[發明專利]一種多功能改性水性聚氨酯涂層材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710408686.1
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN107099240B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: 顧麗敏;張林雅;葛艷蕊;薛偉;于倩
• 申請（專利權）人: 河北科技大學
• 主分類號: C09D175/08
• 分類號: C09D175/08;C09D5/18;C09D5/08;C08K3/04;C08G18/48;C08G18/66;C08G18/12
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 楊樂

本發明提供了一種多功能改性水性聚氨酯涂層材料及其制備方法。所述涂層材料由以下原料按一定比例制得：二異氰酸酯、聚醚多元醇、親水擴鏈劑、磷氮協效阻燃劑、中和劑和氧化石墨烯（GO）。所述涂層材料的制備方法為：以二異氰酸酯、親水擴鏈劑、聚醚多元醇為原料合成水性聚氨酯預聚體（PU），利用磷氮協效阻燃劑對水性聚氨酯進行擴鏈，得到本質阻燃改性聚氨酯預聚體（FPU），再用中和劑中和預聚體中的羧基，最后將GO與FPU進行后擴鏈反應，得到多功能改性水性聚氨酯涂層材料（GOFPU）。本發明的多功能改性水性聚氨酯涂層材料粘度低、貯存穩定性和機械穩定性好、固含量較高，成膜后可同時具有良好的力學性能、阻燃性和防腐性，且制備步驟簡單，具有較高的成本優勢。

技術領域

本發明屬于新型功能高分子材料領域，尤其是涉及一種多功能改性水性聚氨酯涂層材料及其制備方法。

背景技術

傳統的高分子材料一般均具有易燃性，且不具有防腐功能。隨著高分子涂層材料應用領域的不斷擴展，對高分子材料也提出了更多、更功能化的需求。如木質家具、紡織品、各種金屬類裝飾裝修材料等均需要使用高分子涂層材料進行涂飾整理，以滿足美化、舒適等方面的需求。但上述應用均屬易燃領域，這使得高分子涂層材料的阻燃、防腐改性技術備受關注。

高分子涂層材料包括聚丙烯酸酯類、聚氨酯類、聚氯乙烯類、有機硅類、合成橡膠類等，其中，聚氨酯類是應用范圍較廣的涂層材料之一。

聚氨酯為主鏈含-NHCOO-重復結構單元的一類聚合物，是可裁剪性高分子材料，通過分子設計，可用來制備硬、軟、黏等特點的產品。聚氨酯所用的原材料主要分為聚酯或聚醚多元醇、多異氰酸酯和擴鏈劑，各種原料通過不同組合和工藝制備出多種用途的聚氨酯產品。在聚氨酯類涂層材料中，水性聚氨酯由于其功能性和環保性，成為本領域的重點發展方向之一。為了提高水性聚氨酯涂層材料的綜合性能，科研人員在聚氨酯主鏈中引入其他基團和鏈段，以期改善聚氨酯涂層的性能。

水性聚氨酯涂層材料耐磨、耐油、耐撕裂等性能較好，但一般都具有易燃性，且防腐性能也有待提高，一定程度上限制了其應用領域。因此，對水性聚氨酯涂層材料的阻燃及防腐性改良很有必要。

目前針對水性聚氨酯涂層材料的阻燃和防腐改性主要集中于涂料組合物的制備，使用添加功能助劑的方法進行改性。如CN102746784B公開了一種節能保溫阻燃防水耐腐功能涂料，由水性聚氨酯分散體、阻燃劑、阻燃消煙劑、空心玻璃微珠、潤濕分散劑、防沉劑、增稠劑、水、流平劑、消泡劑按一定比例組成。CN105505172A公開了一種阻燃水性聚氨酯涂料，由水性聚氨酯樹脂、水性丙烯酸樹脂、水性三聚氰胺甲醛樹脂、硅溶膠、膨潤土、硅藻土、電氣石粉、麥飯石粉、滑石粉、重質碳酸鈣、云母粉、膨脹珍珠巖、硼酸鈣、三聚磷酸鋁、流平劑、分散劑、抗菌劑、消泡劑、潤濕劑、水按一定比例組成。除此之外，還有一些研究方向是先將聚氨酯改性，然后與阻燃劑、防腐劑混合制得阻燃和防腐水性聚氨酯涂層材料，如CN104745070A公開的一種聚氨酯外墻防腐阻燃涂料，其制備方法是先將N-羥甲基丙烯酰胺加入乙醇溶解，然后與聚氨酯預聚體混合，再加入鈦酸酯偶聯劑TMC-101和分散劑聚丙烯酸銨鹽DA40反應，然后加入對苯二甲酸二辛酯、金紅石型鈦白粉、聚氧丙烯甘油醚、阻燃材料、硅石灰粉、混合溶劑和防腐劑，混合均勻得到聚氨酯外墻防腐阻燃涂料產品。

上述方法主要使用添加功能助劑的方法進行改性，這種方法工藝簡單，雖然滿足使用要求的阻燃劑、防腐劑品種多，但需要解決阻燃劑、防腐劑的分散性、相容性、界面性等一系列問題，且同時使得涂層具有較好的防腐、阻燃雙重功能也不易實現。

為得到具有相對永久性的阻燃、防腐效果，減少對被阻燃聚合物的物理性能的影響，一些研究人員采用了反應型改性方法。如CN106497384A公開了一種阻燃型水性聚氨酯涂料的制備方法，該方法采用蛭石等材料對聚氨酯進行改性，以彌補傳統水性聚氨酯涂料阻燃性能不佳的缺陷，同時也增強了其防腐性能。但總體來看，為了同時增強水性聚氨酯的阻燃及防腐性能而進行的反應型改性的研究較少，而該研究對于進一步擴大水性聚氨酯的應用領域、提高水性聚氨酯的安全性具有重要意義。