CN112011262A - 一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料及其制法 - Google Patents

一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚氨酯材料技术领域，且公开了一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，包括以下配方原料及组分：4,4'‑二异氰酸基‑3,3'‑二甲基联苯、聚碳酸酯二元醇、聚磷酸酯多元醇、三乙醇胺、丁二醇、催化剂、功能化石墨烯。该一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，丙三醇中的羟基与氧化石墨烯中的羧基发生酯化反应，使丙三醇接枝氧化石墨烯，丙三醇中的羟基和氧化石墨烯中的羟基与磷酸基团反应，生成的磷酸酯化的功能化石墨烯，聚碳酸酯改性的聚氨酯氢键化程度很高，交联度和热稳定性更高，功能化石墨烯中的磷酸酯基团与聚碳酸酯改性聚氨酯具有很好的相容性和分散性，赋予了聚氨酯涂料涂膜优异的阻燃性能。

Description

一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料及其制法
技术领域
本发明涉及聚氨酯材料技术领域，具体为一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料及其制法。
背景技术
防火阻燃涂料涂覆于基材表面，提高材料的耐火极限降，降低材料表面的可燃性，广泛用于建筑材料、电子电器、电缆保护层、交通运输等领域，阻燃涂料可以分为膨胀型和非膨胀型涂料，非膨胀型防火涂料的燃点很高，燃烧性能很差，来达到阻燃的效果，膨胀型防火涂料在涂膜受热膨胀时，形成蜂窝状的致密炭化层，隔离火焰热量对底材的传递，同时在高温时涂料分解产生不可燃性气体，隔绝并稀释了周围的氧气，涂层在防火时发生的物理和化学反应，可以吸收大量热量，起到阻燃和延缓火焰蔓延的效果。
聚氨酯是一种新型高分子化合物，分为聚酯型和聚醚型聚氨酯，可以制成聚氨酯塑料、聚氨酯纤维、聚氨酯涂料、聚氨酯弹性体等材料，具有良好的耐化学性、力学性能，硬度高、弹性好、易加工，产品主要有泡沫塑料、弹性体、纤维塑料、涂料和胶粘剂等，在交通领域、家居领域和建筑领域具有广泛的应用，但是聚氨酯涂料的阻燃性能较差，限制了聚氨酯涂料的实用性和应用，石墨烯、碳纳米管等碳基材料具有纳米的片状结构，拥有优异的阻燃效应，但是石墨烯在聚氨酯中的分散性和相容性很差，会产生结块和聚集的现象，影响聚氨酯材料的力学性能。
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料及其制法，解决了聚氨酯涂料涂膜阻燃性很差的问题，石墨烯在聚氨酯中的分散性和相容性不好的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：25-32份4,4'-二异氰酸基-3,3'-二甲基联苯、47-66份聚碳酸酯二元醇、3-5份聚磷酸酯多元醇、2-5份三乙醇胺、2-4份丁二醇、1-3份催化剂、1-4份功能化石墨烯。
优选的，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
优选的，所述功能化石墨烯制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入乙醇和丙三醇的混合溶剂，两者体积比为1:1.5-2，再加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声分散仪中，在40-60℃下进行超声分散处理0.5-1h，超声频率为22-30KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50-70℃，匀速搅拌反应6-10h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯。
(2)向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至50-60℃，匀速搅拌反应8-10h，再升温至100-110℃，匀速搅拌反应6-8h，将溶液冷却至室温、真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯。
优选的，所述氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:120-180:45-60。
优选的，所述丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:8-12:30-50。
优选的，所述自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头。
优选的，所述高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料：
(1)向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入25-32份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和1-4份功能化石墨烯，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70-80℃，搅拌均匀后，加入47-66份聚碳酸酯二元醇和3-5份聚磷酸酯多元醇，匀速搅拌反应1-2h，再加入1-3份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应1-2h，将温度降至55-65℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为55-75％，加入2-4份丁二醇，匀速搅拌反应20-40min，再加入2-5份三乙醇胺，继续反应2-4h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料。
(三)有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
该一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，氧化石墨烯片层边缘处含有丰富的羧基基团，使用SOCl2为酯化催化剂，使丙三醇中的羟基与羧基酯化反应，得到丙三醇接枝氧化石墨烯，再与尿素为磷酸酯化催化剂，丙三醇中的羟基和氧化石墨烯中的羟基与磷酸基团反应，生成的功能化石墨烯。
该一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，以聚碳酸酯二元醇和4,4'-二异氰酸基-3,3'-二甲基联苯为单体，制备得到的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，聚碳酸酯改性的聚氨酯氢键化程度更高，因此交联度和热稳定性比普通的聚氨酯要高很多，功能化石墨烯中的磷酸酯基团与聚碳酸酯改性聚氨酯具有很好的相容性，改善了氧化石墨烯在聚氨酯涂料中相容性和分散性，当聚氨酯涂料涂膜高温燃烧时，分散均匀的氧化石墨烯形成致密的炭层，抑制了热量的传导，阻碍了氧气的接触，从而起到阻燃效果，同时氧化石墨烯中的磷酸酯基团受热分解产生磷氧化物，会吸收大量的热量，并且磷氧化物具有很强的吸水性和脱水性，可以提高聚氨酯涂膜的成炭率，加速涂膜的炭化，形成保护层，进一步抑制燃烧过程，从而赋予了聚氨酯涂料涂膜优异的阻燃性能。
附图说明
图1是自动反应瓶正面示意图；
图2是出气孔示意图。
