[發(fā)明專(zhuān)利]一種改善聚氨酯阻燃材料力學(xué)性能的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010749425.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111978706B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭卓;李剛;夏和生;唐印;費(fèi)國(guó)霞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川金象賽瑞化工股份有限公司;四川大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C08L75/04
• 分類(lèi)號(hào): C08L75/04;C08K13/02;C08K5/3492;C08J3/22
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 呂玲

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體為一種改善聚氨酯阻燃材料力學(xué)性能的制備方法。該方法包括步驟1)三聚氰胺/聚氨酯復(fù)合懸浮液制備；2)三聚氰胺/聚氨酯復(fù)合母料制備；3)聚氨酯阻燃材料的制備。本發(fā)明通過(guò)聚氨酯乳液在液相中包覆三聚氰胺顆粒合成的三聚氰胺/聚氨酯復(fù)合阻燃劑，極大地改善了阻燃劑粉體和聚氨酯熔體的相容性，制得的聚氨酯復(fù)合材料阻燃性能優(yōu)異，力學(xué)性能好，可滿(mǎn)足工業(yè)使用需要。通過(guò)本發(fā)明的制備方法，能夠獲得高質(zhì)量的阻燃復(fù)合材料產(chǎn)品，改善了傳統(tǒng)阻燃劑的加入導(dǎo)致聚氨酯的力學(xué)性能大幅下降，限制了其廣泛應(yīng)用。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)溫度較低，易于控制，能耗低；生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生廢氣廢液，對(duì)環(huán)境友好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種改善聚氨酯阻燃材料力學(xué)性能的制備方法。

背景技術(shù)

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱(chēng)，是由多元醇化合物(R-OH)和異氰酸酯(R-N＝C＝O)反應(yīng)制得。通過(guò)變化聚氨酯的原料品種以及多元醇化合物和異氰酸酯的比例，聚氨酯的性能可以在很大的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，獲得不同密度、彈性、剛性等物理性能的材料，主要有彈性體、橡膠、泡沫、纖維、人造革、涂料、密封膠、乳劑和防水材料等，廣泛應(yīng)用于建筑、交通、石化、醫(yī)療、家具以及國(guó)防航空等領(lǐng)域。然而，聚氨酯的阻燃性能普遍不好，未經(jīng)改性的聚氨酯彈性體的極限氧指數(shù)(LOI)僅為18％左右，在空氣中易燃，燃燒時(shí)熱值高，熱釋放速率較快，不易熄滅，極易引發(fā)火災(zāi)，所以對(duì)其進(jìn)行阻燃改性顯得尤為重要。

在眾多無(wú)鹵阻燃劑中，三聚氰胺(化學(xué)式C₃H₆N₆)不可燃，加熱易升華，急劇加熱則分解，因含有6個(gè)N原子，是一類(lèi)廣泛使用的添加型氮系阻燃劑。三聚氰胺可以采用多種阻燃機(jī)理，包括凝結(jié)相反應(yīng)和膨脹機(jī)理，從而使參與燃燒的氣體量比其他體系要少。在250～450℃時(shí)三聚氰胺吸熱發(fā)生分解反應(yīng)，釋放出含氮的氣體，形成縮聚物，影響基體材料的熔化行為，并加速其炭化成焦，阻隔氧氣，阻止燃燒。另外，三聚氰胺系阻燃劑在所有類(lèi)型的阻燃劑中表現(xiàn)出相當(dāng)好的消煙性能，更加安全環(huán)保，符合當(dāng)今阻燃劑向高效低毒方向發(fā)展的趨勢(shì)。與此同時(shí)，目前國(guó)內(nèi)三聚氰胺的供求已經(jīng)嚴(yán)重失衡，產(chǎn)能過(guò)剩嚴(yán)重，亟需加大下游產(chǎn)品的衍生力度，提高產(chǎn)品附加值，而把三聚氰胺作為用于高分子材料的阻燃劑將會(huì)是一種疏導(dǎo)三聚氰胺行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩的方法。但是單獨(dú)使用三聚氰胺作為阻燃劑，親水性太強(qiáng)與基體相容性差，不易分散，降低基體材料的力學(xué)性能，影響實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，故而需要解決它與聚合物的相容性問(wèn)題，在保證高效阻燃的提前下，提升力學(xué)性能。

水性聚氨酯是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，將聚氨酯分散在水中形成的均勻乳液新型聚氨酯體系，也稱(chēng)水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水為溶劑，具有不燃、氣味小、無(wú)污染、安全可靠、機(jī)械性能優(yōu)良、相容性好、易于改性等優(yōu)點(diǎn)。水性聚氨酯是在多異氰酸酯與多羥基化合物反應(yīng)生成物的主鏈上，含有氨基甲酸酯單元的聚合結(jié)構(gòu)。由于其疏水性強(qiáng)，水便成為一種沉淀劑，要想得到很好地分散于水中的聚氨酯乳液，必須采用特殊的化學(xué)制備方法。通常水性聚氨酯乳液的制備方法可分為外乳化法和自乳化法兩種。外乳化法是最早制備水性聚氨酯乳液的方法。它是先制成適當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量的聚氨酯預(yù)聚體或其溶液，然后在攪拌下加入乳化劑，在強(qiáng)烈攪拌下將其分散于水中，制成聚氨酯乳液。但由此法制得的水性聚氨酯乳液粒徑較大且穩(wěn)定性差。自乳化法是一種能制備穩(wěn)定的、能成膜的水性聚氨酯乳液的新方法。即在聚氨酯的分子骨架中引入親水性基團(tuán)。親水性基團(tuán)是通過(guò)親水單體擴(kuò)鏈而進(jìn)入聚氨酯分子骨架，使聚氨酯分子具有一定的親水性，不外加乳化劑，憑借這些親水基團(tuán)使之乳化，從而制成水性聚氨酯乳液，這種類(lèi)型的水性聚氨酯被稱(chēng)為自乳化型水性聚氨酯。它可以通過(guò)調(diào)節(jié)體系中的親水性基團(tuán)與疏水性基團(tuán)的比例，制得多種類(lèi)型的水分散型聚氨酯和水溶型聚氨酯。自乳化型聚氨酯體系穩(wěn)定性高，產(chǎn)品成膜性能好，粘附性好，因而發(fā)展非常迅速，現(xiàn)已得到廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容