石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料制造技术

技术编号：44191860 阅读：0 留言：0更新日期：2025-02-06 18:31

本发明专利技术涉及石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料的制备方法，将多元醇、异氰酸酯加入烧瓶中，滴入二月桂酸二丁基锡，反应1~2h；再加入聚乙二醇，加入预聚物中反应1~2h，得该预聚体；再加入1,4‑丁二醇BDO及二硫化合物，70~80℃下反应1~2h，再将聚乙二醇单甲醚(MPEG)加入预聚体中，并于70℃反应1~2h；再加入紫外吸收剂、香豆素衍生物、羟丙基炔丙基醚和氮磷硅阻燃剂，于70~80℃下反应1~1.5h；再加入乙二胺，进行二次扩链，60~70℃下搅拌反应0.5~1h，加入水，保持搅拌速度为2000 r/min，反应0.5~1h；得到石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料；所得聚氨酯具有良好阻燃、耐光和耐磨耗性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水性聚氨酯涂料的制备方法，特别涉及石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料。

技术介绍

1、聚氨酯是最重要的六大合成材料之一，在涂料、橡胶、泡沫塑料、纤维、粘黏剂、合成皮革以及功能高分子等领域有极大应用价值，已成为品种最多、用途最广、发展最快的新型高分子材料。

2、水性聚氨酯(wpu)是由二异氰酸酯与多元醇进行聚加成反应，而成的一种应用最广泛的环保型聚合物。wpu具有机械强度高、良好柔韧性、耐溶剂、耐腐蚀性等优势。因此，wpu被广泛应用于纺织工业、木材加工、皮革涂饰、汽车行业等领域。但水性聚氨酯使用过程中，受到太阳光中的紫外线长时间照射，膜的表面发黄，外观变化影响产品使用寿命；同时聚氨酯极限氧指数(loi)仅为20.1％，燃烧速度快，燃烧后容易产生熔滴，并造成二次危害，同时，水性聚氨酯在作为涂层材料使用过程中，往往受到摩擦、碰撞、弯曲等作用，表面会出现划痕、微裂纹等物理损伤，导致涂层被破坏、功能丧失，使用寿命缩短，这些缺点严重限制了wpu的工业应用。因此，必须对其进行改性，提高其阻燃、耐光和耐磨耗性。

3、提高水性聚氨酯阻燃和耐光一般采用化学改性和物理改性的方法，化学改性工艺复杂，但效果好，物理改性工艺简单，但效果较差。

4、专利技术专利2023111285422在反应容器中采用超支化阻燃剂，作为聚氨酯合成预聚体的扩链剂，同时采用丁基糖苷(烷基糖苷)作为扩链剂，将具有渗透性的阴非离子乳化剂结合到聚氨酯的链段中，采用饱和亚硫酸氢钠和氨基甲酸乙酯协同处理聚氨酯中的丙酮溶

5、专利技术专利202311129132x，设计制备出超支化氮磷硅阻燃剂，用于聚氨酯的阻燃处理，弥补聚氨酯的易燃缺陷，燃烧释放大量熔滴及烟雾大的问题，为聚氨酯的阻燃改性提供了新的阻燃剂选择，并采用双硫键、香豆素衍生物(光修复)和多重动态氢键相结合方式，并采用螺吡喃类化合物吸光，释放能量，使香豆素衍生物(光修复)和双硫键提高聚氨酯常温自修复持久性。不足之处在于，螺吡喃类化合物成本太高，增加了产品成本，且并未涉及到耐磨耗性，其pkhhr和thr仍然有改善幅度，且所制备得香豆素衍生物效率仍然有提高空间。

6、针对聚氨酯的耐光性，也有部分研究工作采用物理共混。

7、何秋菊等通过物理共混法，将纳米sio2与mdi芳香族异氰酸酯进行混合。当加入0.23％的sio2时，制得的聚氨酯乳液对紫外光透过率低。由于纳米二氧化硅对紫外线有很强的吸收能力和对红外线有极强的反射效果，且纳米sio2表面配位不足而显示出较强的活性，可吸附某些色素颗粒，从而减少紫外线照射引起的色素衰减。另外，在成膜过程中，纳米二氧化硅可形成网络结构，大幅度的提高涂层的耐老化、耐腐蚀等性能。将它加入原料中，可提高聚氨酯的耐黄变性。由于纳米二氧化钛具有较大的比表面积，可将进入聚氨酯材料的部分紫外光进行漫反射，并通过电子跳跃来吸收大部分紫外能量并以振动热、电子-空穴耦合释放荧光等形式释放。但存在着共混所得聚氨酯溶液稳定性差，因此，需要进行化学改性。

