本發明屬于阻燃涂料技術領域，特別是涉及一種環境友好聚氨酯阻燃涂料及其制備方法。
背景技術：
近幾年來建筑產業發展迅速，人們的居住環境得到不斷改善，但是由于絕大部分的建筑沒有采用節能結構及節能材料，因此在我國社會總能耗中，建筑能耗占了很大的比重，研究和開發建筑節能隔熱材料從而減少建筑能耗已成為當前社會刻不容緩的問題。另外，目前建筑涂料多是以溶劑型為主的涂料，因而在使用過程中給生活環境帶來了巨大的污染，當前環保問題也是全社會面臨的一個比較嚴峻的問題，
國外節能隔熱涂料起步較早，早在上紀七八年代就有文獻報導出由丙烯酸乳液為基料及復合材料為填充料制成的涂料，它可以用于金屬表面起到絕緣和隔熱的作用。除此之外國外在建筑物上應用節能隔熱涂料以降低能耗方面也做了很多的工作。Cagliostro等人研制出的一種具有阻燃效果的有機硅防水涂料，其制備方法是通過化學氣相蒸發的技術，將含有無機陶瓷填充料的有機硅溶液蒸發，有機物揮發掉之后留下一層由無機的陶瓷形成的堅硬膜，涂層的防水和阻燃的效果比較明顯；Levinson等人研制的近紅外反射涂料，不但能起到節能隔熱的作用，還改善傳統涂料易燃的問題。
我國的阻燃涂料的發展是從上個世紀的八十年代開始的，雖然沒有國外如美國、日本等一些發達國家研究的早，但是我國也取得了一些成果。如王德民等人研究的高紅外反射的阻燃隔熱涂料，其以水性丙烯酸乳液作為基料，以高紅外光反射率的物質作為填料制備而成的，結果表明，合適的選擇一些填料如六鈦酸鉀晶須以及特殊晶型的鈦白粉等作為填充料制備的涂料隔熱效果比較明顯。陳建華等人研制的復合型的外墻阻燃涂料，其制備的節能阻燃涂料的熱能反射率高達91.67％，反射熱效果明顯。向波等人以有機的乳液和無機的硅溶膠為基料，采用了新的復合涂層技術制備了建筑阻燃涂料，此類涂料節能隔熱效果良好。
從目前的研究結果中可以發現，目前研究的隔熱阻燃涂料多為溶劑型有機硅或丙烯酸酯類，這些涂料在使用過程中普遍存在耐磨性差，硬度低，最為重要的是其對環境危害性大和阻燃效果不良。另外目前研究的聚氨酯阻燃涂料多為不可降解以及物理共混型材料，其在使用過程中易燃存在環境污染和阻燃效果差的不足。
技術實現要素：
為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明通過將二異氰酸酯，多元醇，親水化合物，阻燃劑，在溶劑和催化劑的作用下反應，得到了具有綠色環保可降解和阻燃的效果的涂料。
具體的，本發明提供的環境友好聚氨酯阻燃涂料，由以下摩爾份數的原料制備而成：
二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴鏈劑9～37份；
所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，
其中，R選自H、羥甲基或含1～10個碳原子的烷基。
優選地，所述二異氰酸酯為脂肪族二異氰酸酯、脂環族二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯中的一種或它們的混合物。
更優選地，所述脂肪族二異氰酸酯選自四亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、八亞甲基二異氰酸酯中的任意一種，所述脂環族二異氰酸酯選自1,4-二異氰酸酯環己烷或1,3-二異氰酸酯環己烷，所述芳香族二異氰酸酯是2,4-甲苯二異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯、四甲基二甲苯二異氰酸酯中的任意一種。
優選地，所述多元醇為植物油、淀粉、纖維素中的任意一種。
更優選地，所述植物油為蓖麻油、棕櫚油、妥兒油、大豆油中的任意一種。
優選地，所述親水化合物為二羥甲基丙酸。
優選地，本發明還提供了該環境友好聚氨酯阻燃涂料的制備方法，包括如下步驟：
S1：按以下摩爾份數分別稱取二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴鏈劑9～37份，備用；
S2：將二異氰酸酯、親水化合物和阻燃劑充分混合，在親水性溶劑的作用下，或親水性溶劑與催化劑的共同作用下，于60～95℃反應，反應2～4小時，加入多元醇，繼續反應2～3小時，中和羧酸基團，再加入水擴散，加入擴鏈劑，在65℃繼續反應，直到-NCO基團反應完畢，得到產物聚氨酯阻燃涂料。
更優選地，所述催化劑為辛酸亞錫，所述催化劑的用量為所述二異氰酸酯、多元醇、親水化合物、阻燃劑質量總和的0～0.1％。
更優選地，所述溶劑為丙酮或N-甲基吡咯烷酮，所述擴鏈劑為乙二胺或乙二醇。
更優選地，通過三乙胺、二甲基乙醇胺、甲基二異丙基胺中的任意一種來中和羧酸基團。
本發明提供的聚氨酯阻燃涂料，為可降解涂料，該涂料成膜效果好，能在室溫下儲存超過一年，成本低廉，具有廣闊的市場前景。
