一种阻燃改性聚氨酯金属涂料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防水涂料技术领域，尤其涉及一种阻燃改性聚氨酯金属涂料。
【背景技术】
[0002]随着现代工业的飞速发展，金属表面的防腐越来越受到各行各业的高度重视，采用涂料涂覆防腐是一种既经济又有效的方法。对工矿企业来说，金属腐蚀造成了经济上的巨大损失是难以估量的，约占全球钢产量的15-20%，可见，对腐蚀的防护是何等的重要。防止金属腐蚀的方法有很多，如采用电镀和阴极保护，造成了排放污染，不利于环境保护;还有在使用耐腐蚀合金，虽起到防腐作用，但工程造价达。经过实践证明，采取涂料层防护是最有效最经济普遍的方法。
[0003]水性聚氨酯以水作为分散介质，具有环保无毒等优势，并且可以通过改变软硬段种类与比例来调节树脂材料的综合性能。自上世纪60年代末水性聚氨酯被引入市场后，水性聚氨酯以优异的粘结能力，出色的耐温变性能，优良的耐低温性能，良好的生物相容性以及环保无毒的特性而被广泛应用在多个领域。而水性聚氨酯在使用时如未经阻燃处理，往往会成为引发火灾的安全隐患。同时现有技术中水性聚氨酯涂料的耐磨和耐拉伸性能不足，影响实际使用。
【发明内容】
[0004]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明提出了一种阻燃改性聚氨酯金属涂料，阻燃性能优异，耐磨、耐水、耐热和耐拉伸性能优秀。
[0005]本发明提出的一种阻燃改性聚氨酯金属涂料，其原料按重量份包括:有机磷改性聚氨酯90?100份，水性酚醛树脂10?15份，水性醇酸树脂5?10份，羧甲基纤维素钠3?6份，蒙脱土 12?15份，煅烧高岭土20?30份，纳米氮化铝5?8份，三聚氰胺磷酸酯1?2份，纳米氢氧化镁15?20份，消泡剂1?2份，平流剂2?3份，颜料2?4份。
[0006]优选地，有机磷改性聚氨酯、水性酚醛树脂、水性醇酸树脂的重量比为93?96:12?14:8?9ο
[0007]优选地，有机磷改性聚氨酯、三聚氰胺磷酸酯的重量比为93?96:1.6?1.8份。
[0008]本发明按常规工艺制备。
[0009]优选地，有机磷改性聚氨酯的制备方法如下:将桐油多元醇和Ν，Ν-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯升温，保温，真空脱水得到物料a;将4，4_二环己基甲烷二异氰酸酯和物料a混合后，通入N2保护，升温，保温，然后降温，加入1，5_戊二醇、二羟甲基丙酸、季戊四醇和丙酮，再加入环烷酸锌，升温，保温，得到物料b;将物料b降温后，再滴加含二甲基乙醇胺和三乙醇胺的混合溶液，升温，保温得到物料c;将物料c进行中和后，再加水进行乳化分散，真空蒸馏得到有机磷改性聚氨酯。
[0010]优选地，有机磷改性聚氨酯的制备方法如下:按重量份将40?50份桐油多元醇和5?8份N，N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯升温，保温，真空脱水得到物料a;将23?28份4，4_二环己基甲烷二异氰酸酯和物料a混合后，通入N2保护，升温，保温，然后降温，加入8?12份1,5-戊二醇、0.6?1份二羟甲基丙酸、5?8份季戊四醇和丙酮，再加入0.5?0.8份环烷酸锌，升温，保温，得到物料b;将物料b降温后，再滴加含0.8?1.2份二甲基乙醇胺和1.5?2.5份三乙醇胺的混合溶液，升温，保温得到物料c;将物料c进行中和后，再加250?280份水进行乳化分散，真空蒸馏得到有机磷改性聚氨酯。
[0011 ]丙酮在有机磷改性聚氨酯的制备过程中起到溶剂的作用，无需限定用量。
