[发明专利]一种阻燃聚氨酯材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种阻燃聚氨酯材料及其制备方法和应用，包括聚氨酯基体和阻燃助剂；聚氨酯基体通过聚酯二元醇和异氰酸酯聚合得到；阻燃助剂包括阻燃有机硅和片层材料；片层材料选自阻燃可膨胀石墨和、二维纳米片层TiO₂或片层硅土中的至少一种；阻燃可膨胀石墨、片层硅土、二维纳米片层TiO₂经过表面改性；异氰酸酯选自TDI‑80、TDI‑65和TDI‑100中的至少一种。利用阻燃有机硅与纳米复合的协同作用，调控聚氨酯分子链结构与纳米材料杂化，使得制备的聚氨酯泡沫泡孔均匀、强度高、阻燃性能好的优良特点，在管道保温，储罐的绝热，以及墙体保温等领域中具有广阔的应用前景。

技术领域

本申请涉及一种阻燃聚氨酯材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

聚氨酯泡沫是塑料中应用范围最广的品种之一，具有质轻、超低温热传导率，耐候保温，高效绝缘，隔音，固化后防水防潮，几乎渗透到国民经济各部门，特别在运输、冷藏、建筑墙体、绝热等领域普遍使用，但硬质聚氨酯泡沫塑料的极限氧指数(LOI)仅为18％～20％，属于易燃高分子材料，目前聚氨酯泡沫普遍存在防火性差、易燃烧的问题，有发生火灾的安全隐患。国内外学者对硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃改性进行了大量的研究，包括填加无机阻燃剂、有机阻燃以及有机-无机复合型阻燃助剂制备添加型阻燃聚氨酯，以及利用含有阻燃元素的多元醇制备反应型阻燃聚氨酯材料。相对于反应型阻燃剂，添加型具有成本低、加工简单等特点。

发明内容

针对聚氨酯泡沫存在防火性差、易燃烧的问题，本申请利用具有片层结构的可膨胀石墨、硅土、纳米TiO₂和阻燃有机硅对聚酯二元醇进行掺杂改性，利用可膨胀石墨、硅土和二维纳米TiO₂的片层结构与阻燃有机硅的协效作用，使其在燃烧过程这中会加速形成稳定的炭化层，可以阻止热量向材料内部传递，起到高效防火阻燃的作用。

根据本申请的一个方面，提供一种聚氨酯材料，包括聚氨酯基体和阻燃助剂；

所述聚氨酯基体通过聚酯二元醇和异氰酸酯聚合得到；

所述阻燃助剂包括阻燃有机硅和片层材料；

所述片层材料选自阻燃可膨胀石墨和、二维纳米片层TiO₂或片层硅土中的至少一种；

所述阻燃可膨胀石墨、片层硅土、二维纳米片层TiO₂经过表面改性。

所述聚酯二元醇通过以下步骤得到：

将含有二元醇和二元酸的原料与催化剂混合，发生酯化、缩聚反应，得到所述聚酯二元醇；

所述二元醇选自乙二醇、1，3丙二醇、1，4丁二醇、1，5戊二醇、1，6己二醇、1，8辛二醇、1，10癸二醇或二甘醇中的至少一种；

所述二元酸选自呋喃二甲酸或对苯二甲酸中的至少一种；

所述催化剂为纳米二氧化钛催化剂；

所述酯化反应的温度为120～240℃；

可选地，所述酯化反应的温度为120～130℃；

所述酯化反应结束的标志为不再有水产生；

所述酯化反应结束后抽真空，发生所述缩聚反应；

所述缩聚反应的真空度为＜200Pa；

所述缩聚反应的温度为180～240℃；

所述缩聚反应的时间为1～2.5小时；

所述酯化反应的气氛为氮气气氛；

所述聚酯二元醇数均分子量为800～5000。