1、瓶体；2、进料孔；3、进料孔塞；4、进气孔；5、过孔；6、进气孔塞；7、出气孔；8、通孔；9、出气孔塞；10、搅拌装置；11、搅拌轴；12、搅拌扇片；13、保护层；14、电源线；15、插头。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下具体实施方式和实施例：一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：25-32份4,4'-二异氰酸基-3,3'-二甲基联苯、47-66份聚碳酸酯二元醇、3-5份聚磷酸酯多元醇、2-5份三乙醇胺、2-4份丁二醇、1-3份催化剂、1-4份功能化石墨烯，催化剂为二月桂酸二丁基锡。
功能化石墨烯制备方法包括以下步骤：
(1)向反应瓶中加入乙醇和丙三醇的混合溶剂，两者体积比为1:1.5-2，再加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声分散仪中，在40-60℃下进行超声分散处理0.5-1h，超声频率为22-30KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，其中氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:120-180:45-60，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50-70℃，匀速搅拌反应6-10h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯。
(2)向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯，自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，其中丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:8-12:30-50，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至50-60℃，匀速搅拌反应8-10h，再升温至100-110℃，匀速搅拌反应6-8h，将溶液冷却至室温、真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯。
高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料：
(1)向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入25-32份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和1-4份功能化石墨烯，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70-80℃，搅拌均匀后，加入47-66份聚碳酸酯二元醇和3-5份聚磷酸酯多元醇，匀速搅拌反应1-2h，再加入1-3份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应1-2h，将温度降至55-65℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为55-75％，加入2-4份丁二醇，匀速搅拌反应20-40min，再加入2-5份三乙醇胺，继续反应2-4h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料。
实施例1
(1)制备丙三醇接枝氧化石墨烯组分1：向反应瓶中加入乙醇和丙三醇的混合溶剂，两者体积比为1:1.5，再加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声分散仪中，在40℃下进行超声分散处理0.5h，超声频率为22KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，其中氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:120:45，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至50℃，匀速搅拌反应6h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯组分1。
(2)制备功能化石墨烯组分1：向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯组分1，自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，其中丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:8:30，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至50℃，匀速搅拌反应8h，再升温至100℃，匀速搅拌反应6h，将溶液冷却至室温、真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯组分1。
(3)制备高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料1：向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入25份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和1份功能化石墨烯组分1，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70℃，搅拌均匀后，加入66份聚碳酸酯二元醇和3份聚磷酸酯多元醇，匀速搅拌反应1h，再加入1份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应1h，将温度降至55℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为55％，加入2份丁二醇，匀速搅拌反应2min，再加入2份三乙醇胺，继续反应2h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料1。
实施例2
(1)制备丙三醇接枝氧化石墨烯组分2：向反应瓶中加入乙醇和丙三醇的混合溶剂，两者体积比为1:1.5，再加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声分散仪中，在60℃下进行超声分散处理1h，超声频率为30KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，其中氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:120:45，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70℃，匀速搅拌反应6h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯组分2。