[0012]优选地，有机磷改性聚氨酯的制备方法如下:将桐油多元醇和Ν，N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯升温至100?110°C，保温2?3h，真空脱水得到物料a;将4，4_ 二环己基甲烷二异氰酸酯和物料a混合后，通入N2保护，升温至75?85°C，保温2?4h，然后降温至45?55°C，加入1，5-戊二醇、二羟甲基丙酸、季戊四醇和丙酮，再加入环烷酸锌，升温至85?90°C，保温1?2h，得到物料b;将物料b降温至30?40°C后，再滴加含二甲基乙醇胺和三乙醇胺的混合溶液，升温至60?70°C，保温20?40min得到物料c;将物料c进行中和后，再加水进行乳化分散，真空蒸馏得到有机磷改性聚氨酯。
[0013]优选地，有机磷改性聚氨酯制备方法中的桐油多元醇按如下方法制备:将桐油和甲酸混合后，升温，滴加过氧化氢，滴加过程中不停搅拌，滴加完毕后继续搅拌，接着加入氨水，冷却至室温后加入乙酸乙酯和水，静置分层后取上层溶液，然后水洗至中性，干燥，蒸馏得到环氧桐油；将环氧桐油升温后，通入N2保护，然后滴加无水乳酸，保温，冷却至室温后，水洗，干燥得到桐油多元醇。
[0014]优选地，有机磷改性聚氨酯制备方法中的桐油多元醇按如下方法制备:按重量份将100?110份桐油和43?46份甲酸混合后，升温，以0.3?0.5份/min滴加45?50份过氧化氢，滴加过程中不停搅拌，滴加完毕后继续搅拌，接着加入43?46份氨水，冷却至室温后加入乙酸乙酯和水，静置分层后取上层溶液，然后水洗至中性，干燥，蒸馏得到环氧桐油;将环氧桐油升温后，通入N2保护，然后滴加90?98份无水乳酸，保温，冷却至室温后，水洗，干燥得到桐油多元醇。
[0015]优选地，有机磷改性聚氨酯制备方法中的桐油多元醇按如下方法制备:将桐油和甲酸混合后，升温至48?52°C，滴加过氧化氢，滴加过程中不停搅拌，滴加完毕后继续搅拌17?20h，接着加入氨水，冷却至室温后加入乙酸乙酯和水，静置分层后取上层溶液，然后水洗至中性，干燥，蒸馏得到环氧桐油；将环氧桐油升温至98?102°C后，通入N2保护，然后滴加无水乳酸，保温19?22h，冷却至室温后，水洗，干燥得到桐油多元醇。
[0016]本发明将桐油和甲酸混合后，升温，滴加过氧化氢，使桐油长链上的-C= C_双键被打开，形成环氧基团得到环氧桐油，然后升温与乳酸进行反应，使环氧基团被打开，一端形成羟基，乳酸通过酯键接枝到另一端，而乳酸自身还带有羟基，使最终得到的桐油多元醇上具有多个羟基，在后续聚氨酯的合成中，随着多元醇中羟基含量的增加，大分子链软段之间氢键相互作用增强，玻璃化温度随之升高;本发明采用桐油多元醇和N，N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯制备有机磷改性聚氨酯，在聚氨酯结构上引入长碳侧链和含氮磷的基团，不仅提高了水性聚氨酯的亲油性，使本发明成膜时亲油基向外对空气排布，亲水基向内排布，从而使得接触角增大，水难以在本发明所形成的涂层表面铺展润湿，同时后期涂料固化后在空气中进行氧合作用，产生自交联现象，使体系交联度增加，刚性结构增多，改善由于含氮磷的基团的引入而导致涂层变软、附着力变差的缺点，从而使涂层的耐水、耐热和耐拉伸性能得到进一步增强，同时桐油多元醇和N，N-双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯中富含羟基，可彼此形成氢键，进一步增加了交联强度，进一步提高了其硬度和耐水性，而且含氮磷的基团的引入，使本发明在燃烧过程中，由于C-C键的键能大于C-P的键能要大，受热能力差的含磷化合物率先分解出磷酸以及多种有机膦酸起到