一种生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法，该生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料包括聚酯多元醇和二异氰酸酯，聚酯多元醇是通过生物基小分子二元醇、生物基小分子饱和二元酸、生物基小分子不饱和二元酸、DOPO和/或DOPO的衍生物进行反应制备得到。本发明专利技术的热塑性聚氨酯弹性体相比常规的石油基阻燃聚氨酯弹性体而言，具有高含量的生物基原料，同时无需添加高比例的无机或有机的阻燃添加剂，既保持生物可降解性能同时具有较高的物理机械性能。物理机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法


[0001]本专利技术属于热塑性聚氨酯弹性体
，具体涉及一种生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。

技术介绍

[0002]生物基材料相比传统材料有效减少了生产过程中的碳排放，同时生物材料废弃时可经燃烧或堆肥等生物降解法，转变为水和二氧化碳等无毒小分子，重新进入自然循环中，维持整个生态平衡，无需担心环境污染。长期看，生物基产业与传统高耗能、高排放石化行业的新旧动能转换将是个大趋势。
[0003]已有专利中涉及生物基热塑性聚氨酯弹性体的报道，如：
[0004]中国专利CN114044875A公开了一种热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法和应用，其公开 2,5
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呋喃二甲酸与生物基1,2
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乙二醇、1,3
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丙二醇和1,4
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丁二醇制备生物基多元醇以及生物基聚乳酸二醇等为原料，添加适量的姜黄素，制备可光降解的可光降解的热塑性聚氨酯弹性体。然而该材料存在过量刚性结构，使得材料加工可操作性偏差，且该热塑性聚氨酯弹性体不具阻燃性，应用受限。
[0005]中国专利CN113121786B公开了一种生物基无定型多元聚酯为软段的聚氨酯弹性体及其制备方法，其通过软段是由至少四种生物基二元醇和二元酸反应得到的羟基封端的无定形态聚酯与硬段包括异氰酸酯和小分子多元醇扩链剂相结合制备得到机械性能好、耐油、抗磨性能优越的热塑性聚氨酯弹性体，同时解决了低温柔顺性差，弹性差的缺点。该类产品表现良好的常规性能，但是缺少阻燃性。
[0006]也有一些专利中涉及具有阻燃性能的生物基热塑性聚氨酯树脂，但通常都采用添加较高比例的阻燃剂的方式使得生物基热塑性聚氨酯树脂具有阻燃性，然而这种方式会损坏聚氨酯弹性体的如机械性能等其他性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足提供一种在保持生物可降解性的同时具有阻燃性和较高的物理机械性能的生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体及其制备方法。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其原料包括聚酯多元醇和二异氰酸酯，所述聚酯多元醇是通过生物基小分子二元醇、生物基小分子饱和二元酸、生物基小分子不饱和二元酸、 DOPO和/或DOPO的衍生物进行反应制备得到。
[0010]本专利技术中，所述DOPO是指9，10
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二氢
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氧杂
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10
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磷杂菲
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10
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氧化物，所述DOPO的衍生物是指含有P
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H键的DOPO的衍生物。
[0011]本专利技术中，所述生物基小分子不饱和二元酸中的碳碳双键与两个羧酸根形成超共轭体系，烯碳上的π电子云密度降低，有利于亲核体接近烯碳原子，而所述DOPO或DOPO的衍
生物具有磷杂环结构，P原子具有孤对电子，易与不饱和二元酸上的碳碳双键发生亲核加成反应，从而将DOPO基团嫁接到生物基聚酯多元醇的主链上。
[0012]根据本专利技术的一些实施方面，所述生物基小分子不饱和二元酸的质量占所述聚酯多元醇的总质量的1～20wt％。优选地，所述生物基小分子不饱和二元酸的质量占所述聚酯多元醇的总质量的2～20wt％。
[0013]根据本专利技术的一些实施方面，所述DOPO和/或DOPO的衍生物的质量占所述聚酯多元醇的总质量的2～30wt％。优选地，所述DOPO和/或DOPO的衍生物的质量占所述聚酯多元醇的总质量的3～15wt％。
[0014]进一步地，所述生物基小分子不饱和二元酸为富马酸、衣康酸、马来酸中的一种或多种的组合。
[0015]进一步地，所述生物基小分子二元醇为生物基1，2
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乙二醇、生物基1，3
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丙二醇、生物基1，4
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丁二醇、生物基1，5
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戊二醇、生物基1，6
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己二醇、生物基1，10
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癸二醇、生物基二乙二醇、生物基一缩二丙二醇、生物基异山梨醇中的一种或多种的组合。
