石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料及制备方法技术

本发明专利技术公开了石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料及制备方法，方法：(1)干燥原料；(2)将干燥聚碳酸酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚醚二醇与异氟尔酮二异氰酸酯混合，反应，加二羟甲基丙酸、1,6‑己二醇、三羟甲基丙烷，二月硅酸二丁基锡、N‑甲基‑2‑吡咯烷酮和丙酮，加入三乙胺，分散，得水性聚氨酯乳液；(3)将聚磷酸胺、季戊四醇和三聚氰胺混合，加到石墨烯水分散液中，离心，得改性的膨胀阻燃体系；(4)向水性聚氨酯乳液中，加改性的膨胀阻燃体系、去离子水和无水乙醇，离心，除去溶剂，即得。本发明专利技术涂料涂层热稳定性好、阻燃性好、在700℃空气中能够保持≥90％质量及原有形状。离火源5s内自动熄灭。

Graphene modified APP/PERM/EL aqueous polyurethane flame retardant coating and preparation method thereof

The present invention discloses graphene APP/PERM/EL modified waterborne polyurethane flame retardant coating and a preparation method thereof, methods: (1) drying of raw materials; (2) the dry polycarbonate diol, polytetramethylene ether glycol, polyether glycol and isophorone diisocyanate mixed reaction with dimethylol propionic acid, 1,6 glycol, three hydroxy in February two methyl propane, butyl tin, silicate N 2 methyl pyrrolidone and acetone, adding three triethylamine, dispersion, aqueous polyurethane emulsion; (3) the ammonium polyphosphate, melamine and pentaerythritol mixed, added to the graphene dispersion in water, centrifugal, change of intumescent flame retardant system; (4) to the aqueous polyurethane emulsion, modification of intumescent flame retardant, deionized water and ethanol, the solvent is removed, the centrifugation. The present invention coating with good thermal stability, flame retardant, at 700 degrees Celsius in the air can keep the original shape and quality of more than 90%. Automatic extinguishing from fire source 5S.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料及制备方法
本专利技术涉及一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料及制备方法，属于新功能材料领域。
技术介绍
现如今，水性聚氨酯(WPU)作为一种具有优良性能的涂饰高分子材料已经在木器、皮革、纤维、纺织品、塑料制品等领域广泛应用。例如水性聚氨酯涂料作为一种新型环保涂料被广泛应用于纺织品的涂层整理中，但是纺织品和作为涂层整理剂的水性聚氨酯都属于易燃材料，在使用过程中往往容易燃烧而对人们的生命财产安全造成严重损失。提高纺织品的附加价值以及满足织物阻燃方面的需要变得尤为重要。防火涂料也称为阻燃涂料,膨胀型防火涂料是此类涂料中的一种主要类型,目前以聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PERM)/三聚氰胺(EL)为膨胀阻燃体系(IFR)的膨胀型防火涂料已被广泛应用于钢结构和木结构的防火处理,该体系主要是依靠IFR的热分解和IFR通过酯化反应和脱水炭化反应生成膨胀炭层而达到阻燃和隔热的目的。但因该阻燃体系具有残炭率低、耐高温氧化性差等缺点,影响了APP/PERM/EL涂料防火性能。近年以来,有关石墨烯的研究得到了广泛的关注。石墨烯是一种由碳原子以杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面结构,只有一个碳原子厚度的二维材料。