[发明专利]一种无卤本质阻燃水性聚氨酯膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种无卤本质阻燃水性聚氨酯的制备方法，首先由三氯氧磷和季戊四醇反应制备具有双磷酰氯官能团的中间体产物，然后将此中间体产物再与二甘醇胺等物质反应，制备出一种含磷、氮阻燃元素的小分子阻燃剂，最后将此小分子阻燃剂作为一种硬段扩链剂与聚醚多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、2,2‑二羟甲基丙酸等物质反应，制备出一种无卤本质阻燃水性聚氨酯。本发明通过将一种无卤阻燃剂作为一种反应物质制备出了一种反应型的无卤本质阻燃水性聚氨酯，阻燃效果好，合成方法简单、成本较低，有很好的实用性及经济性，具有良好的市场前景。

技术领域

本发明涉及一种无卤本质阻燃水性聚氨酯膜的制备方法，具有热稳定性好、阻燃性高的特点，属于功能材料领域。

背景技术

水性聚氨酯（WPU）是将水用作分散试剂的二元胶体体系，拥有很多优异的特点，如低污染、无毒性、安全性高等，其综合性能仍能与溶剂型聚氨酯相比较。随着环境对工业生活生产要求的提高，水性聚氨酯由于其能够显著地改善涂层的硬度、韧性、抗潮湿性、品相等优良特性，在诸多涂层整理剂中表现出较好的性能，如工业生活中的皮具、木材、衣物等。同溶剂类型的聚氨酯相比，水性聚氨酯具有明显的低能量消耗、对人体的皮肤无刺激型、不破坏环境、容易制备、安全性高等优点。因此这也使得水性聚氨酯越来越吸引人们的目光、逐渐成为近年来聚氨酯的热门应用之一。

但由于自身所特有的高分子材料的性质，水性聚氨酯具有易燃烧的特性，其极限氧指数(LOI)仅为18%左右，所以为了弥补水性聚氨酯易燃烧的缺点而扩大其应用的范围，对水性聚氨酯的阻燃改性也是水性聚氨酯功能化的重要发展课题之一。针对水性聚氨酯涂层剂的阻燃功能化方法可划分为共混复配类型和本质阻燃型。共混复配类型是指通过将阻燃剂物质与水性聚氨酯的材料以物理共混的方式来达到水性聚氨酯的阻燃改性。由于添加型具有加工工艺简单的优点，在早期的水性聚氨酯的阻燃改性中有较多的应用。但由于该阻燃改性的方式是以物理共混的方式，水性聚氨酯本体与阻燃剂填料存在分散程度、互溶性差等缺点。添加型通常会使用大量的阻燃剂填料对水性聚氨酯进行阻燃整理，但会产生涂膜不均、阻燃剂填料使用量过大、易转移、抗水洗能力差等问题。本质阻燃型是将阻燃剂分子作为一种反应原料，以化学键合的方式将阻燃剂分子引入到水性聚氨酯本体结构当中，以达到阻燃改性的目的。本质阻燃是从分子角度的改良，能够从本质上克服界面上存在的许多问题。以化学键合的方式将阻燃剂分子加入到水性聚氨酯中，能够显著缩减阻燃剂的剂量和解决阻燃剂分子易转移、流失的问题，在改善其燃烧性的同时，对于水性聚氨酯所特有的韧性、硬度、品相等特点不存在明显的影响。根据阻燃改性的聚氨酯中结构单元的类型，可进一步分类为软段阻燃改性法、硬段阻燃改性法以及软、硬段阻燃协同改性法。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出一种无卤本质阻燃水性聚氨酯膜的制备方法，以化学键合的方式将阻燃剂分子加入到水性聚氨酯中，能够显著缩减阻燃剂的剂量和解决阻燃剂分子易转移、流失的问题，同时具有阻燃性能好、热稳定性高的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种无卤本质阻燃水性聚氨酯膜的制备方法，包括以下步骤：

1、按质量份数，将17~34份季戊四醇加入带有回流装置和尾气处理装置的三口烧瓶，称取115~230份三氯氧磷，加入到三口烧瓶中，开启磁力搅拌和冷凝装置，并开始升温，体系温度达到60℃时，反应1~2h后升温至105℃，继续反应6~8h后结束反应，分别用二氯甲烷和无水乙醇反复洗涤、抽滤并干燥，得到白色粉末，即为中间体产物季戊四醇双磷酸酯二磷酰氯（PDD）。

2、按质量份数，将15~45份步骤1制得的PDD加入三口烧瓶中，依次加入150~250份氯仿，11~33份二甘醇胺，10~30份三乙胺于三口烧瓶中，冰水浴维持体系反应温度在10~15℃之间，反应2~3h，后升温至30℃，继续反应4~5h，结束反应后蒸出氯仿并用丙酮和无水乙醇混合溶剂对产物进行洗涤、提纯，制备出白色粉末状固体产物，即为一种含有磷氮阻燃元素的小分子阻燃剂（PDL）。