[0016]进一步地，所述生物基小分子饱和二元酸为生物基丁二酸、生物基己二酸、生物基戊二酸、生物基1,9
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壬烷二甲酸、生物基癸二酸、2,5
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呋喃二甲酸、生物基十二烷基二元酸中的一种或多种的组合。
[0017]本专利技术的所述聚酯多元醇采用行业公知聚酯多元醇合成工艺制备得到，要求所述聚酯多元醇的数均分子量为500～6000g/mol，优选数均分子量为800～4500g/mol；所述聚酯多元醇的羟值为18至140mg KOH/g，优选28至115mg KOH/g；所述聚酯多元醇的酸值为1mg KOH/g 以下，优选为0.5mg KOH/g以下。所述聚酯多元醇的水分含量为300ppm以下，优选为200ppm 以下。制备所述聚酯多元醇时，添加的催化剂的用量为300ppm以下，优选为200ppm以下。
[0018]所述聚酯多元醇中，生物基含量为50wt％以上，优选地，所述生物基含量为60wt％以上。此处所述生物基含量是指生物来源的组分占所述聚酯多元醇总质量的百分数。
[0019]根据本专利技术的一些实施方面，所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料还包括扩链剂。
[0020]进一步地，按质量百分含量计，所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料包括 40～90wt％所述聚酯多元醇、5～45wt％所述二异氰酸酯和0～20wt％扩链剂。
[0021]优选地，按质量百分含量计，所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料包括45～80wt％所述聚酯多元醇、7～40wt％所述二异氰酸酯和2～15％扩链剂。
[0022]进一步地，所述扩链剂为生物基扩链剂。在一些实施方式中，所述扩链剂为生物基1， 2
‑
乙二醇、生物基1，3
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丙二醇、生物基1，4
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丁二醇、生物基1，5
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戊二醇中的一种或多种的组合。
[0023]在一些实施方式中，所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料还包括添加量为所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料总质量的0～0.1wt％的催化剂。优选地，所述催化剂的用量为0.001～0.1wt％。更优选地，所述催化剂的添加量为0.005～0.05％。
[0024]进一步地，所述催化剂优选为锡环保型催化剂。
[0025]在一些实施方式中，所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料还包括添加量为所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料总质量的0～15wt％的辅助阻燃剂。优选地，所
述辅助阻燃剂的添加量为1.5～10wt％。更优选地，所述辅助阻燃剂的添加量为1.5～7wt％。
[0026]进一步地，所述辅助阻燃剂包括但不限于三聚氰胺氰脲酸盐、磷酸三(2
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其原料包括聚酯多元醇和二异氰酸酯，其特征在于：所述聚酯多元醇是通过生物基小分子二元醇、生物基小分子饱和二元酸、生物基小分子不饱和二元酸、DOPO和/或DOPO的衍生物进行反应制备得到。2.根据权利要求1所述的生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述生物基小分子不饱和二元酸的质量占所述聚酯多元醇的总质量的1～20wt％；和/或，所述DOPO和/或DOPO的衍生物的质量占所述聚酯多元醇的总质量的2～30wt％。3.根据权利要求1或2所述的生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述生物基小分子不饱和二元酸为富马酸、衣康酸、马来酸中的一种或多种的组合；和/或，所述生物基小分子二元醇为生物基1，2
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乙二醇、生物基1，3
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丙二醇、生物基1，4
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丁二醇、生物基1，5
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戊二醇、生物基1，6
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己二醇、生物基1，10
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癸二醇、生物基二乙二醇、生物基一缩二丙二醇、生物基异山梨醇中的一种或多种的组合；和/或，所述生物基小分子饱和二元酸为生物基丁二酸、生物基己二酸、生物基戊二酸、生物基1,9
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壬烷二甲酸、生物基癸二酸、2,5
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呋喃二甲酸、生物基十二烷基二元酸中的一种或多种的组合。4.根据权利要求1所述的生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：所述聚酯多元醇的数均分子量为500～6000g/mol。5.根据权利要求1所述的生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体，其特征在于：按质量百分含量计，所述生物基阻燃热塑性聚氨酯弹性体的原料包括40～90wt％所述聚酯多元...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁仁能，陈传金，江平，
申请(专利权)人：旭川化学苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：