本發(fā)明屬于高分子材料，具體涉及一種阻燃抗沖擊改性硅油聚氨酯涂料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚氨酯涂料是一種具有優(yōu)異的耐磨、耐候和附著力性能的涂料，廣泛應(yīng)用于建筑、汽車(chē)和家具等領(lǐng)域，而應(yīng)用于上述各領(lǐng)域的聚氨酯涂料在阻燃和抗沖擊性能方面雖然已經(jīng)有了一定的進(jìn)展，但仍然存在提升空間。例如，現(xiàn)有的聚氨酯涂料在高溫環(huán)境下仍存在阻燃性能不足、抗沖擊性能在極端條件下不夠理想等問(wèn)題。由于目前的聚氨酯涂料阻燃性能通常依賴于添加無(wú)機(jī)阻燃劑，如氫氧化鋁等，其是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或物理屏蔽來(lái)減少火焰?zhèn)鞑亩_(dá)到阻燃的效果，然而該類(lèi)無(wú)機(jī)阻燃劑的添加會(huì)影響涂料的透明度和機(jī)械性能，使得聚氨酯在面對(duì)高強(qiáng)度沖擊時(shí)，涂層會(huì)出現(xiàn)裂紋或剝離，抗沖擊性能減弱等現(xiàn)象。因此，需要對(duì)聚氨酯涂料作進(jìn)一步地深入研究，才能為提高聚氨酯涂料的阻燃和抗沖擊性能提供更大的空間。

2、例如，公開(kāi)號(hào)為cn107629672a的中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)了一種防水聚氨酯涂料及其制備方法。該防水聚氨酯涂料各組成成分及其重量份比為：二甲醚30～50份、聚偏氯乙烯20～30份、長(zhǎng)鏈聚醚類(lèi)物質(zhì)35～50份、異氰酸酯35～50份、聚醚多元醇40～50份、輕質(zhì)碳酸鈣粉10～30份、玻璃纖維粉10～15份、珍珠巖粉12～18份、云母粉5～10份、無(wú)機(jī)阻燃劑5～10份、成膜助劑1～3份、分散劑0.2～0.5份、殺菌劑5～10份、流平劑0.3～1.5份、去離子水4～6份。其中無(wú)機(jī)阻燃劑為氫氧化鋁、氫氧化鎂、微囊化紅磷的混合阻燃劑，該無(wú)機(jī)阻燃劑雖然為防水聚氨酯涂料提供了較好的阻燃效果，但是由于這些無(wú)機(jī)物質(zhì)通常具有較大的顆粒尺寸且存在分布不均勻的情況，會(huì)導(dǎo)致涂料的光學(xué)性能下降，從而影響透明度；并且無(wú)機(jī)阻燃劑的添加還會(huì)增加涂料的脆性，致使防水聚氨酯涂料的柔韌性和抗沖擊性降低。因此，本發(fā)明提供了一種阻燃抗沖擊改性硅油聚氨酯涂料及其制備方法，以期解決上述技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種阻燃抗沖擊改性硅油聚氨酯涂料及其制備方法。本發(fā)明通過(guò)交聯(lián)劑二乙氧基異氰酸膦酯將自愈合聚合物與三苯基磷酸酯改性的聚二甲基硅氧烷(pdms)結(jié)合應(yīng)用于聚氨酯涂料中，顯著提升了聚氨酯涂料的阻燃性和抗沖擊性。其中的自愈合聚合物賦予聚氨酯涂料自修復(fù)能力，pdms與三苯基磷酸酯則增強(qiáng)了其阻燃、耐熱和機(jī)械性能，而且通過(guò)二乙氧基異氰酸膦酯的高效交聯(lián)與阻燃特性，進(jìn)一步有效地鞏固了聚氨酯涂料的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度及耐磨性。

2、一種阻燃抗沖擊改性硅油聚氨酯涂料，包括以下重量份數(shù)計(jì)的組分：聚氨酯乳液100份、改性聚二甲基硅氧烷25-35份、0.5-1份分散劑、5-15份顏填料。

3、進(jìn)一步地，所述改性聚二甲基硅氧烷的制備方法包括：在惰性氣體氛圍下，往反應(yīng)釜中加入有機(jī)溶劑、聚二甲基硅氧烷和三苯基磷酸酯，攪拌均勻，隨后將氨基催化劑添加至反應(yīng)體系中，將反應(yīng)體系加熱至60-80℃，保持溫度恒定，持續(xù)攪拌，反應(yīng)時(shí)間為2-3小時(shí)，反應(yīng)完畢，得初改性聚二甲基硅氧烷；將自愈合聚合物與交聯(lián)劑二乙氧基異氰酸膦酯加入上述初改性聚二甲基硅氧烷中，攪拌均勻，繼續(xù)維持體系溫度為60-80℃進(jìn)行反應(yīng)，得改性聚二甲基硅氧烷；所述自愈合聚合物為以順1,3丁二烯和馬來(lái)酸酐為原料通過(guò)diels-alder反應(yīng)制得的聚合物。