由于其具有高导电性、高比表面积、高导热性和优异的机械性能,使得石墨烯被广泛应用于超级电容器、铿离子电池、电子元件、存储器件、防腐蚀涂层、吸波材料等领域。但目前尚未有石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术存在的膨胀阻燃具有残炭率低、耐高温氧化性差等缺点，提供一种热稳定性好、阻燃性能好、残炭率低、形变小且在700℃空气中的残留量大，5s内能自动熄灭的石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料。本专利技术的第二个目的是提供一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法。本专利技术的技术方案概述如下：一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)分别将分子量为1000-2000的聚碳酸酯二醇、分子量为1000-2000的聚四氢呋喃醚二醇、分子量为1000-2000的聚醚二醇、异氟尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷和二月硅酸二丁基锡真空干燥脱水；N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮和三乙胺分别干燥；(2)按质量份数，将步骤(1)处理后的3-4份分子量为1000-2000的聚碳酸酯二醇、0.8-1.2份分子量为1000-2000的聚四氢呋喃醚二醇、1-1.5份分子量为1000-2000的聚醚二醇与9-10份异氟尔酮二异氰酸酯混合均匀，在80-100℃下搅拌反应1.5-3h，降温至40-50℃，依次加入0.8-1份二羟甲基丙酸、2-2.5份1,6-己二醇、0.5-0.6份三羟甲基丙烷，0.03-0.04份二月硅酸二丁基锡、100-200份N-甲基-2-吡咯烷酮和0-40份丙酮，将反应温度升至75-90℃反应2-3.5h，降温至20-30℃，加入0.6-1份三乙胺，搅拌分散1-1.5h，制备得到水性聚氨酯乳液；(3)将聚磷酸胺、季戊四醇和三聚氰胺按质量比为1-3：1-3：1-2的比例混合，得混合液，加入到超声分散5-7h的石墨烯水分散液中，在7000-8000r/min下离心8-12min，制得改性的膨胀阻燃体系，所述混合液与石墨烯的质量比为95-99：1-5；(4)按质量比为28-30：10-12：29-31：29-31的比例，向水性聚氨酯乳液中，加入改性的膨胀阻燃体系、去离子水和无水乙醇，室温下，在5000-6000r/min离心1-2min，减压蒸馏除去溶剂，即得到石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料，所述APP为聚磷酸铵的缩写；PERM为季戊四醇的缩写；EL为三聚氰胺的缩写。聚磷酸胺分子量为1000-2000，磷含量31％-32％。上述方法制备的一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料。本专利技术的优点：本专利技术的石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的涂层热稳定性好、阻燃性能好、残炭率低、形变小且在700℃空气中的残留量大，可以在700℃空气中能够保持≥90％质量并维持原有的形状。离开火源5s内自动熄灭。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明。各实施例中石墨烯选自宁波墨西科技有限公司增强型石墨烯SE1430，其它企业生产的性质与上述石墨烯相似的石墨烯也可以用于本专利技术，即上述石墨烯的来源并不对本专利技术进行限定。实施例1一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)分别将分子量为1000的聚碳酸酯二醇、分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇、分子量为1000的聚醚二醇、异氟尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷和二月硅酸二丁基锡真空干燥脱水；N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮和三乙胺分别干燥；(2)按质量份数，将步骤(1)处理后的3份分子量为1000的聚碳酸酯二醇、0.8份分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇、1份分子量为1000的聚醚二醇与9份异氟尔酮二异氰酸酯混合均匀，在80℃下搅拌反应3h，降温至40℃，依次加入0.8份二羟甲基丙酸、2份1,6-己二醇、0.5份三羟甲基丙烷，0.03份二月硅酸二丁基锡、100份N-甲基-2-吡咯烷酮(丙酮为零)，将反应温度升至75℃反应3.5h，降温至20℃，加入0.6份三乙胺，搅拌分散1h，制备得到水性聚氨酯乳液；(3)将聚磷酸胺、季戊四醇和三聚氰胺按质量比为1：1：1的比例混合，得混合液，加入到超声分散5h的石墨烯水分散液中，在7000r/min下离心12min，制得改性的膨胀阻燃体系，所述混合液与石墨烯的质量比为99：1；(4)按质量比为28:10:31:31的比例，向水性聚氨酯乳液中，加入改性的膨胀阻燃体系、去离子水和无水乙醇，室温下，在5000r/min离心2min，减压蒸馏除去溶剂，即得到石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料。