(2)制备功能化石墨烯组分2：向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯组分2，自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，其中丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:8:30，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至60℃，匀速搅拌反应8h，再升温至100℃，匀速搅拌反应8h，将溶液冷却至室温、真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯组分2。
(3)制备高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料2：向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入26.5份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和1.5份功能化石墨烯组分2，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70℃，搅拌均匀后，加入62份聚碳酸酯二元醇和3.5份聚磷酸酯多元醇，匀速搅拌反应2h，再加入1.5份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应2h，将温度降至65℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为60％，加入2.5份丁二醇，匀速搅拌反应20min，再加入2.5份三乙醇胺，继续反应4h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料2。
实施例3
(1)制备丙三醇接枝氧化石墨烯组分3：向反应瓶中加入乙醇和丙三醇的混合溶剂，两者体积比为1:1.8，再加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声分散仪中，在50℃下进行超声分散处理1h，超声频率为25KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，其中氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:150:55，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至60℃，匀速搅拌反应8h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯组分3。
(2)制备功能化石墨烯组分3：向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯组分3，自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，其中丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:10:40，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至55℃，匀速搅拌反应9h，再升温至105℃，匀速搅拌反应7h，将溶液冷却至室温、真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯组分3。
(3)制备高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料3：向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入29份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和2.5份功能化石墨烯组分3，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至75℃，搅拌均匀后，加入57份聚碳酸酯二元醇和4份聚磷酸酯多元醇，匀速搅拌反应1.5h，再加入2份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应1.5h，将温度降至60℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为65％，加入3份丁二醇，匀速搅拌反应30min，再加入3份三乙醇胺，继续反应3h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料3。
实施例4
(1)制备丙三醇接枝氧化石墨烯组分4：向反应瓶中加入乙醇和丙三醇的混合溶剂，两者体积比为1:1.5，再加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声分散仪中，在60℃下进行超声分散处理1h，超声频率为30KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，其中氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:120:45，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70℃，匀速搅拌反应10h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯组分4。
(2)制备功能化石墨烯组分4：向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯组分4，自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，其中丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:12:50，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至60℃，匀速搅拌反应10h，再升温至100℃，匀速搅拌反应6h，将溶液冷却至室温、真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯组分4。
(3)制备高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料4：向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入31份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和3份功能化石墨烯组分4，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至80℃，搅拌均匀后，加入52份聚碳酸酯二元醇和4.5份聚磷酸酯多元醇，匀速搅拌反应1h，再加入2.5份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应2h，将温度降至65℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为75％，加入3.5份丁二醇，匀速搅拌反应40min，再加入4份三乙醇胺，继续反应2h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料4。
实施例5
