0375mol)，升温至75℃反应3小时，降到40℃，加入1.52g三乙胺(0.015mol)中和，反应20min左右后加入水174.70g，10min左右升温至65℃，加入3.26g乙二醇(0.0525mol)扩链，得到均匀稳定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
实施例6
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料组成为：2,4-甲苯二异氰酸酯0.05mol，蓖麻油0.015mol，二羟甲基丙酸0.011mol，阻燃剂0.01mol，乙二醇0.014mol，该阻燃剂为式(1)所示的化合物，式(1)中，R为(CH2)9CH3。
具体制备时，将8.71g的2,4-甲苯二异氰酸酯(0.05mol)，1.48g二羟甲基丙酸(0.011mol)，4.49g的阻燃剂(0.01mol)以及20g丙酮在85℃搅拌和氮气保护下，反应2小时，降温至50℃加入14.00g蓖麻油(0.015mol)，升温至85℃反应2小时，降到40℃，加入1.11g三乙胺(0.011mol)中和，反应20min左右后加入水71.54g，10min左右升温至65℃，加入0.87g乙二醇(0.014mol)扩链，得到均匀稳定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
实施例7
一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料组成与实施例5相同，不同之处仅在于，该阻燃剂为式(1)所示的化合物，式(1)中，R为羟甲基。
具体制备方法也与实施例6相同，不同之处仅在于，各组分充分混合后，在亲水性溶剂与催化剂的共同作用下进行反应，该催化剂为辛酸亚锡，催化剂的用量为二异氰酸酯、多元醇、亲水化合物、阻燃剂、扩链剂质量总和的0.1％。
实施例1-7制得的聚氨酯阻燃涂料为可降解涂料，该涂料成膜效果好，在使用过程中耐磨性好，硬度高，阻燃效果好，是一种环境友好聚氨酯阻燃涂料。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种环境友好聚氨酯阻燃涂料，其特征在于，由以下摩尔份数的原料制备而成：
二异氰酸酯100份，多元醇6～40份，亲水化合物10～35份，阻燃剂5～35份，扩链剂9～37份；
所述阻燃剂为式(1)所示的化合物，
其中，R选自H、羟甲基或含1～10个碳原子的烷基。
2.根据权利要求1所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料，其特征在于，所述二异氰酸酯为脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯、芳香族二异氰酸酯中的一种或它们的混合物。
3.根据权利要求2所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料，其特征在于，所述脂肪族二异氰酸酯选自四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯中的任意一种，所述脂环族二异氰酸酯选自1,4-二异氰酸酯环己烷或1,3-二异氰酸酯环己烷，所述芳香族二异氰酸酯是2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料，其特征在于，所述多元醇为植物油、淀粉、纤维素中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料，其特征在于，所述植物油为蓖麻油、棕榈油、妥儿油、大豆油中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料，其特征在于，所述亲水化合物为二羟甲基丙酸。
7.根据权利要求1所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：按以下摩尔份数分别称取二异氰酸酯100份，多元醇6～40份，亲水化合物10～35份，阻燃剂5～35份，扩链剂9～37份，备用；
S2：将二异氰酸酯、亲水化合物和阻燃剂充分混合，在亲水性溶剂的作用下，或亲水性溶剂与催化剂的共同作用下，于60～95℃反应，反应2～4小时，加入多元醇，继续反应2～3小时，中和羧酸基团，再加入水扩散，加入扩链剂，在65℃继续反应，直到-NCO基团反应完毕，得到产物聚氨酯阻燃涂料。
8.根据权利要求7所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料的制备方法，其特征在于，所述催化剂为辛酸亚锡，所述催化剂的用量为所述二异氰酸酯、多元醇、亲水化合物、阻燃剂、扩链剂质量总和的0～0.1％。
9.根据权利要求7所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮或N-甲基吡咯烷酮，所述扩链剂为乙二胺或乙二醇。
10.根据权利要求9所述的环境友好聚氨酯阻燃涂料的制备方法，其特征在于，通过三乙胺、二甲基乙醇胺、甲基二异丙基胺中的任意一种来中和羧酸基团。
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