一种耐高温耐老化聚氨酯材料及其制备方法与流程

本发明属于聚氨酯材料，具体涉及一种耐高温耐老化聚氨酯材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯涂料是一种高性能的涂料体系，以其独特的化学结构和优异的物理性能著称。它是由聚氨酯树脂为主要成膜物质，辅以颜料、填料、助剂和有机溶剂（或水）等组成的。现代聚氨酯涂料越来越多地采用低voc（挥发性有机化合物）或无溶剂技术，减少了环境污染和对人体的危害，因此被广泛应用于多个领域。

2、玻璃及玻璃制品的涂装保护与装饰在工业和日常生活中有着广泛的需求和应用，玻璃及玻璃制品的涂装保护与装饰是指将特定的玻璃涂料涂覆在玻璃基材表面，经固化后形成膜层的过程。在工业环境中，如窑炉、高温设备视窗等领域，玻璃表面需要承受较高的温度。耐高温涂料可以保护玻璃不受高温烘烤而变形或破裂。

3、现有的聚氨酯材料涂覆于玻璃表面时会出现以下问题：（1）界面结合力不足：聚氨酯与玻璃表面之间的化学键合或物理吸附可能不够强，导致涂层与玻璃基材间附着力不佳，特别是在玻璃表面未经适当预处理（如清洗、粗糙化）的情况下，这可能导致涂层在使用过程中出现起皮、剥落现象；（2）湿热老化、环境应力开裂：在湿度较高或温度变化较大的环境中，聚氨酯涂层可能由于吸湿膨胀与玻璃基材间的热膨胀系数不匹配，导致应力集中，进而引发涂层开裂；（3）紫外线老化：聚氨酯材料暴露在阳光下，特别是紫外线辐射下，可能会发生光降解，导致涂层变色、粉化、开裂，降低其防护性能和美观性，现有技术中一般添加紫外稳定剂来改善。

4、基于现有技术中的技术缺陷，开发一款能够同时解决上述问题的聚氨酯材料十分具有应用前景和市场价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种耐高温耐老化聚氨酯材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种耐高温耐老化聚氨酯材料，包括以下质量份数的组分：改性聚氨酯树脂21-27份、酚醛树脂10-15份、环氧树脂10-15份、改性固体填料16-20份、固化剂7-13份、消泡剂1-2份、润湿剂1-3份、流平剂0.7-1份和水5-10份；

4、其中，改性聚氨酯树脂的制备方法为：将7-12质量份端羟基聚丁二烯、6-11质量份聚醚多元醇、4-9质量份1，4-丁二醇混合，升温至110-130℃，真空脱水，在氮气气体保护下，降温至45-50℃，加入14-19质量份甲苯二异氰酸酯和0.05-0.15质量份有机铋催化剂，升温至85-90℃，保温3-5h，继续加入1-3质量份2，2-二羟甲基丙酸，升温至90-95℃，保温反应2-3h；降温至35-40℃，加入与2，2-二羟甲基丙酸等摩尔量的三乙胺，搅拌均匀，再加入3-5质量份硅烷偶联剂kh560，搅拌反应50-60min，再加入45-50质量份去离子水，之后再加1-2质量份乙二胺，搅拌40-50min，得到改性聚氨酯树脂。

5、进一步地，端羟基聚丁二烯，羟值0.71-0.80mmol/g。天元航材（营口）科技股份有限公司。

6、进一步地，所述聚醚多元醇为质量比1.6-1.8：1：0.3-0.6的聚醚多元醇a、聚醚多元醇b和聚醚多元醇c复配；其中，聚醚多元醇a为羟基数535mgkoh/g的聚醚三元醇；聚醚多元醇b为羟基数36-39mgkoh/g的聚醚二元醇；聚醚多元醇c为羟基数153-188mgkoh/g的聚醚二元醇。