4、本發(fā)明將自愈合聚合物、三苯基磷酸酯改性的聚二甲基硅氧烷(pdms)和二乙氧基異氰酸膦酯交聯(lián)劑相結(jié)合用于聚氨酯涂料，顯著提升了聚氨酯涂料的阻燃性和抗沖擊性。其中，自愈合聚合物賦予聚氨酯涂料優(yōu)異的自我修復(fù)能力，而三苯基磷酸酯改性的pdms則共同增強(qiáng)了阻燃、耐熱和機(jī)械性能；其次，二乙氧基異氰酸膦酯通過(guò)其高效地交聯(lián)作用和阻燃特性，進(jìn)一步強(qiáng)化了聚氨酯涂料的整體性能，其磷酸酯基團(tuán)能與pdms和自愈合聚合物進(jìn)行有效反應(yīng)，形成穩(wěn)固的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，既提高了聚氨酯涂料的熱穩(wěn)定性，又提升了聚氨酯涂料的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。

5、本發(fā)明以順1,3-丁二烯和馬來(lái)酸酐為原料通過(guò)diels-alder反應(yīng)制備的自愈合聚合物，具有高度的可逆性，特別是在遭受物理?yè)p傷時(shí)，diels-alder鍵可以在特定溫度下重新形成以修復(fù)微裂紋，防止沖擊引發(fā)的裂縫擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)聚氨酯材料的自愈合，進(jìn)而延長(zhǎng)了涂層的使用壽命。其次，本發(fā)明通過(guò)三苯基磷酸酯(tpp)對(duì)pdms進(jìn)行改性，有效提高了涂層在遇到高溫或火焰時(shí)的耐受性，且tpp分子在高溫下能釋放出磷元素，形成磷酸屏障，抑制燃燒過(guò)程；而且其還可以增強(qiáng)分子鏈的剛性，從而提升材料的機(jī)械性能，特別是抗沖擊性；并且pdms本身是具有優(yōu)異的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性的疏水性材料，有助于防止水分和其他腐蝕性物質(zhì)的滲透，能進(jìn)一步增強(qiáng)材料的耐久性和抗老化性。再者，本發(fā)明的交聯(lián)劑二乙氧基異氰酸膦酯是一種有機(jī)膦類(lèi)化合物，磷酸酯基團(tuán)能夠與pdms和自愈合聚合物反應(yīng)，有效地促進(jìn)交聯(lián)點(diǎn)的形成，形成穩(wěn)固的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)不會(huì)破壞diels-alder反應(yīng)的可逆性；再者，作為膦類(lèi)化合物的二乙氧基異氰酸膦酯能在高溫下會(huì)分解，產(chǎn)生不燃性的磷酸物質(zhì)，形成保護(hù)層，有助于阻止火焰?zhèn)鞑?，其中的磷元素還可以抑制熱解氣體的產(chǎn)生，從而降低聚氨酯涂料的可燃性。

6、進(jìn)一步地，所述改性聚二甲基硅氧烷的制備方法中聚二甲基硅氧烷與三苯基磷酸酯的質(zhì)量比為20:(3-5)；氨基催化劑的用量為聚二甲基硅氧烷和三苯基磷酸酯總質(zhì)量的0.4-0.8％。上述比例能夠保證聚二甲基硅氧烷的主鏈結(jié)構(gòu)，同時(shí)有效引入足夠的阻燃劑以提高材料的阻燃性能。

7、進(jìn)一步地，所述自愈合聚合物與初改性聚二甲基硅氧烷的質(zhì)量比為2:(3-5)；該比例能夠提供充足的自愈合聚合物，以保證涂料在受到損傷后具備良好的自愈合能力，同時(shí)維持改性聚二甲基硅氧烷的基本性能。交聯(lián)劑二乙氧基異氰酸膦酯的用量為自愈合聚合物和初改性聚二甲基硅氧烷總質(zhì)量的5-10％，上述的交聯(lián)劑用量可以有效形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)材料的機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性，而過(guò)量的交聯(lián)劑可能會(huì)導(dǎo)致材料變脆，從而影響韌性。

