[发明专利]三羟甲基氧化膦改性异氰酸酯化合物及其合成方法

说明书

本发明涉及一种三羟甲基氧化膦改性异氰酸酯化合物及其合成方法,属于聚氨酯材料技术领域。本发明使用三羟甲基氧化膦和TDI聚合得到一种三羟甲基氧化膦改性异氰酸酯化合物。其为含有P元素的一种改性异氰酸酯化合物，不含有卤素，可以实现在大幅提高聚氨酯泡沫阻燃的同时不降低泡沫的环保指标。本发明开发的一种改性异氰酸酯化合物不含有卤素，燃烧发烟量小，不会释放具有腐蚀性或刺激性的卤化氢气体，不会产生有毒致癌物质多溴代苯并恶英和多溴代二苯并呋喃，同时本发明不含卤素有机物质这种环境荷尔蒙物质，避免了材料对环境的长期影响。

技术领域

本发明涉及一种三羟甲基氧化膦改性异氰酸酯化合物及其合成方法,属于聚氨酯材料技术领域。

背景技术

全球聚氨酯年总产量约2000万吨，我国产量约占世界产量55％，应用最广泛、用量最大的产品是泡沫制品，约占40％份额。聚氨酯泡沫产品中用量最大的是床垫、沙发、汽车等交通工具座椅用软质海绵，冰箱、冷库、住宅等建筑保温用硬质泡沫，很多应用领域都需要有聚氨酯泡沫拥有很好的阻燃能力的同时拥有很好的气味、TVOC等环保性能。

一方面，阻燃已成为聚氨酯泡沫在冷库、客车火车、公共家居等领域使用的卡脖子问题。聚氨酯泡沫作为一种泡沫塑料，如果不添加阻燃剂本身是易燃的。GB38262-2019客车内饰材料的燃烧特性于2020年7月1日执行，其规定了聚氨酯座椅水平燃烧为A0级别，垂直燃烧≤100mm/min；聚氨酯保温降噪材料除水平/垂直燃烧外，还需要氧指数满足25％、28％。在火车领域：高铁和普列的座椅，阻燃性能氧指数分别要求达到28％(TBT 3237-2010动车组用内装材料阻燃技术条件)和26％(TBT 3138-2006机车车辆阻燃材料技术条件)，大大的提高了行业准入门槛。

聚氨酯泡沫是异氰酸酯和多元醇双组份反应成型的，目前提高聚氨酯泡沫塑料阻燃的研究大多集中在多元醇组分，主要有以下方法：

1、在多元醇组分中添加磷系或者卤素液体阻燃剂，存在增塑效果强、阻燃剂迁移等问题；

2、开发带有磷、氮、卤素等阻燃元素的多元醇，存在物理性能较差、阻燃效果不理想、成本高的问题；

3、添加可膨胀石墨、氢氧化铝等固体阻燃剂来实现阻燃的，产品与工艺面较窄。

卤素阻燃剂发烟量大，释放出的卤化氢具有腐蚀性或刺激性，并且会产生有毒致癌物质多溴代苯并恶英和多溴代二苯并呋喃，大部分卤素有机物质都是环境荷尔蒙物质，可能诱导有机体突变，影响人体免疫系统、内分泌系统、生殖系统，影响人体正常代谢。欧盟2006年7月1日开始实施RoHS指令严格限制多溴二苯醚PBDE、多溴联苯PBB的使用，2019年12月5日发布了关于禁止在电子显示器外壳和支架中使用卤素阻燃剂的要求。

另一方面，TVOC和气味等环保问题是聚氨酯阻燃泡沫在车内等封闭空间应用的另一个卡脖子问题。比如中国经营报2018.6.23报导《复兴号频遭车内异味投诉，中铁总：开展自查，严控原材料采购》。阻燃和环保是相互对立的指标，阻燃剂是对TVOC、气味贡献最大的因素之一。

问题的难点在于高阻燃和低TVOC低气味是相互对立的两种指标，因为物理添加的阻燃剂是对阻燃软泡的TVOC和气味贡献最大的因素之一。

涉及到阻燃相关的改性异氰酸酯专利有：公开号为CN105949435A的发明专利，该发明涉及一种自阻燃型水性聚氨酯乳液，按以下重量份原料制备：聚酯多元醇或聚醚多元醇20～35份、二羟甲基丙酸2～6份、含卤素官能团的异氰酸酯单体15～40份、小分子扩链剂2～10份、二月桂酸二丁基锡0.02～0.1份、中和剂三乙胺2～5份、有机胺扩链剂1～3份、去离子水80～150份。还提供了其制备方法：首先通过搅拌、氮气保护、加热，并加入稀释剂、小分子扩链剂及二月桂酸二丁基锡等，制得改性聚氨酯预聚物，然后将改性聚氨酯预聚物中和、乳化、水相扩链，最后减压蒸馏出溶剂，得到自阻燃型水性聚氨酯乳液。