一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，按重量份数计，热塑性聚氨酯弹性体组合物主要由100份热塑性聚氨酯聚合物、10～30份长链烷基苯并咪唑和2～10份层状硅酸盐填料组成；其中，长链烷基苯并咪唑的结构式为：

A halogen free flame retardant thermoplastic polyurethane elastomer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法
本专利技术属于聚氨酯弹性体
，涉及一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。
技术介绍
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种由柔性链段和刚性链段组成，在低温下具有橡胶弹性，升高温度时又能塑化成型的高分子合成材料。TPU具有较高的力学强度、优异的耐磨性和良好的加工性，被广泛应用于各种线缆护套。然而，TPU极易燃烧，应用于线缆护套时具有很大的火灾安全隐患，因此需对其进行阻燃改性以满足应用要求。含卤阻燃剂成本低、阻燃效率高，被广泛应用于制备阻燃TPU，但近年来由于环保要求的不断提高，部分终端应用要求禁用含卤阻燃剂。因此，无卤阻燃TPU已成为各厂商的开发热点。目前，文献中公开的无卤阻燃TPU的制备方法主要为填充型阻燃和本征阻燃两种途径。填充型阻燃是通过将阻燃剂与聚氨酯材料进行物理共混来实现阻燃目的，常用的阻燃剂有无机填料(如膨胀石墨、蒙脱土等)、水合金属氧化物(如氢氧化镁、氢氧化铝等)和含氮、磷、硼、硅等阻燃元素的有机材料(如三聚氰胺类、磷酸酯类等)。本征阻燃则是将含有阻燃元素或结构的单体引入到聚氨酯分子中以达到阻燃目的。专利CN102686672披露了用金属氢氧化物(氢氧化镁或氢氧化铝)/磷系阻燃剂制备阻燃TPU的技术。但金属氢氧化物的阻燃效率并不高，要达到一定阻燃效果往往要求添加大量的金属氢氧化物，这时将会对TPU的力学性能和挤出加工性能产生较大影响。专利USP6777466披露了用细粒径的三聚氰胺尿酸盐(MCA)制备的阻燃TPU，能达到UL94-V0级。MCA是聚合物的良润滑剂，大量的MCA会导致TPU挤出成型困难并且会导致力学性能下降。专利CN101166782披露了用次膦酸金属盐和/或二次膦酸金属盐、磷酸酯阻燃TPU弹性体，1.9mm试样也能达到UL94-V0级。但次膦酸金属盐和二次膦酸金属盐在加工过程中不熔不溶，因此其粒径对阻燃性能和力学性能的影响较大。同时，单体磷(膦)类阻燃剂还很容易从TPU中析出，对产品的推广应用非常不利。综上所述，迫切需要一种阻燃效率高、加工窗口宽、力学性能保持良好的无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体材料。
技术实现思路
本专利技术提供一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，目的是解决现有技术中阻燃热塑性聚氨酯弹性体阻燃性能、力学性能、加工性能不可兼得的技术问题，具体是通过在热塑性聚氨酯聚合物中共混入长链烷基苯并咪唑和层状硅酸盐填料，提高阻燃性，延缓TPU熔体在升温状态下分子链的滑移和在降温状态下的排列结晶，从而提高了材料的熔体强度，拓宽了挤出加工窗口；且制得的无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体中，无组分向制品表面析出，产品外观不受影响，各项性能保持良好；采用螺杆挤出机挤出的方法，工艺简单。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，按重量份数计，主要由100份热塑性聚氨酯聚合物、10～30份长链烷基苯并咪唑和2～10份层状硅酸盐填料组成；所述长链烷基苯并咪唑的结构式为：其中，n＝12，分子链短会导致容易析出，分子量太大会产生增塑效应，引起组合物机械性能下降。如上所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，所述无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体的的拉伸强度为30～45MPa，阻燃等级为V0(按UL94测试标准)，挤出加工窗口宽度≥±20℃。如上所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，所述无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体中还含有抗氧剂和/或润滑剂；按重量份数计，抗氧剂为0.1～2份，润滑剂为0.1～2份。如上所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，所述层状硅酸盐填料选自滑石粉、高岭土和蒙脱土中的一种以上；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂；如德国巴斯夫公司的抗氧剂1010、抗氧剂245、抗氧剂1076、抗氧剂168、抗氧剂626，美国科聚亚公司的抗氧剂20、抗氧剂1315、抗氧剂330、抗氧剂627、抗氧剂628、抗氧剂DPDP等；所述润滑剂为酰胺蜡和/或褐煤蜡，如德国科莱恩公司的WAXE、WAXC等。