具體實施方式
為了使本領域技術人員更好地理解本發明的技術方案能予以實施，下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
以下實施例中所用的各原料均為市售商品，均可通過商業途徑購買獲得。
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，由以下摩爾份數的原料制備而成：二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴鏈劑9～37份；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，
其中，R選自H、羥甲基或含1～10個碳原子的烷基。
需要說明的是，上述二異氰酸酯為脂肪族二異氰酸酯、脂環族二異氰酸酯、芳香族二異氰酸酯中的一種或他們的混合物；上述多元醇為植物油、淀粉、纖維素中的任意一種；上述親水化合物為二羥甲基丙酸，親水化合物的作用是為了形成的聚合物結構中含有親水的基團，如羧基，從而形成水性聚合物。
基于相同的發明構思，本發明還提供了該聚氨酯阻燃涂料的具體制備方法，包括如下步驟：
S1：按以下摩爾份數分別稱取二異氰酸酯100份，多元醇6～40份，親水化合物10～35份，阻燃劑5～35份，擴鏈劑9～37份，備用；
S2：將二異氰酸酯、親水化合物和阻燃劑充分混合，在親水性溶劑的作用下，或親水性溶劑與催化劑的共同作用下，于60～95℃反應，反應2～4小時，加入多元醇，繼續反應2～3小時，中和羧酸基團，再加入水擴散，加入擴鏈劑，在65℃繼續反應，直到-NCO基團反應完畢，得到產物聚氨酯阻燃涂料。
需要說明的是，上述催化劑為辛酸亞錫，催化劑的用量為二異氰酸酯、多元醇、親水化合物、阻燃劑、擴鏈劑質量總和的0～0.1％；而上述溶劑為丙酮或N-甲基吡咯烷酮，擴鏈劑為乙二胺或乙二醇。
以下就具體的實施例對本發明的技術方案進行進一步詳細的說明。
實施例1
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.1mol，蓖麻油0.04mol，二羥甲基丙酸0.02mol，阻燃劑0.02mol，乙二醇0.02mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為乙基。
具體制備時，將17.41g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.1mol)，2.68g二羥甲基丙酸(0.02mol)，5.11g阻燃劑(0.02mol)以及25g丙酮在60℃攪拌和氮氣保護下，反應3小時，加入37.34g蓖麻油(0.04mol)，反應3小時，降到40℃，加入2.02g三乙胺(0.02mol)中和，反應20min左右后加入水153.53g，10min左右升溫至65℃，加入1.24g乙二醇(0.02mol)擴鏈，得到均勻穩定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實施例2
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,6-甲苯二異氰酸酯0.08mol，蓖麻油0.02mol，二羥甲基丙酸0.028mol，阻燃劑0.004mol，乙二醇0.028mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為甲基。
具體制備時，將13.93g的2,6-甲苯二異氰酸酯(0.08mol)，3.76g二羥甲基丙酸(0.028mol)，0.91g的阻燃劑(0.004mol)以及20g丙酮在80℃攪拌和氮氣保護下，反應2.5小時，降溫至50℃加入18.67g蓖麻油(0.02mol)升溫至80℃，反應2小時，降到40℃，加入2.83g三乙胺(0.028mol)中和，反應20min左右后加入水97.63g，10min左右升溫至65℃，加入1.74g乙二醇(0.028mol)擴鏈，得到均勻穩定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實施例3
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.1mol，大豆油0.026mol，二羥甲基丙酸0.03mol，阻燃劑0.035mol，乙二醇0.009mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為乙基。
