一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，包括如下原料：聚氧化丙烯二醇、甲苯二异氰酸酯、N，N‑二甲基环己胺、二羟甲基丙酸、1，4‑丁二醇、助剂和阻燃剂；该聚氨酯塑料颗粒的制备方法包括如下步骤：第一步、将聚氧化丙烯二醇加入反应釜中，边搅拌边加入甲苯二异氰酸酯和N，N‑二甲基环己胺，反应1‑3h，加入二羟甲基丙酸反应30min，加入1，4‑丁二醇反应1h，反应结束后降温至30℃，调节pH值为7‑8，加入助剂继续搅拌20min，得到预混料；第二步、将预混料和阻燃剂加入混合机中加热升温170‑180℃，得到混合料；第三步、将混合料置于双螺杆挤出机中，经熔融、挤出、造粒得到一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒。

【技术实现步骤摘要】
一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒及其制备方法
本专利技术属于塑料
，具体涉及一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒及其制备方法。
技术介绍
阻燃性是评价再生塑料性能的另一个重要指标，因为只有阻燃性优异的再生塑料才可以应用于防火材料。传统的再生塑料通过添加阻燃剂来改善阻燃性能。通用的塑料阻燃剂主要分为无机氢氧化物和有机卤代烃两大类，然而无机氢氧化物阻燃剂用量大，损害通用塑料材料的机械性能；有机卤代烃阻燃剂添加量少，但燃烧后生成有毒挥发气体，污染环境。专利技术专利CN1277895C利用一种预聚物制备聚氨酯泡沫塑料，所述预聚物是一种有机聚异氰酸酯，一种带有羟基官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯和一种多元醇的反应产物。这种预聚物按照特定的体积比和异氰酸根指数，与含有至少一种多元醇的多元醇组分反应。所述泡沫塑料在发泡剂和催化剂的存在下制备。优选的发泡剂是水和在反应中产生二氧化碳的化学发泡剂。优选的催化剂具有伯胺或仲胺基团，其能使催化剂反应进入生成的聚合物结构中，从而降低了挥发组分的水平。
技术实现思路
为了克服上述的技术问题，本专利技术提供一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题：通用的塑料阻燃剂主要分为无机氢氧化物和有机卤代烃两大类，然而无机氢氧化物阻燃剂用量大，损害通用塑料材料的机械性能；有机卤代烃阻燃剂添加量少，但燃烧后生成有毒挥发气体，污染环境本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，包括如下重量份原料：聚氧化丙烯二醇70-80份、甲苯二异氰酸酯80-90份、N，N-二甲基环己胺30-40份、二羟甲基丙酸7-9份、1，4-丁二醇10-20份、助剂30-50份和阻燃剂20-30份；该高阻燃聚氨酯塑料颗粒由如下步骤制备：第一步、在氮气保护下，将聚氧化丙烯二醇加入反应釜中，设置温度为70-80℃、转速为100-150r/min、边搅拌边加入甲苯二异氰酸酯和N，N-二甲基环己胺反应1-3h，加入二羟甲基丙酸反应30min，加入1，4-丁二醇反应1h，反应结束后降温至30℃，用质量分数40％的氢氧化钠溶液调节pH值为7-8，之后加入助剂继续搅拌20min，得到预混料；第二步、将预混料和阻燃剂加入混合机中加热升温170-180℃、混合搅拌，得到混合料；第三步、将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒得到一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒。进一步地，双螺杆挤出机一区温度110-120℃、二区温度130-150℃、三区温度140-160℃、四区温度150-170℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率18-22Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。进一步地，双螺杆挤出机一区到七区的温度为：双螺杆挤出机一区温度110-120℃、二区温度130-150℃、三区温度140-160℃、四区温度150-170℃、五区温度160-180℃、六区温度170-200℃、七区温度160-170℃；螺杆转速60-80r/min。进一步地，阻燃剂通过如下步骤制备：步骤S11、将胶体悬浮液加入反应釜，设置温度为65-75℃，然后加入三聚氰胺，搅拌10min，然后将温度升为85-95℃，加入质量分数40％的甲醛水溶液，保持温度不变，反应5-7h得到混合物a；三聚氰胺上的氨基、胶体悬浮液中胶体分子上的活泼氢和甲醛发生缩合；步骤S12、将混合物a加入反应釜，设置温度为在85-95℃，加入植酸和亚磷酸二甲酯，反应3-5h，反应结束后，减压抽滤，将得到的滤渣在70-80℃下干燥至恒重，研磨后过200目筛得到粉末b；混合物a和植酸、亚磷酸二甲酯发生缩合得到粉末b；步骤S13、将碳纳米纤维素加入去离子水中，在室温条件下、设置转速为500-600r/min，搅拌6-10min，然后加入聚磷酸铵，继续搅拌7-9h，搅拌结束后减压抽滤，将得到的固体研磨后过200目筛，得到粉末c；碳纳米纤维素和聚磷酸铵通过氢键合成粉末c；步骤S14、将粉末b和粉末c按质量比1：1-2混合后得到阻燃剂。