本发明专利技术涉及含磷阻燃共聚型水性聚氨酯及其制备方法，属于阻燃聚氨酯技术领域。本发明专利技术解决的技术问题是提供一种含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法。该方法包括：在保护气氛下将阻燃单体和二异氰酸酯反应，得到物料A；低聚二元醇、亲水性扩链剂、催化剂和物料A混合，升温反应，然后加入低沸点溶剂和小分子二元醇扩链剂，继续反应，中和，即得。本发明专利技术方法，解决了外加阻燃剂产生的材料阻燃性能和力学性能矛盾的问题，所得材料阻燃效率强，可实现在低磷含量下的高效阻燃，且燃烧毒性低、制备方法工艺成熟、操作简便、易于控制和工业化，所制备的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯可用于汽车，轮船，高级宾馆内部装饰涂料和胶粘剂等领域。高级宾馆内部装饰涂料和胶粘剂等领域。高级宾馆内部装饰涂料和胶粘剂等领域。
【技术实现步骤摘要】
含磷阻燃共聚型水性聚氨酯及其制备方法
[0001]本专利技术涉及含磷阻燃共聚型水性聚氨酯及其制备方法，属于阻燃聚氨酯
技术介绍
[0002]聚氨酯材料是由碳
‑
碳键为主要基本结构组成的有机高分子聚合物，属于可燃物质。聚氨酯材料是一种非常重要的高分子材料，用聚氨酯材料生产的各类产品与制品，在人们的社会活动中随处可见。但是，高分子材料的本质特性决定了它具有一定的易燃性，由于它们处在各种各样的环境中，引发火灾的几率较高。为了防止聚氨酯材料在应用中会带来火灾事故的安全隐患，各行各业都出台了相应的标准和规定对聚氨酯材料的阻燃性进行限制。聚氨酯在生产中使用的许多原料助剂，如有机溶剂及其配置的涂料、脱模剂等，因闪点、着火点较低，都存在不同程度的燃烧隐患；同时由于聚氨酯材料的燃烧以及伴随燃烧产生的烟雾毒性，已经成为消防安全密切关注的重点之一。因此，对聚氨酯材料进行阻燃方面的改性是必要的，也是其进一步发展的必经之路，所以理所当然成为了当前的研究热点。
[0003]目前，使用添加型阻燃剂法是提高聚氨酯阻燃性应用最广泛的阻燃方法。添加型阻燃水性聚氨酯是将阻燃剂通过物理添加的方式加入到水性聚氨酯材料中，阻燃剂与水性聚氨酯不发生化学反应，二者完全混合均匀即可发挥阻燃功效。具有加工简单、操作方便等优点，目前在市场上得到广泛应用。在聚氨酯合成过程中，添加有阻燃作用的有机阻燃剂和无机阻燃剂，前者多以含磷、溴、氯、锑、硼等阻燃元素化合物为主，后者常用的有机磷酸铵、氢氧化铝等无机化合物。这些添加型阻燃剂虽然具有优异的阻燃效果，但依然存在很多缺陷。一方面添加含卤素的有机阻燃剂不仅容易从基材中迁出，在燃烧时还会产生有毒气体；另一方面，通过物理共混的方法向聚氨酯基体中引入无机阻燃剂虽然可以有效地提升所得材料的阻燃性能，但因要达到相应阻燃的要求，需要添加的无机阻燃剂量较大，无机阻燃剂在聚氨酯中的分散性和界面相容性较差，且大量阻燃剂的引入会严重破坏材料的力学性能和材料的正常使用。申请号为201911289776.9的中国专利技术专利申请，公开了一种阻燃聚氨酯软泡塑料及其制备方法，通过制备C
60
/瓜尔胶分散液和MoS2/海藻酸钠分散液，采用层层组装法分别将MoS2纳米片和C
60
沉积在聚氨酯软泡基体的表面，以发挥两者的协同阻燃作用，但却无法解决材料阻燃性能和力学性能矛盾的问题。申请号为202011509590.2的中国专利技术专利申请，公开了一种添加型可交联阻燃剂及其制备方法，其实验条件温和，溶剂毒害性相对较小，易于实现工业化生产，但却无法实现材料高效阻燃。
[0004]文献《有机磷阻燃剂改性水性聚氨酯的制备》(徐根华,项尚林,吴新上等.有机磷阻燃剂改性水性聚氨酯的制备[J].中国胶粘剂,2014,23(5):4)一文公开了以聚乙二酸
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1,4
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丁二醇酯二醇(PBA)、2,2
‑
二羟甲基丙酸(DMPA)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)和有机磷阻燃剂10
‑
(2,5
‑
二羟基苯基)
‑
10氢
‑
9氧杂
‑
10膦杂菲
‑
10
‑
氧化物(DOPO)等为原料，采用逐步聚合法，合成了阻燃型水性聚氨酯(WPU)。该方法能够得到阻燃聚氨酯，但其阻燃性能和力学性能均有待提高。
技术实现思路
[0005]针对以上缺陷，本专利技术解决的技术问题是提供一种含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，由此制得的聚氨酯，具有较好的阻燃性能和较高的力学性能。
[0006]本专利技术含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：
[0007]1)在保护气氛下将阻燃单体和二异氰酸酯混合，50～80℃反应1～3h，得到物料A；
[0008]2)将低聚二元醇、亲水性扩链剂、催化剂和物料A混合，保护气氛下升温至80～100℃反应3～4h；
[0009]3)步骤2)反应结束后，将反应体系温度降至50～60℃，加入低沸点溶剂降低反应体系粘度，加入小分子二元醇扩链剂，继续保温反应1～2h，随后加入中和剂中和，得到含磷阻燃共聚型水性聚氨酯；
[0010]其中，以含磷阻燃共聚型水性聚氨酯重量为100％计，阻燃单体重量为0.01～10％；且所述阻燃单体为以下结构式中的至少一种：
[0011]阻燃单体Ⅰ：
[0012]阻燃单体Ⅱ：
[0013]阻燃单体Ⅲ：
[0014]阻燃单体Ⅳ：
