[发明专利]一种聚氨酯包覆可膨胀石墨阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚氨酯包覆可膨胀石墨阻燃剂及其制备方法，属于有机改性可膨胀石墨领域。该方法首先将多元醇、催化剂搅拌均匀，再加入可膨胀石墨搅拌均匀，然后再加入多异氰酸酯充分搅拌均匀，在催化剂作用下多异氰酸酯与多元醇在石墨表面反应生成聚氨酯，从而得到聚氨酯包覆可膨胀石墨。本发明制作过程不用溶剂、简单便捷，表面包覆的聚氨酯加速了成焦速度，提高了材料的阻燃性能，聚氨酯的包覆改善了可膨胀石墨与高分子材料的相容性问题，与相同添加量的可膨胀石墨对比，由聚氨酯包覆可膨胀石墨制备的聚氨酯泡沫阻燃能力和力学性能有明显的提高。聚氨酯包覆可膨胀石墨是一种无毒环保、高效阻燃、相容性好的阻燃剂。

技术领域

本发明涉及有机改性可膨胀石墨领域，尤其涉及一种聚氨酯包覆可膨胀石墨阻燃剂及其制备方法。

背景技术

可膨胀石墨是一种新型低烟、无卤阻燃剂，它在200℃左右通过层间化合物分解而开始膨胀，900℃左右达到最大值，其膨胀倍率可以达到280倍，石墨形态由鳞片状变成蠕虫状，形成较厚的多孔炭层，起到隔热隔氧将火焰熄灭的作用。但单独使用可膨胀石墨由于其燃烧时产生“爆米花效应”，即松散的“蠕虫”状炭层，在火焰冲击扰动下容易脱落，严重影响着可膨胀石墨阻燃及抑烟作用的发挥。另外，因可膨胀石墨作为一种无机粒子阻燃剂与高分子基体材料的界面作用力弱，团聚现象严重，与高分子材料存在界面相容性问题，会严重劣化高分子材料的力学性能。对可膨胀石墨进行改性可以改善“爆米花效应”，提高可膨胀石墨与高分子材料基体之间的界面相容性，增强可膨胀石墨阻燃效率，减弱可膨胀石墨对基体材料力学性能的恶化。目前可膨胀石墨改性主要通过表面处理、表面接枝及包覆等三种途径来实现。这些改性可膨胀石墨的方法中，表面处理法工艺简单、成本低，但可膨胀石墨与表面处理剂之间的作用力较弱，容易脱附；表面接枝法是通过化学反应使可膨胀石墨表面接枝上含极性的有机官能团，从而使可膨胀石墨与基材的相容性得以提高，但一般所用接枝试剂昂贵，工艺复杂；包覆法则是通过聚合反应将可膨胀石墨完全包覆，形成核壳结构的改性可膨胀石墨颗粒。

中国专利CN103554428B以可膨胀石墨微粒为囊芯、以环糊精或环糊精/改性树脂与甲苯二异氰酸酯交联形成的聚氨酯作为囊壳，在二甲亚砜、二氧六环溶剂中加热催化反应制备了一种核-壳协同阻燃的聚氨酯微胶囊改性的可膨胀石墨，将其应用于聚氨酯硬质泡沫塑料中，阻燃性能与力学性能均得到提高。Ye等[Ye L., etc. Polym. Degrad.Stab., 2009, 94, 971-979]采用乳液聚合法对可膨胀石墨进行聚甲基丙烯酸甲酯包覆改性并应用于硬质聚氨酯泡沫，具有较好的阻燃效果，并且力学性能也得到改善。以上发明专利和文献虽然在阻燃性能方面得到了一定的提高，但是其力学性能的改善较小或者虽然其力学性能得到了提高但其制作方法复杂，成本偏高。

发明内容

一种聚氨酯包覆可膨胀石墨阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：首先将多元醇、催化剂加至容器中，催化剂与多元醇的质量比为0.01~5:100，在室温下搅拌均匀，再加入可膨胀石墨，可膨胀石墨与聚氨酯总量的质量比为5~50:1，搅拌均匀，然后在室温下向上述容器中再加多异氰酸酯，多异氰酸酯与多元醇的质量比为1~5:1，充分搅拌，常温常压下反应0.1~6h，粉碎、过筛、干燥得到聚氨酯包覆可膨胀石墨阻燃剂。

根据本发明所述的可膨胀石墨是天然鳞片石墨通过强酸强氧化剂处理过后的40~200目的干燥可膨胀石墨。

根据本发明所述的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、季戊四醇、乙二醇、二乙二醇、甘油、木糖醇、山梨醇、丙二醇、丁二醇、己二醇中的任意一种或几种的混合物。

进一步地，所述聚醚多元醇羟值为10~800mgKOH/g，聚酯多元醇羟值为10~800mgKOH/g。

根据本发明所述的多异氰酸酯为-NCO质量含量25～40%的聚合二苯基甲烷二异氰酸酯。

进一步地，所述多异氰酸酯为万华化学的CW-20、PM-130、PM-200、PM-2010、PM-2025、PM-400中的任意一种或几种的混合物。