制得的阻燃剂集酸源、碳源、气源于一体，植酸中富含磷元素且热稳定性好，提高阻燃剂的成炭率，植酸、亚磷酸二甲酯和聚磷酸铵的添加提高了阻燃剂中磷含量，在阻燃过程中释放出挥发磷化物，提高了阻燃效率。进一步地，步骤S11中胶体悬浮液、三聚氰胺和质量分数40％的甲醛水溶液的用量比为2mL：24-25g：2mL；步骤S13中碳纳米纤维素、去离子水和聚磷酸铵的用量比为1g：10-15mL：1g。进一步地，胶体悬浮液通过如下步骤制备：步骤S21、将碱木质素、乙酰氯和冰醋酸加入反应釜中，在密封状态下，设置温度为35-45℃、转速为200-300r/min，搅拌2h，反应结束后用旋转蒸发仪在30-40℃条件下减压蒸发，减压蒸发结束后得到固体，将得到的固体中用去离子水溶解，然后在1000r/min的转速下离心25-30min，去除上层清液，重复2-4次，离心结束后在50-70℃真空烘干至恒重，得到中间体d；减压蒸发可除去少量残留的乙酰氯，用去离子水离心可除去残留的冰醋酸；步骤S22、将中间体d和四氢呋喃按用量比1g：10-15mL混合，在室温下，设置转速为100-200r/min，边搅拌边加入去离子水，得到胶体悬浮液。去离子水作为沉淀剂，中间体d不溶于水，通过对碱木质素乙酰化改性后可以在四氢呋喃和水的混合溶液中形成胶体微球，碱木质素乙酰化改性后碱木质素分子内的亲水的酚羟基被乙酰化成疏水的酯基，中间体d与四氢呋喃之间的相互作用强于和水之间的相互作用，并且中间体d分子间的π-π作用和范德华力等疏水作用促进了胶体微球的产生；制得的悬浮液具有两亲性，提高了阻燃剂在聚氨酯塑料中的相容性。进一步地，步骤S21中的碱木质素、乙酰氯和冰醋酸的用量比为0.6-1g：2mL：8mL；步骤S22中四氢呋喃和去离子水的体积比为1：3；进一步地，助剂通过如下步骤制备：步骤S31：在四口烧瓶中加入质量分数20％聚乙烯吡咯烷酮溶液，用0.4mol/L的盐酸溶液调节pH值为3-4，设置温度为35℃、转速为200r/min，同时将0.2mol/L的氯化铝溶液以10mL/h的速度加入四口烧瓶中，搅拌结束后，将转速调节为500r/min，保持温度不变继续搅拌1h，得到中间体e；步骤S32、将木薯淀粉和氯化钠加入三口瓶中然后加入0.01mol/L的氢氧化钠溶液，在0-3℃的条件下加入三氯氧磷，在10min之内将三氯氧磷加完，加完后，将温度升为40℃反应4h，减压抽滤，得到的滤渣用二氯甲烷洗涤三遍，将洗涤后的滤渣和中间体e按质量比1：2混合后，加入1，2-二氯乙烷中，然后加入吐温80室温下搅拌20-30min，减压抽滤，保留滤渣得到助剂。中间体e中的氢氧化铝在燃烧过程中会吸热生成结晶水和氧化物，降低了塑料的温度，生成的氧化物会在材料表面生成一层致密的氧化物薄膜，达到阻隔氧气等助燃剂的作用；木薯淀粉在发生交联，可接枝到聚氨酯分子中，提高了中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，其特征在于，包括如下重量份原料：/n聚氧化丙烯二醇70-80份、甲苯二异氰酸酯80-90份、N，N-二甲基环己胺30-40份、二羟甲基丙酸7-9份、1，4-丁二醇10-20份、助剂30-50份和阻燃剂20-30份；/n该高阻燃聚氨酯塑料颗粒由如下步骤制备：/n第一步、在氮气保护下，将聚氧化丙烯二醇加入反应釜中，设置温度为70-80℃、转速为100-150r/min、边搅拌边加入甲苯二异氰酸酯和N，N-二甲基环己胺反应1-3h，加入二羟甲基丙酸反应30min，加入1，4-丁二醇反应1h，反应结束后降温至30℃，用质量分数40％的氢氧化钠溶液调节pH值为7-8，之后加入助剂继续搅拌20min，得到预混料；/n第二步、将预混料和阻燃剂加入混合机中加热升温170-180℃、混合搅拌，得到混合料；/n第三步、将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒得到一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，其特征在于，包括如下重量份原料：
聚氧化丙烯二醇70-80份、甲苯二异氰酸酯80-90份、N，N-二甲基环己胺30-40份、二羟甲基丙酸7-9份、1，4-丁二醇10-20份、助剂30-50份和阻燃剂20-30份；
该高阻燃聚氨酯塑料颗粒由如下步骤制备：
第一步、在氮气保护下，将聚氧化丙烯二醇加入反应釜中，设置温度为70-80℃、转速为100-150r/min、边搅拌边加入甲苯二异氰酸酯和N，N-二甲基环己胺反应1-3h，加入二羟甲基丙酸反应30min，加入1，4-丁二醇反应1h，反应结束后降温至30℃，用质量分数40％的氢氧化钠溶液调节pH值为7-8，之后加入助剂继续搅拌20min，得到预混料；
第二步、将预混料和阻燃剂加入混合机中加热升温170-180℃、混合搅拌，得到混合料；
第三步、将混合料置于双螺杆挤出机中，经过熔融、挤出、造粒得到一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒。