7、进一步地，酚醛树脂，游离酚质量百分含量10-14%。河北泽田化工有限公司，牌号2127-1。

8、进一步地，环氧树脂，环氧当量210-230g/mol。山东品尚新材料有限公司，凤凰牌wsr6101环氧树脂。

9、本发明通过将聚氨酯改性，并辅以酚醛树脂、环氧树脂，改善了聚氨酯材料的耐温、耐湿性。分析是通过使用不同羟基数的聚醚二元醇和聚醚三元醇复配的聚醚多元醇、端羟基聚丁二烯制备的聚氨酯，形成更复杂的三维交联网络结构，调整了聚氨酯硬段和软段的微观相分离状态，优化微相结构；辅以环氧树脂和酚醛树脂，通过固化反应形成高度交联的三维网络结构，彼此之间形成互穿网络结构，可以改善界面性质，协同效果下，提高聚氨酯材料的耐温、耐湿性。发明人意外发现此条件下，聚氨酯材料的耐老化性也得到改善。

10、进一步地，所述改性固体填料的制备方法为：

11、（1）将质量比1：1.4-1.8：0.3-0.7的空心陶瓷微珠、二氧化硅和云母石粉混合，得到混合填料；

12、（2）将混合填料分散于50-60wt%的乙醇水溶液，加入混合填料质量百分数2-4%的硅烷偶联剂kh550，60-70℃反应3-5h，离心分离、干燥，得到改性固体填料。

13、进一步地，空心陶瓷微珠的化学成分百分含量：二氧化硅55-65%，三氧化二铝26-35%，三氧化二铁0.2-1%、氧化钙0.2-0.6%，氧化镁1-2%，氧化钠和氧化钾0.5-4.0%、碳0.01-2%，二氧化钛0.5-2%，粒度：1-10μm。上海格润亚纳米材料有限公司。

14、进一步地，所述二氧化硅的平均粒径10nm、平均比表面积380m2/g。宁波金雷纳米材料科技有限公司。

15、进一步地，所述云母石粉为d90粒径6μm的云母粉。石家庄辰兴实业有限公司。

16、玻璃表面比较光滑，导致聚氨酯材料在玻璃表面的附着力并不理想。发明人试图添加二氧化硅用于改善聚氨酯材料和玻璃的机械结合力，但是效果并不理想。发明人选用三种填料进行复配后并改性，得到的改性固体填料可以改善聚氨酯材料在玻璃表面的附着力。分析是三种填料进行混合，提高涂料的致密性，与玻璃表面形成更好的机械咬合，可在涂料干燥后形成多孔隙结构，增加了涂料与玻璃表面的实际接触面积；改性后的复合填料可以调节涂料的流变性能，可以与玻璃表面的硅酸盐网络发生化学反应，形成化学键，从而极大地增强附着力。发明人意外发现此条件下改善了聚氨酯材料的硬度。

17、进一步地，所述消泡剂为聚醚改性有机硅消泡剂。科优特foamde362。

18、进一步地，所述固化剂为乙二胺。

19、进一步地，所述润湿剂为迪高270润湿剂。

20、进一步地，所述流平剂为丙烯酸类流平剂。睿科化学，丙烯酸酯流平剂rf-7106。

21、本发明提供了耐高温耐老化聚氨酯材料的制备方法，包括以下步骤：将耐高温耐老化聚氨酯材料的组分混合分散均匀，过1000-1200目纱网，得到耐高温耐老化聚氨酯材料。

22、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

23、1、本发明提供了一种耐高温耐老化聚氨酯材料及其制备方法，制备的聚氨酯材料，具有优异的耐温、耐湿性能，同时耐老化能力强，在玻璃表面附着力强，可以用作玻璃表面涂覆的涂料。

24、2、本发明通过将聚氨酯改性，并辅以酚醛树脂、环氧树脂，改善了聚氨酯材料的耐温、耐湿性和耐老化性。

25、3、发明人选用三种填料进行复配后并改性，得到的改性固体填料可以改善聚氨酯材料在玻璃表面的附着力，能改善聚氨酯材料的硬度。