8、针对聚氨酯的阻燃性，也有部分研究工作采用物理共混。

9、吕鹏等人将纳米二氧化硅和水性聚氨酯乳液混合，发现纳米二氧化硅溶胶与水性聚氨酯的相容性较好，硅溶胶添加量低于20％时，不会对聚氨酯的乳液外观产生影响，且其静态沉降速率和动态沉降速率，不变或者有极其微小变化，通过实验，发现随着纳米二氧化硅溶胶含量的增加，涂层的固化时间逐渐增加，硬度会先增加后趋于稳定，涂层的拉伸强度先增加后减少，断裂伸长率则逐渐减少。氧指数从最初18％提升到26.5％，说明纳米二氧化硅溶胶提高了水性聚氨酯涂料的燃烧等级，该方法存在水性聚氨酯稳定性差的缺陷，且未对聚氨酯熔滴和烟雾进行研究。

10、针对现有水性聚氨酯涂料阻燃和耐光性研究过程中，存在着耐光性不足且燃烧过程中产生熔滴和烟雾，仍然需要对其进行改进，来提高聚氨酯耐光性和阻燃，满足社会发展需要。

技术实现思路

1、本专利技术所要解决的技术问题是紫外吸收剂与聚氨酯涂料共混性差，耐光性级别不高，且聚氨酯阻燃性差，首次将动态可逆过程引入到聚氨酯中，用于解决聚氨酯的耐黄变问题，并协同羟丙基炔丙基醚、香豆素衍生物共同发挥作用，提高聚氨酯耐光性；采用阻燃体系中引入有机硅化合物，增加受热si-c炭层致密性，将该氮磷硅阻燃剂引聚氨酯链段中，降低聚氨酯燃烧的熔滴性和燃烧的烟雾。

2、石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料的制备方法，

3、(1)预聚：先对多元醇进行真空干燥18～24h；再将20～25份多元醇、49～64份的异氰酸酯加入到插入温度计、玻璃塞、搅拌桨、氮气管烧瓶中，滴加0.1～0.3份二月桂酸二丁基锡，升温至80～85℃，转速为200～250r/min，反应1～2h；调温度为75～80℃，将10～12份分子量为2000g/mol的聚乙二醇，加入体系中反应1～2h，得该预聚体；

4、(2)一次扩链及引入双硫键：将2～3份1,4-丁二醇bdo及2～3份二硫化合物于预聚体中，70～80℃下反应1～2h，再加入5～6份聚乙二醇单甲醚(mpeg)于反应体系，70℃反应1～2h，在此期间时刻观察反应物的状态，如有粘度增大的情况，及时少量多次地加入丙酮降低其粘度，再加入3～5份紫外吸收剂、香豆素衍生物0.6～1.5份、羟丙基炔丙基醚0.3～1.2份、氮磷硅阻燃剂3～5份和0.01份戊二酸，70～80℃下反应1～1.5h；

5、(3)二次扩链：调整转速为250～300r/min，并加入1～2份乙二胺，60～70℃下搅拌反应0.5～1h，加入水100～120份，60～70℃保持搅拌速度为2000r/min，反应0.5～1h，得到石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料；

6、氮磷硅阻燃剂的制备方法为：以100ml四氢呋喃为溶剂，加入0.1mol的9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)、有机钼化合物3.9～6.5g、石墨烯接枝物0.6～1g和偶氮二异丁腈0.5～0.7g于四颈烧瓶，50～60℃下反应1～2h，再加入0.1～0.12mol顺丁烯二酸酐(ma)于四颈烧瓶中，40～50℃搅拌反应4～6h，真空烘箱干燥得到dopo-ma的反应体系；再往反应体系中加入0.12～0.14mol二异丙醇胺(dipa)和0.41～0.43g对甲苯磺酸(tsoh)于烧瓶中，加入甲苯50ml，90～100℃下加热反应3～本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料，其特征在于：

2.如权利要求1所述的石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料，其石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料的制备方法为：

3.如权利要求2所述的石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料法，其特征在于，聚四氢呋喃醚二醇分子量为1000g/mol，聚丙二醇分子量为2000g/mol。

4.如权利要求2所述的石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料，其特征在于，异氰酸酯可用HDI、MDI的任意一种。

【技术特征摘要】

1.石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料，其特征在于：

2.如权利要求1所述的石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料所用关键材料，其石墨烯型阻燃、耐光性、耐磨耗水性聚氨酯涂料的制备方法为：

3.如权利要求2所述的石墨烯型阻燃、耐光...

【专利技术属性】
技术研发人员：段宝荣，丁燕波，翁永根，曲家乐，刘永林，潘鑫蕊，秦静，冯练享，张月，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：

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