如上所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，所述热塑性聚氨酯聚合物为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体和/或聚醚型热塑性聚氨酯弹性体；所述热塑性聚氨酯聚合物的数均分子量为55000～105000道尔顿；所述热塑性聚氨酯聚合物的硬度范围在邵氏75～98A。如上所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，所述聚酯型热塑性聚氨酯弹性体由一种或多种聚酯型热塑性聚氨酯弹性体组成；所述聚醚型热塑性聚氨酯弹性体由一种或多种聚醚型热塑性聚氨酯弹性体组成；所述聚酯或聚醚型热塑性聚氨酯弹性体主要由线性聚酯或聚醚二元醇、有机二异氰酸酯和扩链剂制备得到；所述线性聚酯或聚醚二元醇的数均分子量均为500～5000道尔顿；当所述线性聚酯或聚醚二元醇的数均分子量为1000-2000道尔顿达到的效果更好；如上所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，所述线性聚酯二元醇为小分子二元羧酸和小分子二元醇的缩聚反应产物，本专利技术中所用的缩聚反应方法和工艺为常规方法和工艺；所述线性聚酯二元醇还可以为由碳酸酯和二元醇反应制备的聚碳酸酯二元醇；所述线性聚酯二元醇还可以为由各种脂肪族内酯的缩聚反应产物与二元醇的反应产物，如聚己内酯与二元醇的反应产物；所述小分子二元羧酸为碳原子数为4～8的脂肪族的、脂环族的或芳香族的二元羧酸；所述小分子二元羧酸的碳原子数还可以为4～12；所述小分子二元羧酸为丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十二双酸、间苯二酸、对苯二酸和环己烷二羧酸中的一种以上；还可以是所述小分子二元羧酸的衍生物，如酸酐或羧酸酯；所述小分子二元醇为碳原子数为2～6的脂肪族二元醇和/或芳香族二元醇；所述小分子二元醇的碳原子数还可以为2～12；所述小分子二元醇为乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3丁二醇、1,4丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、2,2-二甲基-1,3-丙二醇，1,4-环己烷二甲醇，1,10-癸二醇和1,12-十二双醇中的一种以上；所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃醚二元醇；所述聚醚二元醇还可以是在含有活泼氢化合物作为起始剂和催化剂存在下由环氧化合物开环聚合制得的；其中，环氧化合物的碳原子数为2-6，如通过环氧乙烷与乙二醇反应形成的聚乙二醇、通过环氧丙烷与丙二醇反应而形成的聚丙二醇、通过环氧丙烷和环氧乙烷与丙二醇反应而形成的聚(丙二醇-乙二醇)或通过四氢呋喃开环聚合反应而形成的聚四氢呋喃醚二醇；所述聚醚二元醇还可以为共聚聚醚二元醇，包括四氢呋喃与环氧乙烷的共聚反应产物、四氢呋喃与环氧丙烷的共聚反应产物；如上所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，所述有机二异氰酸酯为芳香族二异氰酸酯、脂肪族二异氰酸酯和脂环族二异氰酸酯的一种以上；优选为芳香族二异氰酸酯，如二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、3,3’-二甲基-4,4’本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征是：按重量份数计，主要由100份热塑性聚氨酯聚合物、10～30份长链烷基苯并咪唑和2～10份的层状硅酸盐填料组成；/n所述长链烷基苯并咪唑的结构式为：/n

【技术特征摘要】
1.一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征是：按重量份数计，主要由100份热塑性聚氨酯聚合物、10～30份长链烷基苯并咪唑和2～10份的层状硅酸盐填料组成；
所述长链烷基苯并咪唑的结构式为：



其中，n＝12。


2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体的拉伸强度为30～45Mpa，阻燃等级为V0，挤出加工窗口宽度≥±20℃。


3.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体中还含有抗氧剂和/或润滑剂；按重量份数计，抗氧剂为0.1～2份，润滑剂为0.1～2份。


4.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述层状硅酸盐填料选自滑石粉、高岭土和蒙脱土中的一种以上；
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂；
所述润滑剂为酰胺蜡和/或褐煤蜡。


5.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于，所述热塑性聚氨酯聚合物为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体和/或聚醚型热塑性聚氨酯弹性体；
所述热塑性聚氨酯聚合物的数均分子量为55000～105000道尔顿；
所述热塑性聚氨酯聚合物的硬度范围在邵氏75～98A。


6.根据权利要求5所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：管祎嗣，
申请(专利权)人：浙江益弹新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33