[0015]阻燃单体
Ⅴ
：
[0016]在本专利技术的一个具体实施方式中，还包括步骤4)，所述步骤4)为：将步骤3)所得的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯与水混合乳化，得到含磷阻燃共聚型水性聚氨酯分散液，将所述含磷阻燃共聚型水性聚氨酯分散液中的溶剂蒸发，得到固含量为30～60％的磷阻燃共聚
型水性聚氨酯分散液；所述乳化采用高速乳化剂，转速为2000～6000rpm，乳化时间为5～10min。
[0017]在一个优选的实施方式中，所述阻燃单体重量为1～10％。在更优选的实施方式中，阻燃单体重量为5～10％。
[0018]在一个具体实施方式中，步骤2)中，
‑
NCO基团与
‑
OH基团的摩尔比为1.0～2.5:1.0。
[0019]在一个优选的实施方式中，按重量比，二异氰酸酯:含磷阻燃单体:低聚物二元醇:亲水性扩链剂:催化剂:小分子二元醇扩链剂:中和剂:含磷阻燃共聚型水性聚氨酯＝10～40:0.01～10:40～60:1～9:0.01～0.1:1～5:1～7:100。
[0020]在一个具体实施方式中，所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1,5
‑
萘二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4
‑
环己烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、3,3
‑
二甲基
‑
4,4
‑
联苯二异氰酸酯中的至少一种。
[0021]在一些具体的实施方式中，所述低聚二元醇为聚碳酸酯二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯二醇、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸己二醇酯、聚丙二醇中的至少一种。
[0022]在一些具体的实施方式中，亲水性扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、1,2
‑
丙二醇
‑3‑
磺酸钠、1,4
‑
丁二醇
‑2‑
磺酸钠中的至少一种。
[0023]在一些具体的实施方式中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二丁基氧化锡、二氯二丁基锡、二硫醇二辛基锡、异辛酸钾中的至少一种。
[0024]在一些具体的实施方式中，所述小分子二元醇扩链剂为乙二醇、一缩二乙二醇、1,2
‑
丙二醇、1,4
‑
丁二醇、1,5
‑
戊二醇、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在保护气氛下将阻燃单体和二异氰酸酯混合，50～80℃反应1～3h，得到物料A；2)将低聚二元醇、亲水性扩链剂、催化剂和物料A混合，保护气氛下升温至80～100℃反应3～4h；3)步骤2)反应结束后，将反应体系温度降至50～60℃，加入低沸点溶剂降低反应体系粘度，加入小分子二元醇扩链剂，继续保温反应1～2h，随后加入中和剂中和，得到含磷阻燃共聚型水性聚氨酯；其中，以含磷阻燃共聚型水性聚氨酯重量为100％计，阻燃单体重量为0.01～10％；且所述阻燃单体为以下结构式中的至少一种：阻燃单体Ⅰ：阻燃单体Ⅱ：阻燃单体Ⅲ：阻燃单体Ⅳ：阻燃单体
Ⅴ
：2.根据权利要求1所述的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：还包括步骤4)，所述步骤4)为：将步骤3)所得的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯与水混合乳化，得到含磷阻燃共聚型水性聚氨酯分散液，将所述含磷阻燃共聚型水性聚氨酯分散液中的溶剂蒸发，得到固含量为30～60％的磷阻燃共聚型水性聚氨酯分散液；所述乳化采用高速乳化剂，转速为2000～6000rpm，乳化时间为5～10min。3.根据权利要求1所述的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：阻燃单
体重量为1～10％；优选阻燃单体重量为5～10％。4.根据权利要求1所述的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：步骤2)中，
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NCO基团与
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OH基团的摩尔比为1.0～2.5:1.0。5.根据权利要求1所述的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：按重量比，二异氰酸酯:阻燃单体:低聚物二元醇:亲水性扩链剂:催化剂:小分子二元醇扩链剂:中和剂:含磷阻燃共聚型水性聚氨酯＝10～40:0.01～10:40～60:1～9:0.01～0.1:1～5:1～7:100。6.根据权利要求1所述的含磷阻燃共聚型水性聚氨酯的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1,5
【专利技术属性】
技术研发人员：蒲泽军，朱容丽，邹良松，席乐，杨彤，庞佳宏，钟家春，
申请(专利权)人：四川轻化工大学，
类型：发明
国别省市：
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