[發(fā)明專利]一種阻燃水性聚氨酯及制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201510072204.0
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104610729A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 孔繁元;吳昌年;馬東良;楊萬里;張明德
• 申請（專利權）人: 濟南永昌利化工有限公司
• 主分類號: C08L75/08
• 分類號: C08L75/08;C08K3/36;C08J3/03;C08G18/76;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/30;C08G18/34;C08G18/12
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技術領域

本發(fā)明涉及高分子材料加工領域，特別是一種阻燃水性聚氨酯。

技術背景

水性聚氨酯(WPU)以水為分散介質(zhì)，具有無毒、環(huán)保、氣味小、安全可靠、節(jié)約能源等優(yōu)點，是一種新型的綠色環(huán)保材料，已廣泛應用于皮革涂飾、合成革涂飾、織物涂層、涂料、建筑保溫材料、泡沫等領域。但聚氨酯屬易燃材料，且燃燒速度快，放出熱量高，燃燒時還伴隨著可燃性熔滴，使火焰迅速傳播。如果不對其進行阻燃處理，將成為引發(fā)火災的潛在隱患。因此，在保留水性聚氨酯優(yōu)良性能的前提下提高其阻燃性能，是水性聚氨酯材料功能化的重要發(fā)展方向之一。

Seo?J?W等通過有機/無機雜化，制備了水性聚氨酯/納米硅復合乳液，用硅對聚氨酯進行熱穩(wěn)定性改性，但是硅作為單純的阻燃元素其阻燃效果并不佳，需要與其它阻燃劑或化合物如二堿式亞磷酸鉛、三堿式硫酸鉛、碳酸鈣、氫氧化鋁(或氫氧化鎂)、硼酸鋅等協(xié)同使用，才能達到理想的阻燃效果；東華大學的王煒等用含磷、鹵素阻燃聚醚多元醇代替部分環(huán)氧丙烷縮合物，與異佛爾酮二異氰酸酯反應，再用亞硫酸氫鈉對異氰酸酯基團封端，得到封端型的水性聚氨酯，但是由于鹵素的毒性和不環(huán)保，與水性聚氨酯的環(huán)保無毒要求不符。

硅系化合物的降解產(chǎn)物對環(huán)境的壓力小，是公認的環(huán)境友好的阻燃劑，在阻燃家族中倍受青睞。其中，納米硅溶膠的分子式可表示為mSiO₂·nH₂O，內(nèi)部結構為硅氧鍵(-Si-O-Si-)，表層由硅羥基(-Si-OH)所覆蓋。本發(fā)明采用超聲波分散法制備了硅烷偶聯(lián)劑/納米硅溶膠改性的水性聚氨酯無鹵阻燃材料，利用納米硅溶膠具有良好的耐高溫性、水溶性、反應性及比表面積大、無毒、無味、無鹵、阻燃等特點，來提高WPU的阻燃性，同時以硅烷偶聯(lián)劑對水性聚氨酯乳液改性，制得的涂料具有優(yōu)良的耐水性、附著力和力學性能等，且該制備方法操作性好，具有良好的應用前景，為無鹵阻燃水性聚氨酯的研究和實際應用提供新的思路。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術存在的阻燃效果差、不環(huán)保等問題，拓展聚氨酯的用途，本發(fā)明提供了一種阻燃水性聚氨酯，及其制備方法，本發(fā)明利用硅烷偶聯(lián)劑和納米硅溶膠的優(yōu)良性質(zhì)來提高WPU的阻燃性，實現(xiàn)了阻燃水性聚氨酯的制備。

本發(fā)明的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種阻燃水性聚氨酯，由以下重量份的原料制成：聚醚二醇55～65份、甲苯二異氰酸酯30～40份、2，2-二羥甲基丙酸4～10份、催化劑1～3份、硅烷偶聯(lián)劑0.5～2.0份、三乙胺3.5～9份、水8～15份、消泡劑0.5～2.0份、納米硅溶膠5～10份。

所述硅烷偶聯(lián)劑選自3-氨基丙基乙氧基硅烷、γ-(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

所述消泡劑選自聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚。

所述催化劑選自二丁基二月桂酸錫或二丁基氧化錫。

所述納米硅溶膠的固含量為30～40％。

所述水優(yōu)選去離子水。

所述阻燃水性聚氨酯的制備方法，步驟如下：

(1)分別將聚醚二醇和2，2-二羥甲基丙酸在120～125℃、4～4.5kPa條件下真空脫水2.0～3.0h，然后密封保存?zhèn)溆茫?/p>

(2)在帶有高速分散機、溫度計和高純氮氣保護的密閉反應器中加入甲苯二異氰酸酯，將2，2-二羥甲基丙酸和聚醚二醇的混合物加熱到120～130℃，使2，2-二羥甲基丙酸溶解，冷卻至室溫后加入到上述反應器中，再加入催化劑，在氮氣保護氛圍、70～75℃下以700～1000r/min的速度攪拌反應4.0～4.5h，得到聚氨酯預聚體；

(3)將三乙胺和硅烷偶聯(lián)劑溶于5～10℃的水中，緩慢加入上述聚氨酯預聚體，以100～180rpm的剪切速率、30～50m/s的轉子速度高速剪切乳化30～40min，加入消泡劑，分散均勻后得到硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯乳液；

(4)將納米硅溶膠加入到上述聚氨酯乳液中，超聲分散30～40min，得到硅烷偶聯(lián)劑/納米硅溶膠改性水性聚氨酯。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明中以硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯乳液制得涂料，由于硅烷偶聯(lián)劑的一端與異氰酸酯封端的聚氨酯預聚體分子的主鏈相接(-NH₂與-NCO反應)，另一端的Si-O鏈則伸展到基層表面，從而在硅烷偶聯(lián)劑改性的樹脂中表現(xiàn)出有機硅的特性，如優(yōu)良的耐水性、附著力和力學性能等，且該制備方法操作性好，具有良好的推廣應用前景。