具體制備時，將17.41g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.1mol)，4.02g二羥甲基丙酸(0.03mol)，8.93g的阻燃劑(0.035mol)以及25g丙酮在90℃攪拌和氮氣保護下，反應3小時，降溫至55℃加入22.88g大豆油(0.026mol)升溫至85℃，反應2小時，降到40℃，加入3.04g三乙胺(0.03mol)中和，反應20min左右后加入水132.63g，10min左右升溫至65℃，加入0.56g乙二醇(0.009mol)擴鏈，得到均勻穩定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實施例4
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.12mol，蓖麻油0.0072mol，二羥甲基丙酸0.042mol，阻燃劑0.0264mol，乙二醇0.0444mol；所述阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為H。
具體制備時，將20.90g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.12mol)，5.63g二羥甲基丙酸(0.042mol)，5.26g阻燃劑(0.0264mol)以及20g丙酮在95℃攪拌和氮氣保護下，反應2小時，降溫至50℃加入6.72g蓖麻油(0.0072mol)再升溫至95℃，反應2小時，降到40℃，加入4.25g三乙胺(0.042mol)中和，反應20min左右后加入水106.21g，10min左右升溫至65℃，加入2.76g乙二醇(0.0444mol)擴鏈，得到均勻穩定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實施例5
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,6-甲苯二異氰酸酯0.15mol，大豆油0.0375mol，二羥甲基丙酸0.015mol，阻燃劑0.045mol，乙二醇0.0525mol，該阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為H。
將26.12g的2,6-甲苯二異氰酸酯(0.15mol)，2.01g的二羥甲基丙酸(0.015mol)，8.96g阻燃劑(0.045mol)以及20gN-甲基吡咯烷酮在70℃攪拌和氮氣保護下，反應4小時，降溫至50℃加入33.00g大豆油(0.0375mol)，升溫至75℃反應3小時，降到40℃，加入1.52g三乙胺(0.015mol)中和，反應20min左右后加入水174.70g，10min左右升溫至65℃，加入3.26g乙二醇(0.0525mol)擴鏈，得到均勻穩定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實施例6
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成為：2,4-甲苯二異氰酸酯0.05mol，蓖麻油0.015mol，二羥甲基丙酸0.011mol，阻燃劑0.01mol，乙二醇0.014mol，該阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為(CH2)9CH3。
具體制備時，將8.71g的2,4-甲苯二異氰酸酯(0.05mol)，1.48g二羥甲基丙酸(0.011mol)，4.49g的阻燃劑(0.01mol)以及20g丙酮在85℃攪拌和氮氣保護下，反應2小時，降溫至50℃加入14.00g蓖麻油(0.015mol)，升溫至85℃反應2小時，降到40℃，加入1.11g三乙胺(0.011mol)中和，反應20min左右后加入水71.54g，10min左右升溫至65℃，加入0.87g乙二醇(0.014mol)擴鏈，得到均勻穩定的可降解阻燃聚氨酯涂料。
實施例7
一種環境友好聚氨酯阻燃涂料，其原料組成與實施例5相同，不同之處僅在于，該阻燃劑為式(1)所示的化合物，式(1)中，R為羥甲基。
具體制備方法也與實施例6相同，不同之處僅在于，各組分充分混合后，在親水性溶劑與催化劑的共同作用下進行反應，該催化劑為辛酸亞錫，催化劑的用量為二異氰酸酯、多元醇、親水化合物、阻燃劑、擴鏈劑質量總和的0.1％。
實施例1-7制得的聚氨酯阻燃涂料為可降解涂料，該涂料成膜效果好，在使用過程中耐磨性好，硬度高，阻燃效果好，是一種環境友好聚氨酯阻燃涂料。
以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，其保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內，本發明的保護范圍以權利要求書為準。