[發(fā)明專利]一種聚氨酯材料用阻燃劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111234317B
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李殿卿;石雅琳;馮擁軍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C08K9/10
• 分類號: C08K9/10;C09C1/40;C09C3/08;C09C3/10;C08K3/26;C08G18/66;C08G18/76;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/32;C08G18/10;C08L75/06;C08L75/08
• 代理公司: 北京恒和頓知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11014
• 代理人: 孫伯慶

本發(fā)明公開了一種聚氨酯材料用阻燃劑及其制備方法，所述阻燃劑為聚氨酯包覆改性水滑石阻燃劑，其中聚氨酯與水滑石的質(zhì)量比為1:2～40，該阻燃劑與聚氨酯材料有良好的相容性，應(yīng)用于澆注型聚氨酯彈性體時，具有較高的阻燃性，同時還不影響聚氨酯材料原有的工藝性能和力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及阻燃聚氨酯材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及聚氨酯材料用阻燃劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚氨酯材料因優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于運輸、建筑、航空航天等領(lǐng)域，但由于其極易燃燒且燃燒時會釋放出有害煙霧，限制了聚氨酯材料的應(yīng)用。目前，提高聚氨酯阻燃性通常通過添加阻燃劑來實現(xiàn)，其中添加型阻燃劑因成本低、加工工藝簡單、阻燃效果好等特點成為聚氨酯材料的主要阻燃劑，特別是綠色添加型阻燃劑因在阻燃的同時避免了有害物質(zhì)的產(chǎn)生，而得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

水滑石作為無鹵無毒高抑煙的綠色阻燃劑，可顯著提高聚合物的阻燃和抑煙性，廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、涂料等領(lǐng)域。但水滑石作為無機(jī)型阻燃劑與有機(jī)高分子材料相容性差、易團(tuán)聚，不但導(dǎo)致阻燃效率低，而且加入后對聚合物的性能有較大的影響，因此提高水滑石在相應(yīng)聚合物中的分散性成為改善其阻燃性的關(guān)鍵。CN110305370 A公開了一種磷腈接枝改性類水滑石阻燃劑及其制備方法，將硅烷偶聯(lián)劑和磷腈阻燃劑接枝到水滑石表面，以提高其在樹脂基體中的分散性和相容性，提高水滑石阻燃性能。CN108219643 A利用三聚磷酸鈉對水滑石進(jìn)行表面改性，P₃O₁₀^5-與水滑石形成一層保護(hù)膜，該阻燃劑與聚氨酯質(zhì)量比為1:2時，聚氨酯材料有較好的阻燃特性。CN 108997924A公開了一種單羥基聚二甲基硅氧烷與硅烷偶聯(lián)劑改性鎂鋁水滑石，添加質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為20-40％時可以得到有較好阻燃性的聚氨酯防水涂料。CN108822747 A公開了一種采用聚天冬氨酸-鈦酸酯-氯亞磷酸二乙酯改性納米級鎂鋁水滑石的方法，將一種聚氨酯密封膠的阻燃級別提高到V0級。CN110746650A聚合物為聚醚胺-聚酰亞胺嵌段共聚物改性水滑石，添加20％在EVA中有好的阻燃效果。

水滑石采用上述方法改性雖可改善其在高分子材料中的分散性、阻燃性等，但添加量較大使得材料的工藝性能較差，對于澆注型聚氨酯彈性體等對于工藝性能要求較高的聚氨酯材料，不能滿足應(yīng)用的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種阻燃劑及其制備方法，另一個目的是提供該阻燃劑在聚氨酯制備中的應(yīng)用。

本發(fā)明所述的阻燃劑是一種用聚氨酯對水滑石進(jìn)行包覆改性的疏水性阻燃劑，聚氨酯與水滑石的質(zhì)量比為1:2～40，由于表面含有氨基甲酸酯鍵，在用于聚氨酯材料時，與其他的疏水性水阻燃劑相比，可以與材料主體有更強(qiáng)的作用力，有利于阻燃劑在材料中的分散，從而達(dá)到更高阻燃效率，降低阻燃劑用量。

上述阻燃劑的制備方法，具體步驟如下：

A.包覆劑預(yù)聚物的制備：將多元醇在100～120℃，-0.095～-0.098MPa下脫水2～3小時，待水分含量低于300ppm時，降溫至40～60℃，按多元醇與甲苯二異氰酸酯(TDI)的質(zhì)量比100：37-740的比例加入TDI，升溫至75～85℃，反應(yīng)1.5～3小時，異氰酸根(NCO)的質(zhì)量百分含量為10-40％時，出料備用。

所述多元醇為聚乙二醇(PEG)、聚醚多元醇(PPG)、聚四氫呋喃(PTMG)多元醇和聚酯多元醇中的一種或多種，優(yōu)選數(shù)均分子量400-2000的PEG。

B.聚氨酯包覆改性：在帶攪拌的反應(yīng)器中，加入乳化劑、分散劑和離子水中，在60-90℃條件下攪拌使其完全溶解，冷卻至室溫，再加入水滑石，高速分散10～30min，再加入擴(kuò)鏈劑、催化劑，繼續(xù)攪拌分散10～30min至形成均一溶液，滴加步驟A制備的包覆劑預(yù)聚物得到混合溶液，其中各成分所占質(zhì)量百分比分別為：乳化劑0.6-0.8％、分散劑0.6-0.8％、硬脂酸改性的水滑石8～9％、擴(kuò)鏈劑0.2～17‰、催化劑0.1～1‰、包覆劑預(yù)聚物0.2～4％。