[發明專利]一種聚氨酯包覆可膨脹石墨阻燃劑及其制備方法

有效

• 申請號: 202211436269.5
• 申請日: 2022-11-16
• 公開（公告）號: CN115490922B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 郭磊;喬小壯;謝君泰;李桂英;劉訓恿;高學珍;劉軍深
• 申請（專利權）人: 魯東大學
• 主分類號: C08K9/10
• 分類號: C08K9/10;C08K7/24;C08G18/48;C08G101/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種聚氨酯包覆可膨脹石墨阻燃劑及其制備方法，屬于有機改性可膨脹石墨領域。該方法首先將多元醇、催化劑攪拌均勻，再加入可膨脹石墨攪拌均勻，然后再加入多異氰酸酯充分攪拌均勻，在催化劑作用下多異氰酸酯與多元醇在石墨表面反應生成聚氨酯，從而得到聚氨酯包覆可膨脹石墨。本發明制作過程不用溶劑、簡單便捷，表面包覆的聚氨酯加速了成焦速度，提高了材料的阻燃性能，聚氨酯的包覆改善了可膨脹石墨與高分子材料的相容性問題，與相同添加量的可膨脹石墨對比，由聚氨酯包覆可膨脹石墨制備的聚氨酯泡沫阻燃能力和力學性能有明顯的提高。聚氨酯包覆可膨脹石墨是一種無毒環保、高效阻燃、相容性好的阻燃劑。

技術領域

本發明涉及有機改性可膨脹石墨領域，尤其涉及一種聚氨酯包覆可膨脹石墨阻燃劑及其制備方法。

背景技術

可膨脹石墨是一種新型低煙、無鹵阻燃劑，它在200℃左右通過層間化合物分解而開始膨脹，900℃左右達到最大值，其膨脹倍率可以達到280倍，石墨形態由鱗片狀變成蠕蟲狀，形成較厚的多孔炭層，起到隔熱隔氧將火焰熄滅的作用。但單獨使用可膨脹石墨由于其燃燒時產生“爆米花效應”，即松散的“蠕蟲”狀炭層，在火焰沖擊擾動下容易脫落，嚴重影響著可膨脹石墨阻燃及抑煙作用的發揮。另外，因可膨脹石墨作為一種無機粒子阻燃劑與高分子基體材料的界面作用力弱，團聚現象嚴重，與高分子材料存在界面相容性問題，會嚴重劣化高分子材料的力學性能。對可膨脹石墨進行改性可以改善“爆米花效應”，提高可膨脹石墨與高分子材料基體之間的界面相容性，增強可膨脹石墨阻燃效率，減弱可膨脹石墨對基體材料力學性能的惡化。目前可膨脹石墨改性主要通過表面處理、表面接枝及包覆等三種途徑來實現。這些改性可膨脹石墨的方法中，表面處理法工藝簡單、成本低，但可膨脹石墨與表面處理劑之間的作用力較弱，容易脫附；表面接枝法是通過化學反應使可膨脹石墨表面接枝上含極性的有機官能團，從而使可膨脹石墨與基材的相容性得以提高，但一般所用接枝試劑昂貴，工藝復雜；包覆法則是通過聚合反應將可膨脹石墨完全包覆，形成核殼結構的改性可膨脹石墨顆粒。

中國專利CN103554428B以可膨脹石墨微粒為囊芯、以環糊精或環糊精/改性樹脂與甲苯二異氰酸酯交聯形成的聚氨酯作為囊殼，在二甲亞砜、二氧六環溶劑中加熱催化反應制備了一種核-殼協同阻燃的聚氨酯微膠囊改性的可膨脹石墨，將其應用于聚氨酯硬質泡沫塑料中，阻燃性能與力學性能均得到提高。Ye等[Ye L., etc. Polym. Degrad.Stab., 2009, 94, 971-979]采用乳液聚合法對可膨脹石墨進行聚甲基丙烯酸甲酯包覆改性并應用于硬質聚氨酯泡沫，具有較好的阻燃效果，并且力學性能也得到改善。以上發明專利和文獻雖然在阻燃性能方面得到了一定的提高，但是其力學性能的改善較小或者雖然其力學性能得到了提高但其制作方法復雜，成本偏高。

發明內容

一種聚氨酯包覆可膨脹石墨阻燃劑的制備方法，包括以下步驟：首先將多元醇、催化劑加至容器中，催化劑與多元醇的質量比為0.01~5:100，在室溫下攪拌均勻，再加入可膨脹石墨，可膨脹石墨與聚氨酯總量的質量比為5~50:1，攪拌均勻，然后在室溫下向上述容器中再加多異氰酸酯，多異氰酸酯與多元醇的質量比為1~5:1，充分攪拌，常溫常壓下反應0.1~6h，粉碎、過篩、干燥得到聚氨酯包覆可膨脹石墨阻燃劑。

根據本發明所述的可膨脹石墨是天然鱗片石墨通過強酸強氧化劑處理過后的40~200目的干燥可膨脹石墨。

根據本發明所述的多元醇為聚醚多元醇、聚酯多元醇、季戊四醇、乙二醇、二乙二醇、甘油、木糖醇、山梨醇、丙二醇、丁二醇、己二醇中的任意一種或幾種的混合物。

進一步地，所述聚醚多元醇羥值為10~800mgKOH/g，聚酯多元醇羥值為10~800mgKOH/g。

根據本發明所述的多異氰酸酯為-NCO質量含量25～40%的聚合二苯基甲烷二異氰酸酯。

進一步地，所述多異氰酸酯為萬華化學的CW-20、PM-130、PM-200、PM-2010、PM-2025、PM-400中的任意一種或幾種的混合物。