(1)制备丙三醇接枝氧化石墨烯组分5：向反应瓶中加入乙醇和丙三醇的混合溶剂，两者体积比为1:2，再加入氧化石墨烯，将反应瓶置于超声分散仪中，在60℃下进行超声分散处理1h，超声频率为30KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，其中氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:180:60，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至70℃，匀速搅拌反应10h，将溶液减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯组分5。
(2)制备功能化石墨烯组分5：向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯组分5，自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，其中丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:12:50，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至60℃，匀速搅拌反应10h，再升温至110℃，匀速搅拌反应8h，将溶液冷却至室温、真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯组分5。
(3)制备高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料5：向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入32份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和4份功能化石墨烯组分5，将反应瓶置于恒温水浴锅中，加热至80℃，搅拌均匀后，加入47份聚碳酸酯二元醇和5份聚磷酸酯多元醇，匀速搅拌反应2h，再加入3份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应2h，将温度降至65℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为75％，加入4份丁二醇，匀速搅拌反应40min，再加入5份三乙醇胺，继续反应4h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料5。
将实施例1-5中的高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料固化成膜，检测成薄片，在GP-UL94水平垂直燃烧测定仪中测试材料的阻燃性能，测试标准为UL94标准。
实施例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
UL-94等级 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
综上所述，该一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，氧化石墨烯片层边缘处含有丰富的羧基基团，使用SOCl2为酯化催化剂，使丙三醇中的羟基与羧基酯化反应，得到丙三醇接枝氧化石墨烯，再与尿素为磷酸酯化催化剂，丙三醇中的羟基和氧化石墨烯中的羟基与磷酸基团反应，生成的功能化石墨烯。
以聚碳酸酯二元醇和4,4'-二异氰酸基-3,3'-二甲基联苯为单体，制备得到的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，聚碳酸酯改性的聚氨酯氢键化程度更高，因此交联度和热稳定性比普通的聚氨酯要高很多，功能化石墨烯中的磷酸酯基团与聚碳酸酯改性聚氨酯具有很好的相容性，改善了氧化石墨烯在聚氨酯涂料中相容性和分散性，当聚氨酯涂料涂膜高温燃烧时，分散均匀的氧化石墨烯形成致密的炭层，抑制了热量的传导，阻碍了氧气的接触，从而起到阻燃效果，同时氧化石墨烯中的磷酸酯基团受热分解产生磷氧化物，会吸收大量的热量，并且磷氧化物具有很强的吸水性和脱水性，可以提高聚氨酯涂膜的成炭率，加速涂膜的炭化，形成保护层，进一步抑制燃烧过程，从而赋予了聚氨酯涂料涂膜优异的阻燃性能。

Claims (7)

1.一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：25-32份4,4'-二异氰酸基-3,3'-二甲基联苯、47-66份聚碳酸酯二元醇、3-5份聚磷酸酯多元醇、2-5份三乙醇胺、2-4份丁二醇、1-3份催化剂、1-4份功能化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
3.根据权利要求1所述的一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，其特征在于：所述功能化石墨烯制备方法包括以下步骤：
(1)体积比为1:1.5-2的向乙醇和丙三醇的混合溶剂中加入氧化石墨烯，将溶液在40-60℃下进行超声分散处理0.5-1h，超声频率为22-30KHz，将反应瓶置于低温反应仪中，在0℃下加入催化剂SOCl2，将溶液加热至50-70℃，匀速搅拌反应6-10h，将溶液除去溶剂，洗涤固体产物并干燥，制备得到丙三醇接枝氧化石墨烯；
(2)向自动反应瓶中加入蒸馏水溶剂和丙三醇接枝氧化石墨烯，超声超声分散均匀后，向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入磷酸酯化催化剂尿素和磷酸，将溶液加热至50-60℃，反应8-10h，再升温至100-110℃，反应6-8h，将溶液冷却、除去溶剂、洗涤并干燥，制备得到磷酸酯化的功能化石墨烯。
4.根据权利要求3所述的一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，其特征在于：所述氧化石墨烯、丙三醇和催化剂SOCl2的质量比为1:120-180:45-60。
5.根据权利要求3所述的一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，其特征在于：所述丙三醇接枝氧化石墨烯、尿素和磷酸的质量比为1:8-12:30-50。
6.根据权利要求3所述的一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，其特征在于：所述自动反应瓶包括瓶体、瓶体上方设置有进料孔，进料孔与进料孔塞活动连接，瓶体左侧设置有进气孔，进气孔中部设置有过孔、进气孔与进气孔塞活动连接，瓶体右侧设置有出气孔，出气孔中部设置有过孔、出气孔与出气孔塞活动连接，瓶体底部固定连接有搅拌装置，搅拌装置上方活动连接有搅拌轴，搅拌轴与搅拌扇片固定连接，搅拌装置的右侧固定连接有保护层，搅拌装置与电源线固定连接，电源线的一端固定连接有插头。
7.根据权利要求1所述的一种高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料，其特征在于：所述高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料：
(1)向自动反应瓶中通入氮气排出空气，加入25-32份4,4’-二异氰酸基-3,3’-二甲基联苯和1-4份功能化石墨烯，将溶液加热至70-80℃，搅拌均匀后，加入47-66份聚碳酸酯二元醇和3-5份聚磷酸酯多元醇，反应1-2h，再加入1-3份催化剂二月桂酸二丁基锡，继续反应1-2h，将温度降至55-65℃，向溶液中加入甲苯溶剂，控制固液比为55-75％，加入2-4份丁二醇，匀速搅拌反应20-40min，再加入2-5份三乙醇胺，继续反应2-4h，制备得到高阻燃性的聚碳酸酯改性聚氨酯涂料。
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