所述APP为聚磷酸铵的缩写；PERM为季戊四醇的缩写；EL为三聚氰胺的缩写。聚磷酸胺分子量为1000，磷含量31％。实施例2一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法，包括如下步骤：(1)分别将分子量为2000的聚碳酸酯二醇、分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇、分子量为2000的聚醚二醇、异氟尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷和二月硅酸二丁基锡真空干燥脱水；N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮和三乙胺分别干燥；(2)按质量份数，将步骤(1)处理后的4份分子量为2000的聚碳酸酯二醇、1.2份分子量为2000的聚四氢呋喃醚二醇、1.5份分子量为2000的聚醚二醇与10份异氟尔酮二异氰酸酯混合均匀，在100℃下搅拌反应1.5h，降温至50℃，依次加入1份二羟甲基丙酸、2.5份1,6-己二醇、0.6份三羟甲基丙烷，0.04份二月硅酸二丁基锡、200份N-甲基-2-吡咯烷酮和40份丙酮，将反应温度升至90℃反应2h，降温至30℃，加入1份三乙胺，搅拌分散1.5h，制备得到水性聚氨酯乳液；(3)将聚磷酸胺、季戊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法，其特征是包括如下步骤：(1)分别将分子量为1000‑2000的聚碳酸酯二醇、分子量为1000‑2000的聚四氢呋喃醚二醇、分子量为1000‑2000的聚醚二醇、异氟尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、1,6‑己二醇、三羟甲基丙烷和二月硅酸二丁基锡真空干燥脱水；N‑甲基‑2‑吡咯烷酮、丙酮和三乙胺分别干燥；(2)按质量份数，将步骤(1)处理后的3‑4份分子量为1000‑2000的聚碳酸酯二醇、0.8‑1.2份分子量为1000‑2000的聚四氢呋喃醚二醇、1‑1.5份分子量为1000‑2000的聚醚二醇与9‑10份异氟尔酮二异氰酸酯混合均匀，在80‑100℃下搅拌反应1.5‑3h，降温至40‑50℃，依次加入0.8‑1份二羟甲基丙酸、2‑2.5份1,6‑己二醇、0.5‑0.6份三羟甲基丙烷，0.03‑0.04份二月硅酸二丁基锡、100‑200份N‑甲基‑2‑吡咯烷酮和0‑40份丙酮，将反应温度升至75‑90℃反应2‑3.5h，降温至20‑30℃，加入0.6‑1份三乙胺，搅拌分散1‑1.5h，制备得到水性聚氨酯乳液；(3)将聚磷酸胺、季戊四醇和三聚氰胺按质量比为1‑3：1‑3：1‑2的比例混合，得混合液，加入到超声分散5‑7h的石墨烯水分散液中，在7000‑8000r/min下离心8‑12min，制得改性的膨胀阻燃体系，所述混合液与石墨烯的质量比为95‑99：1‑5；(4)按质量比为28‑30：10‑12：29‑31：29‑31的比例，向水性聚氨酯乳液中，加入改性的膨胀阻燃体系、去离子水和无水乙醇，室温下，在5000‑6000r/min离心1‑2min，减压蒸馏除去溶剂，即得到石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料，所述APP为聚磷酸铵的缩写；PERM为季戊四醇的缩写；EL为三聚氰胺的缩写。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性APP/PERM/EL水性聚氨酯阻燃涂料的制备方法，其特征是包括如下步骤：(1)分别将分子量为1000-2000的聚碳酸酯二醇、分子量为1000-2000的聚四氢呋喃醚二醇、分子量为1000-2000的聚醚二醇、异氟尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、1,6-己二醇、三羟甲基丙烷和二月硅酸二丁基锡真空干燥脱水；N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮和三乙胺分别干燥；(2)按质量份数，将步骤(1)处理后的3-4份分子量为1000-2000的聚碳酸酯二醇、0.8-1.2份分子量为1000-2000的聚四氢呋喃醚二醇、1-1.5份分子量为1000-2000的聚醚二醇与9-10份异氟尔酮二异氰酸酯混合均匀，在80-100℃下搅拌反应1.5-3h，降温至40-50℃，依次加入0.8-1份二羟甲基丙酸、2-2.5份1,6-己二醇、0.5-0.6份三羟甲基丙烷，0.03-0.04份二月硅酸二丁基锡、100-200份N-甲基-2-吡咯烷酮和0-40份丙酮，将反应温度升至75-90℃反应2...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔建军，赵兴旺，李韡，许然然，财音青格乐，赵秀丽，吴昊，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12