覆盖作用，还引起多羟基聚合物脱水形成隔热、隔氧的炭层，而氮元素在燃烧过程中也会分解放出N2等不燃气体，从而进一步提高本发明的阻燃性能;本发明采用有机磷改性聚氨酯、水性酚醛树脂和水性醇酸树脂作为成膜物质，不仅具有高韧性和高强度，附着力强，耐磨、耐热、耐水性能优秀，而且上述物料作为成膜物质能在水中分散均匀，大大提高了涂料的加工性能;羧甲基纤维素钠作为增稠剂和分散剂，使蒙脱土、煅烧高岭土、纳米氮化铝和纳米氢氧化镁与成膜物质在水中均匀分散;蒙脱土、煅烧高岭土、纳米氮化铝和纳米氢氧化镁作为本发明的填充物，使本发明在固化后具有优异的强度、韧性、防水、抗老化、耐磨和耐腐蚀能力；蒙脱土和煅烧高岭土具有庞大的比表面积、表面多介孔结构和极强的吸附能力，不仅使本发明在固化后，可吸附空气中的有害粉尘，还使本发明具有良好的阻燃性能；而有机磷改性聚氨酯中含氮磷的基团与三聚氰胺磷酸酯相互配合，进一步提高了本发明的阻燃性能。
【具体实施方式】
[0017]下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
[0018]实施例1
[0019]本发明提出的一种阻燃改性聚氨酯金属涂料，其原料按重量份包括:有机磷改性聚氨酯90份，水性酚醛树脂15份，水性醇酸树脂5份，羧甲基纤维素钠6份，蒙脱土 12份，煅烧高岭土 30份，纳米氮化铝5份，三聚氰胺磷酸酯2份，纳米氢氧化镁15份，消泡剂2份，平流剂2份，颜料4份。
[0020]其中有机磷改性聚氨酯的制备方法如下:按重量份将40份桐油多元醇和8份N，N_双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯升温至100°C，保温3h，真空脱水得到物料a;将23份4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯和物料a混合后，通入N2保护，升温至85°C，保温2h，然后降温至55°C，加入8份1，5_戊二醇、1份二羟甲基丙酸、5份季戊四醇和丙酮，再加入0.8份环烷酸锌，升温至85°C，保温2h，得到物料b;将物料b降温至30°C后，再滴加含1.2份二甲基乙醇胺和1.5份三乙醇胺的混合溶液，升温至70°C，保温20min得到物料c;将物料c进行中和后，再加280份水进行乳化分散，真空蒸馏得到有机磷改性聚氨酯。
[0021]有机磷改性聚氨酯制备方法中的桐油多元醇按如下方法制备:按重量份将100份桐油和46份甲酸混合后，升温至48°C，以0.5份/min滴加45份过氧化氢，滴加过程中不停搅拌，滴加完毕后继续搅拌20h，接着加入43份氨水，冷却至室温后加入乙酸乙酯和水，静置分层后取上层溶液，然后水洗至中性，干燥，蒸馏得到环氧桐油;将环氧桐油升温至102°C后，通入N2保护，然后滴加90份无水乳酸，保温22h，冷却至室温后，水洗，干燥得到桐油多元醇。
[0022]实施例2
[0023]本发明提出的一种阻燃改性聚氨酯金属涂料，其原料按重量份包括:有机磷改性聚氨酯100份，水性酚醛树脂10份，水性醇酸树脂10份，羧甲基纤维素钠3份，蒙脱土 15份，煅烧高岭土 20份，纳米氮化铝8份，三聚氰胺磷酸酯1份，纳米氢氧化镁20份，消泡剂1份，平流剂3份，颜料2份。
[0024]其中有机磷改性聚氨酯的制备方法如下:按重量份将50份桐油多元醇和5份N，N_双(2-羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯升温至110°C，保温2h，真空脱水得到物料a;将28份4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯和物料a混合后