2.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，其特征在于，双螺杆挤出机一区到七区的温度为：双螺杆挤出机一区温度110-120℃、二区温度130-150℃、三区温度140-160℃、四区温度150-170℃、五区温度160-180℃、六区温度170-200℃、七区温度160-170℃；螺杆转速60-80r/min。


3.根据权利要求1所述的一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，其特征在于，阻燃剂通过如下步骤制备：
步骤S11、将胶体悬浮液加入反应釜，设置温度为65-75℃，然后加入三聚氰胺，搅拌10min，然后将温度升为85-95℃，加入质量分数40％的甲醛水溶液，保持温度不变，反应5-7h得到混合物a；
步骤S12、将混合物a加入反应釜，设置温度为在85-95℃，加入植酸和亚磷酸二甲酯，反应3-5h，反应结束后，减压抽滤，将得到的滤渣在70-80℃下干燥至恒重，研磨后过200目筛得到粉末b；
步骤S13、将碳纳米纤维素加入去离子水中，在室温条件下、设置转速为500-600r/min，搅拌6-10min，然后加入聚磷酸铵，继续搅拌7-9h，搅拌结束后减压抽滤，将得到的固体研磨后过200目筛，得到粉末c；
步骤S14、将粉末b和粉末c按质量比1：1-2混合后得到阻燃剂。


4.根据权利要求3所述的一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，其特征在于，步骤S11中胶体悬浮液、三聚氰胺和质量分数40％的甲醛水溶液的用量比为2mL：24-25g：2mL；步骤S13中碳纳米纤维素、去离子水和聚磷酸铵的用量比为1g：10-15mL：1g。


5.根据权利要求3所述的一种高阻燃聚氨酯塑料颗粒，其特征在于，胶体悬浮液通过如下步骤制备：
步骤S21、将碱木质素、乙酰氯和冰醋酸加入反应釜中，在密封状态下，设置温度为35-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖文革，张丽萍，王其献，
申请(专利权)人：界首市宏达塑业有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34