[发明专利]一种疏水阻燃型水性聚氨酯及其制备方法

说明书

一种疏水阻燃型水性聚氨酯的制备方法，将多元醇、含亲水基团的小分子扩链剂、双羟基聚二甲基硅氧烷混合，得到醇类混合物；将多异氰酸酯添加到醇类混合物中，经搅拌后得到含有端异氰酸酯基团的预聚体；将小分子扩链剂、DOPO‑DAM添加到含有端异氰酸酯基团的预聚体中，采用搅拌的方式使两者混合均匀，得到端异氰酸酯基聚氨酯；将胺类加入端异氰酸酯基聚氨酯中，得到中和的聚氨酯；将水添加到中和的聚氨酯物料中，高速搅拌乳化后得到疏水阻燃型水性聚氨酯。本发明能得到疏水性、阻燃性和力学性能良好的改性水性聚氨酯，将其应用于织物整理时，整理后织物的阻燃性和疏水性得到显著提升。

技术领域

本发明属于材料改性方法技术领域，具体涉及一种疏水阻燃型水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

随着国家和社会的迅速发展，人民的生活水平日益提高，对高性能的材料要求也随之提高，聚氨酯材料以自身优异的性能获得市场极大的青睐。近年来，水性聚氨酯体系因不含有机溶剂，符合无毒、环保、稳定性高等一系列绿色概念而得到广泛关注，现已广泛应用于织物、皮革、涂料及建筑材料等领域。然而，聚氨酯本身易燃，这对人们的生命和财产安全造成严重的威胁，因此需对水性聚氨酯进行阻燃改性从而使其功能化，以达到自身阻燃和保护应用材料的作用。

磷氮系阻燃剂因无卤环保、较高的阻燃效率、不易迁移等优点而成为了阻燃剂中应用最广的一类。9, 10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为一种环状磷酸酯，具有热稳定性高、耐水性优良等特点，其磷-氮衍生物已被广泛用于高分子材料中以改善其阻燃性、力学性能、耐水解性等。DOPO中的P-H具有较高的反应活性，便于改性为磷-氮系反应型阻燃剂，从而在燃烧时集酸源、炭源、气源于一身达到较好的阻燃效果。因此近年来，DOPO磷-氮系反应型阻燃剂得到了较大的推广和发展。DOPO磷-氮系反应型阻燃剂改性水性聚氨酯是DOPO上的反应性基团与异氰酸酯反应，使其通过化学键的方式连接到水性聚氨酯的分子骨架中，所得乳液稳定性较好，不易沉淀，阻燃效率高，同时还可以改善聚氨酯的力学性能。

值得注意的是，WPU在合成过程中必须引入相当量的亲水组分，来保证乳液的成功合成和在水分散介质中的长期稳定性。然而，由于这些亲水组分的存在，使得WPU胶膜的疏水性、耐水性明显减弱，限制了WPU的应用领域。有机硅在分子链中同时含有-Si-O-Si-结构和有机基团，因此其兼有无机和有机材料的双重优点。高键能和低表面能的Si-O键使有机硅具有良好的氧化稳定性和耐水性，同时有机基团的存在又使其具有良好的加工性能。有机硅与高分子具有良好的相容性，并且一般含有高活性的官能团，能通过化学反应接枝到水性聚氨酯上，这使得其对水性聚氨酯耐水性、耐热性等的改善更持久。聚二甲基硅氧烷（PDMS）是一种重要的有机硅材料，主链由Si-O键构成，以甲基为侧基，具有低表面能、高热稳定性和可见光区域高透明度等特性。因此，在改善WPU薄膜的疏水性、耐水性、热稳定性等方面具有显著的作用。

发明内容

DOPO磷氮系阻燃剂可以提升水性聚氨酯的阻燃性，聚二甲基硅氧烷可以提升水性聚氨酯的疏水性，并且与DOPO协同阻燃，进一步提升水性聚氨酯的阻燃性，利用协效机理，得到疏水性和阻燃性良好的水性聚氨酯。

反应型阻燃聚氨酯是阻燃剂上的反应性基团通过化学键的方式连接到水性聚氨酯的分子骨架中，所得乳液稳定，阻燃剂用量较小且不易析出，在提高聚氨酯阻燃性能的同时还可改善材料的力学性能。所以，反应型阻燃改性是合成阻燃水性聚氨酯的重要方法。DOPO衍生物阻燃剂是一类优良的阻燃剂，它便于改性成为反应型磷-氮阻燃剂接枝到聚氨酯分子链上，提升聚氨酯的阻燃性能和力学性能等。将DOPO改性为反应型磷氮阻燃剂DOPO-DAM，DOPO-DAM上的-OH可与-NCO基直接反应，将DOPO-DAM引入WPU分子链上。采用的疏水助剂PDMS上的-OH也是通过与-NCO反应接枝到WPU分子链上的。因此，通过原位聚合的方法，得到了疏水性、阻燃性和力学性能良好的水性聚氨酯，将其应用于织物整理时，所得织物具有良好的阻燃性和疏水性。目前，疏水阻燃水性聚氨酯的制备及在织物上的应用研究鲜有报道。