[发明专利]一种协同阻燃聚氨酯弹性体的制备方法

说明书

本发明涉及聚氨酯的合成及加工技术领域，公开了一种协同阻燃聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：1)制备异氰酸酯基团封端的聚氨酯预聚体；2)聚氨酯预聚体的扩链。本发明在经Si和P改性的基体中加入了膨胀型阻燃体系。经化学嵌段加入的含磷聚醚降低了膨胀型阻燃体系中酸源的用量，这也改善了优于填料的加入对于机械性能的破坏。同时，对于阻燃作用所存在的烟雾增加现象，使用硼酸锌可降低该烟雾的释放。

技术领域

本发明涉及聚氨酯的合成及加工技术领域，具体涉及一种协同阻燃聚氨酯弹性体的制备方法。

背景技术

聚氨酯弹性体(PUE)具有橡胶的高弹性，其原料的多变性和特殊的微观结构使PUE的性能具有广泛的调节性，促使它广泛应用于生活的各个方面。但是PUE在应用中也存在一些缺点，如易黄变、耐候性差、耐热性差、阻燃性差且熔滴剧烈。硅基聚合物由较高键能的Si-O键(420kJ/mol)组成主链，这赋予其较高的热稳定性，低表面张力，疏水性优，耐候性能优越，化学惰性和使用温度范围广等优点。此外，硅基材料在燃烧过程中会形成致密的硅氧碳层对于内部材料有着很好的保护作用。但是硅基材料也表现为非常差的实用性，其中尤以力学性能最差，如低拉伸强度、撕裂和耐磨性。因此，对于二者优势性能的互补是一种比较重要的研究方向。

对于聚合物的阻燃常用的有两种方法：添加型和反应型。添加型即将含有阻燃能力的填料填充进聚合物中，这种方法的优势在于简单方便、便于生产和成本低廉。缺点在于要达到要求的阻燃级别往往需要大量的填料，而各种相容性不同的填料的添加会导致聚合物原有优异性能的损失。但是，反应型阻燃便不存在该缺陷，它是通过化学反应将含有阻燃元素的基团加入到聚合物的分子链上。该方法避免了大量阻燃填料的添加导致的材料性能的损失，并从根本上解决了填料存在的析出和相容性的问题。但是，该法的缺陷在于化学改性一般使用溶剂法，这会对环境和人类产生危害。并且含有阻燃元素的反应原料价格昂贵，且生产工艺不成熟，分子量难以控制，催化剂难以尽除。

在PUE的微观结构中存在一对相互作用：微相分离和微相混合。这主要由于构成PUE的硬段(异氰酸酯和扩链剂，HS)和软段(低聚物多元醇，SS)之间存在热力学不相容性。热力学不相容性导致HS与SS的聚集形成硬段相(HD)和软段相(SD)，两相之间的极性不相容性和HS间的相互作用导致微相分离，而两相之间的相互作用导致微相混合。这两种相互作用主要为HS间的氢键作用和HS与SS之间的氢键作用。硅基材料作为一种非极性材料其与硬段之间几乎不存在氢键化作用。而其他软段如聚己内酯二醇分子链上含有酯基，他们能够和硬段上的-NH形成氢键。这种HS间形成的氢键，HS与SS间形成的氢键分别会促进微相分离和微相混合。这作为一对相互作用力，唯有处于一定的平衡之下才会使PUE具有最佳的性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种结合膨胀型阻燃体系(IFR)的有机硅、含磷聚醚改性的阻燃型聚氨酯弹性体，在满足阻燃要求的情况下，增加相容性、降低成本和对力学性能的高保持率；并使得手感爽滑、疏水性好、耐热性优、环保阻燃和不产生有害成分。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种协同阻燃聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制备异氰酸酯基团封端的聚氨酯预聚体：在50～60℃条件下，将液体状二异氰酸酯与端羟烃基聚二甲基硅氧烷、低分子量二元醇按质量比2.43:3:1混合搅拌均匀，升温至80℃，在N₂的气氛下反应2h，然后继续在80℃下，负压抽真空得异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体；

2)聚氨酯预聚体的扩链：根据扩链系数f＝1.05对异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体进行扩链，向异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体中加入扩链剂、交联剂、含磷聚醚、催化剂和IFR，所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体、扩链剂、交联剂、含磷聚醚、催化剂、IFR的质量比为10:0.2:0.4:1.22:0.01:1.18～1.54，混合均匀后在100℃下反应定型10min，然后冷压成型得到聚氨酯，然后将得到的聚氨酯在80℃下熟化10h，得到协同阻燃聚氨酯弹性体。