8、進(jìn)一步地，所述氨基催化劑為三乙胺。

9、進(jìn)一步地，所述自愈合聚合物的制備方法包括：在惰性氣體的保護(hù)下，在反應(yīng)釜中加入有機(jī)溶劑，然后將順1,3丁二烯和馬來(lái)酸酐加入反應(yīng)釜中，混合均勻，再加入氨基催化劑，隨后將反應(yīng)釜加熱至65-80℃，同時(shí)使用攪拌器攪拌反應(yīng)混合物，持續(xù)反應(yīng)2-3小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后，得到自愈合聚合物。所述氨基催化劑優(yōu)選為三乙胺。

10、上述由順1,3-丁二烯和馬來(lái)酸酐反應(yīng)生成的自愈合聚合物，其diels-alder反應(yīng)的逆反應(yīng)通常發(fā)生在80℃到120℃之間，在低于這個(gè)溫度時(shí)，diels-alder鍵較為穩(wěn)定，不會(huì)輕易發(fā)生逆反應(yīng)或解離；在達(dá)到或超過(guò)80℃時(shí)，逆反應(yīng)逐漸開(kāi)始，聚合物網(wǎng)絡(luò)中的斷裂區(qū)域可以重新連接，完成自愈合。這一特定的溫度窗口允許材料在常溫下保持穩(wěn)定，同時(shí)在受損或加熱時(shí)具備自愈合能力，能有效提高聚氨酯涂料的抗沖擊性能。

11、進(jìn)一步地，所述順1,3丁二烯和馬來(lái)酸酐的摩爾比為1:1；催化劑的用量為順1,3丁二烯和馬來(lái)酸酐總質(zhì)量的0.2-0.5％。

12、進(jìn)一步地，所述分散劑為聚丙烯酸鉀鹽或聚丙烯酸鈉鹽；所述顏填料為石英粉、鈦白粉、滑石粉或碳酸鈣中的至少一種。

13、而且，本發(fā)明還提供了一種如上所述的阻燃抗沖擊改性硅油聚氨酯涂料的制備方法，包括：將聚氨酯乳液、改性聚二甲基硅氧烷混合，再加入分散劑和顏填料混合后脫氣得到聚氨酯涂料。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的阻燃抗沖擊改性硅油聚氨酯涂料及其制備方法，具有以下優(yōu)勢(shì)：

15、(1)本發(fā)明通過(guò)交聯(lián)劑二乙氧基異氰酸膦酯將自愈合聚合物和三苯基磷酸酯改性的聚二甲基硅氧烷(pdms)相結(jié)合應(yīng)用于聚氨酯涂料中，顯著提升了聚氨酯涂料的阻燃性和抗沖擊性。該自愈合聚合物是由順1,3-丁二烯與馬來(lái)酸酐通過(guò)diels-alder反應(yīng)制備得的，具有高度的可逆性，在遭受物理?yè)p傷時(shí)，diels-alder鍵能夠在特定溫度下重新形成，從而實(shí)現(xiàn)材料的自我修復(fù)，即修復(fù)微裂紋，防止裂縫擴(kuò)展，這一特性大大延長(zhǎng)了涂層的使用壽命。與此同時(shí)，三苯基磷酸酯對(duì)pdms的改性增強(qiáng)了涂料的阻燃、耐熱和機(jī)械性能，具體而言，tpp分子在高溫下能釋放出磷元素，形成磷酸屏障，抑制燃燒過(guò)程；此外，tpp的引入還增強(qiáng)了pdms分子鏈的剛性，提高了材料的抗沖擊性；而pdms本身作為疏水性材料，具備優(yōu)異的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，能夠有效防止水分和其他腐蝕性物質(zhì)的滲透，還進(jìn)一步提升材料的耐久性和抗老化性。

16、(2)本發(fā)明中的交聯(lián)劑二乙氧基異氰酸膦酯是一種有機(jī)膦類(lèi)化合物，其磷酸酯基團(tuán)能夠與pdms和自愈合聚合物有效反應(yīng)，促進(jìn)穩(wěn)固的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，同時(shí)保持diels-alder反應(yīng)的可逆性。這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不僅提高了材料的熱穩(wěn)定性，還提升了其機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。值得注意的是，二乙氧基異氰酸膦酯還會(huì)在高溫下會(huì)分解，產(chǎn)生不燃性的磷酸物質(zhì)，形成保護(hù)層，有助于阻止火焰?zhèn)鞑?；此外，磷元素的釋放還可以抑制熱解氣體的生成，因此還能降低材料的可燃性。

17、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)自愈合聚合物的修復(fù)能力，tpp改性pdms的阻燃、耐熱和機(jī)械性能以及二乙氧基異氰酸膦酯的交聯(lián)和阻燃特性，協(xié)同作用顯著提升了聚氨酯涂料的性能，使其在高溫和沖擊環(huán)境中表現(xiàn)出更強(qiáng)的適用性和耐久性，為相關(guān)應(yīng)用提供了廣泛的前景。