[發明專利]一種阻燃型熱塑性聚氨酯及其制備方法

在審

• 申請號: 202210388212.6
• 申請日: 2022-04-13
• 公開（公告）號: CN114716810A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 宗成中;崔勇胤;曹蘭;宗迎夏
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08L75/06
• 分類號: C08L75/06;C08L83/07;C08K5/14;C08G18/66;C08G18/61;C08G18/42;C08G18/12
• 代理公司: 青島橡膠谷知識產權代理事務所(普通合伙) 37341
• 代理人: 王哲平

本發明涉及聚氨酯的合成及加工技術領域，公開了一種阻燃型熱塑性聚氨酯及其制備方法，制備方法包括以下步驟：1)制備硅基嵌段熱塑性聚氨酯；2)制備復合甲基乙烯基硅橡膠；3)制備阻燃型熱塑性聚氨酯。本發明膨脹體系阻燃劑為15相對重量份時即可達到離火即熄的V?0阻燃級別，且機械性能具有很高的保持率，解決了反應型阻燃原料的價格高昂、工藝不成熟和生產方法的不環保性；以及添加型阻燃填料添加量大、性能破壞大和填料易析出的缺點。

技術領域

本發明涉及聚氨酯的合成及加工技術領域，具體涉及一種阻燃型熱塑性聚氨酯及其制備方法。

背景技術

熱塑性聚氨酯是一種兼具橡膠的高彈性和塑料的可塑性的優異聚合物。熱塑性聚氨酯的彈性模量介于塑料和橡膠之間、耐磨性是天然膠的5～10倍，還具有優良的耐化學溶劑和耐油脂性能。這些優勢使其廣泛的應用于國民經濟和國防安全之中。但是，作為一種材料，熱塑性聚氨酯不可避免的存在一些缺點。其中，最為明顯的便是阻燃性較差。熱塑性聚氨酯的極限氧指數(LOI)一般只有21左右，屬于易燃級別。而且，熱塑性聚氨酯在燃燒的過程中存在劇烈地熔滴，且釋放大量NO，NO₂和HCN等有毒煙霧。隨著熱塑性聚氨酯的廣泛應用，如何更加安全的使用熱塑性聚氨酯是擺在人們面前亟待解決的問題。

對于聚合物的阻燃常用的有兩種方法：添加型和反應型。添加型即將含有阻燃能力的填料填充進聚合物中，這種方法的優勢在于簡單方便、便于生產和成本低廉。缺點在于達到要求的阻燃級別往往需要大量的填料，而各種相容性不同的填料的添加會導致聚合物原有優異性能的損失。但是，反應型阻燃便不存在該缺陷，它是通過化學反應將含有阻燃元素的基團加入到聚合物的分子鏈上。該方法避免了大量阻燃填料的添加對于材料性能的損失，并從根本上解決了填料存在的析出和相容性的問題。但是，該法的缺陷在于化學改性一般使用溶劑法，這會對環境和人類產生危害。并且含有阻燃元素的反應原料價格昂貴，且生產工藝不成熟，分子量難以控制，催化劑難以盡除。

硅橡膠是一種有機和無機結構交替排列的特種橡膠。特殊的分子結構賦予其優良的耐溶劑性、耐候性、生物相容性和較高的阻燃性。硅元素具有很好的阻燃能力，其不僅能夠降低聚合物的熱值，且燃燒形成的致密硅氧碳層對內部有很好的保護作用。但是，硅橡膠在使用時也存在不足，即機械性能較差，在很多情況下不能滿足使用需求?；诖?，硅橡膠與熱塑性聚氨酯之間雖然存在優良性能的互補性。但是，硅橡膠作為一種非極性聚合物其加入熱塑性聚氨酯內會對其微觀結構產生很大的影響，而熱塑性聚氨酯的優良性能與其微觀結構的形成具有很大的關系。并且，兩者的機械性能相差很大，為了最大限度保持熱塑性聚氨酯機械性能，更好的增加熱塑性聚氨酯與硅橡膠的相容性，將硅橡膠的阻燃性能與熱塑性聚氨酯相結合，本發明提供了一種阻燃型熱塑性聚氨酯及其制備方法。

發明內容

本發明的目的在于克服熱塑性聚氨酯在阻燃方面的不足，提供一種綜合反應型和添加型優勢的阻燃型熱塑性聚氨酯及其制備方法。解決了反應型阻燃原料的價格高昂、工藝不成熟和生產方法的不環保性；以及添加型阻燃填料添加量大、性能破壞大和填料易析出的缺點。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：一種阻燃型熱塑性聚氨酯的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)制備硅基嵌段熱塑性聚氨酯：以端羥丁基聚二甲基硅氧烷(PDMS)和低分子量二醇或二胺作為混合軟段，所述PDMS與低分子量二醇或二胺質量比為1∶4，以異氰酸酯和擴鏈劑為硬段，采用預聚體法合成PDMS含量為12.9％的硅基嵌段熱塑性聚氨酯 (Si-TPU)，所述Si-TPU的硬段質量分數為35.40％；

(2)制備復合甲基乙烯基硅橡膠：所述復合甲基乙烯基硅橡膠原料按重量份包括甲基乙烯基硅橡膠(VMQ)生膠100份、氣相法二氧化硅30-50份、結構控制劑3-5份，按重量份取VMQ生膠、氣相法二氧化硅、結構控制劑，在120℃、60r/min下混合均勻得混合膠，然后將混合膠在開放式混合機上壓出并放置4h，得復合甲基乙烯基硅橡膠；