[發明專利]一種水性聚氨酯微膠囊化無鹵阻燃劑及其制備方法

有效

• 申請號: 200910116285.4
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101503526A
• 公開（公告）日: 2009-08-12
• 發明（設計）人: 胡源;倪健雄;宋磊
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: C08K9/10
• 分類號: C08K9/10;C08K3/32
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 汪祥虬

技術領域

本發明屬于阻燃劑技術領域，特別涉及以金屬離子交聯型水性聚氨酯為囊材包覆無鹵阻燃劑的微膠囊技術及其制備方法。

背景技術

隨著化學工業的發展，人們對高分子制品提出了愈來愈嚴格的防火安全標準和環境保護法規，并要求對應用在電子電氣、精密儀器、建材、運輸、紡織和家電等領域的高分子制品必須進行無鹵阻燃處理。但無鹵阻燃劑存在著與聚合物相容性差、耐水抽離性差、易團聚的問題。微膠囊是具有核-殼結構且粒度約1至200微米的顆粒，通過選擇具有功能性的殼材料可以賦予其核的材料所需的性能。故可以通過對阻燃劑的微膠囊化處理使其在發揮阻燃作用的同時，提高阻燃劑耐水性和與塑料的相容性，抑制阻燃劑在加工過程中發生的不良反應。美國專利US.4639331公開了一種以苯酚-甲醛或蜜胺-甲醛樹脂為囊材、在水和醇的混合溶液中對聚磷酸銨進行包覆的方法，但該方法在生產過程中會釋放出甲醛等有害氣體而對環境和人體健康造成危害；歐洲專利EP.0542373A1描述了一種以氨基樹脂為囊材、在水和有機溶劑的混合溶液中反應從而對聚磷酸銨進行包覆的方法，但所用的原料毒性大且不易得到；中國專利CN.1379078A公開了一種用不飽和聚酯樹脂在惰性溶劑中引發聚合從而得到微膠囊化氮-磷無鹵阻燃劑的方法，但需要使用大量有機溶劑。此外，由于此類方法所用的囊材均為熱固性樹脂，在加工過程中易被擠壓而部分破裂，最終難于達到預期的包覆效果。隨著人們對環境保護和身體健康的日益重視以及對生產成本的考慮，上述方法已不能滿足現代化生產的要求。

《無鹵阻燃聚合物基礎與應用》(王建祺，科學出版社，2005，6)一書93-95頁指出：聚氨酯作為一種具有成炭作用的聚合物，在很大程度上克服了傳統炭源如季戊四醇、甘露醇和山梨醇等因水解易從基材表面遷出，以及與聚合物基材不相容等問題，使用無鹵阻燃劑與PU協同阻燃高分子材料，可以獲得相對較好力學性能和阻燃性能的阻燃材料，但耐水性差的問題仍然沒有解決。荷蘭雜志《反應性和功能性高分子》(《Reactive?and?Function?Polymer》，2006，66：1118-1125)介紹了一種采用界面反應法制備聚氨酯包覆磷酸氫銨的方法，但該法不僅工藝復雜，需要使用大量有機溶劑，而且包覆層為多空狀，不能有效改善其耐水性。《中國粘膠劑》(文志紅，陳延娜，鄔素華.水性聚氨酯膠粘劑，2003，12(4)：55-5)指出：水性聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質的新型聚氨酯體系，具有耐腐蝕、耐溶劑好、、耐水性無污染、成本低、機械性能優良、相容性好等優點，符合目前化工環保的要求。但目前還尚未見到國內外專利及文獻有關采用水性聚氨酯微膠囊化無鹵阻燃劑的報道。

發明內容

本發明的目的是提出一種金屬離子交聯型水性聚氨酯微膠囊化無鹵阻燃劑及其制備方法，以在改善無鹵阻燃劑耐水性的同時增強阻燃劑與高分子材料之間的相容性，提高其阻燃效率。

本發明的金屬離子交聯型水性聚氨酯微膠囊化無鹵阻燃劑，特征在于其為以金屬離子交聯型水性聚氨酯為殼、以被表面活性劑修飾的無鹵阻燃劑為核的微膠囊化無鹵阻燃劑，其中無鹵阻燃劑與金屬離子交聯型水性聚氨酯的重量比為0.5～20∶1。

本發明的金屬離子交聯型水性聚氨酯微膠囊化無鹵阻燃劑的制備方法，其特征在于：將無鹵阻燃劑加入按其重量1～6倍的水中，然后加入按無鹵阻燃劑與金屬離子交聯型水性聚氨酯的重量比為0.5～20∶1的水性聚氨酯和按無鹵阻燃劑重量0.5～10％的非離子型表面活性劑，室溫攪拌5～20分鐘，再加入金屬離子重量為水性聚氨酯中聚氨酯重量0.1～10％的金屬鹽水溶液，室溫攪拌10～30分鐘，緩慢升溫到30～90℃并保溫0.5～4小時，然后降至室溫，過濾，將濾餅在80～100℃干燥4～8小時，即得到水性聚氨酯微膠囊化無鹵阻燃劑產物。

所述無鹵阻燃劑選自無機阻燃劑、膨脹型阻燃劑或有機磷系阻燃劑，其中的無機阻燃劑包括三氧化二銻、氫氧化鋁、氫氧化鎂、草酸鋁、鋁酸鈣、碳酸鈣、氫氧化鈣、硼酸鋅、硼砂、膨脹石墨或紅磷；所述膨脹型阻燃劑包括聚磷酸銨、三聚氰胺、氰脲酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、硼酸三聚氰胺、正磷酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺、雙氰胺、胍、磷酸胍、磷酸脲、磷腈或磷酸鋅；所述有機磷系阻燃劑包括(RO)₃PO、RP(O)(OR)₂或R₂P(O)(OR)，其中R為烷基、芳基、烯基、氨基、環氧基、硫基或脲基；