[发明专利]阻燃水性聚氨酯乳液的制备方法

说明书

本发明提供了一种阻燃水性聚氨酯乳液的制备方法，其包括：将聚酯二元醇、二异氰酸酯和催化剂混合，得到聚氨酯预聚体；在聚氨酯预聚体内加入扩链剂反应得到预聚物；将预聚物降温，加入中和剂中和，在体系内加入阻燃剂反应，阻燃剂由六氯环三磷腈、2,2‑联苯二酚和己二胺发生取代反应生成，通过‑NH2基团与聚氨酯的‑NCO基团发生反应，并通过化学键方式将阻燃剂连接在聚氨酯分子主链上，将阻燃剂作为硬段扩链剂应用于水性聚氨酯乳液的无卤阻燃改性；磷腈化合物的骨架同时含有磷、氮元素，这两种阻燃元素能够同时在气相和凝聚相中发挥阻燃作用，具有良好的阻燃性和耐热性，不仅很大程度增强了水性聚氨酯膜的热稳定性，并且阻燃效果显著。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种阻燃水性聚氨酯乳液的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是指以水为分散介质的聚氨酯，与传统的溶剂型聚氨酯相比具有无毒、环境友好、成本低廉、不易损伤被涂饰表面、施工方便和易于清理等优点，现在已经在涂料、粘结材料、灌装材料等许多领域得到广泛应用，在建筑、家具、皮革、纺织、汽车、印刷等方面的使用越来越普遍，这些领域所用到的材料几乎都容易燃烧，如果不对水性聚氨酯在使用前进行阻燃处理，必然给社会和人身财产安全带来隐患，因此水性聚氨酯阻燃改性有着非常重要的意义。

磷腈化合物中磷、氮之间的协效作用，燃烧时可以形成不易燃烧的炭化层，而且磷元素被阻燃材料脱水分解，生成更多的残炭量，该炭化层可以阻止可燃气体及热分解的微小颗粒逃逸到空气中，达到阻燃和抑烟的双重效果，因此可作为无卤、环保、高效阻燃的阻燃剂。同时，磷腈化合物的获得，通常是将六氯环三磷腈作为原料合成出来的。六氯环三磷腈具有六个活泼的P-Cl键，因此可以被多种亲核试剂进攻，进行全部或者选择性取代，合成出高效阻燃的磷腈类阻燃剂，以此来提高材料的阻燃性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种阻燃水性聚氨酯乳液的制备方法，即通过环三磷腈衍生物改性得到阻燃水性聚氨酯乳液，以解决水性聚氨酯易燃烧的问题。具体地，先通过环三磷腈的取代反应，制备出具有阻燃性能的阻燃剂HCCP-6，然后将阻燃剂HCCP-6通过化学键方式连接在聚氨酯分子主链上，应用于水性聚氨酯乳液的无卤阻燃改性。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种阻燃水性聚氨酯乳液的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、将聚酯二元醇和阴离子型扩链剂在60-80℃下脱水干燥12h，得到干燥的聚酯二元醇和干燥的阴离子型扩链剂，备用；

(2)、将干燥的聚酯二元醇、二异氰酸酯和催化剂混合，并在氮气保护90-100℃下反应3-5h，得到聚氨酯预聚体；

(3)、在聚氨酯预聚体内加入干燥的阴离子型扩链剂在85℃下反应1-2h，得到阴离子型端-NCO的预聚物；

(4)、将阴离子型端-NCO的预聚物降温至40℃，加入中和剂进行中和反应生成盐，得到第一混合物；

(5)、在第一混合物内加入阻燃剂HCCP-6反应30-40min，得到第二混合物；

(6)、剧烈搅拌下将含有乙二胺(EDA)的去离子水滴加至第二混合物内进行水乳化，得到阻燃水性聚氨酯乳液。

步骤(5)中，阻燃剂的制备过程为：先将2,2'-联苯二酚溶液和HCCP在冰浴条件下发生取代反应得到白色晶体产物HCCP-4，然后在惰性气氛下，己二胺和HCCP-4再发生反应，反应温度为66℃，最终得到深黄色粉末，即为阻燃剂HCCP-6。

作为本发明的一种优选实施例，步骤(1)中，聚酯二元醇选自聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚己二酸新戊二醇酯和聚己内酯二醇中的一种以上。

作为本发明的一种优选实施例，步骤(1)中，阴离子型扩链剂选自二羟甲基丙酸和二羟甲基丁酸(DMBA)中的一种以上。