一种阻燃软质聚氨酯材料及其制备方法技术

本案涉及一种阻燃软质聚氨酯材料及其制备方法，是由包括如下重量份的原料制成：100份多元醇组合物、40～100份多异氰酸酯、0.5～1.5份催化剂、5～20份有机硅表面活性剂、1～5份添加型阻燃剂、1～5份水；其中，所述有机硅表面活性剂的结构式为所述添加型阻燃剂为层状双金属氢氧化物。本发明专利技术提供的软质聚氨酯材料采用改性的有机硅表面活性剂结合无机层状双金属氢氧化物，有效提高了聚氨酯材料的极限氧指数，改善了材料的成炭性能，提高了残炭率；同时，添加型阻燃剂的用量适中，在有机硅表面活性剂的协同作用下，使得材料的力学性能保持良好。得材料的力学性能保持良好。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃软质聚氨酯材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚氨酯合成领域，具体为一种阻燃软质聚氨酯材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯作为一种应用最为广泛的化学制品之一，可见于建筑、交通、家具、服装、医疗等众多产业领域。聚氨酯分子主链中含有氨基甲酸酯链节，因而具备优异的耐候性、弹性，良好的物理力学性能。随着人类社会的快速发展，人们对材料的性能如阻燃性、抗污性、保温性等有了更高的要求。未经阻燃处理的聚氨酯材料极限氧指数较低，在空气中及其被点燃而迅速燃烧，燃烧过程更是会产生有毒烟雾。
[0003]然而目前，聚氨酯阻燃主要还是以添加阻燃剂的方式来实现，这种方式达到的阻燃性能会随着时间的延长而逐渐降低，并且部分阻燃剂通常是一些小分子液体物质与聚氨酯合成过程中的各组分之间相容性差，导致成品易向外释放有害的有机物质，易对人体造成潜在伤害。无机类阻燃剂例如金属氧化物/氢氧化物具有廉价易得，低烟、无毒等优点；但是金属氢氧化物类的阻燃剂普遍存在阻燃效率低的问题，添加量少了则达不到阻燃的效果，添加量过多导致分散不均，相容性差进而影响材料的力学性能。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足之处，本专利技术提供一种阻燃软质聚氨酯材料的原料组成，其中阻燃成分包括无机金属氢氧化物以及阻燃性的有机硅表面活性剂，二者配合使用可有效解决无机阻燃剂效率低的问题，提高相容性，在保持良好的力学性能的前提下提高阻燃性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种阻燃软质聚氨酯材料，是由包括如下重量份的原料制成：
[0007][0008]其中，所述有机硅表面活性剂的结构式为
所述添加型阻燃剂为层状双金属氢氧化物。
[0009]进一步地，所述多元醇组合物选自聚四氢呋喃多元醇、聚氧化丙烯多元醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的至少两种以及聚碳酸酯多元醇、聚己二酸
‑
1,4
‑
丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己内酯二醇中的一种或多种。
[0010]进一步地，所述多异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯和/或多次甲基多苯基二异氰酸酯；所述催化剂为有机胺类催化剂和/或有机锡类催化剂。
[0011]进一步地，所述有机硅表面活性剂的制备过程如下：
[0012]步骤一、分别制得三硫代酯RAFT试剂、反应型含磷阻燃剂和2
‑
亚甲基
‑4‑
乙烯基
‑
1,3
‑
二氧环戊烷；
[0013]步骤二、在反应瓶中加入步骤一的三种化合物，通入氮气置换出体系中的氧气，加入无水无氧DMF搅拌使化合物溶解，将引发剂溶解在无水无氧的DMF中之后注入到反应瓶里，在氮气保护下搅拌反应48h；
[0014]步骤三、反应完成后的产物加三氯甲烷稀释溶解，之后于冰的无水乙醚中析出沉淀，过滤出沉淀真空干燥，得到大分子聚合物；
[0015]步骤四、将大分子聚合物与N,N
‑
二丁基
‑2‑
巯基乙胺进行迈克尔加成反应，在大分子聚合物中引入胺基，之后与γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷经季铵化反应制得阻燃性有机硅表面活性剂。
[0016]进一步地，所述三硫代酯RAFT试剂的结构式为
[0017][0018]进一步地，所述反应型含磷阻燃剂的结构式为是由一氯磷酸二苯酯与丙烯酸羟乙酯氯取代反应制得。
[0019]进一步地，所述步骤二中三种化合物三硫代酯RAFT试剂、反应型含磷阻燃剂和2
‑
亚甲基
‑4‑
乙烯基
‑
1,3
‑
二氧环戊烷之间的摩尔比为1:10～40:90～60；所述引发剂为偶氮类引发剂，其与三硫代酯RAFT试剂的摩尔比为1:0.2。
[0020]进一步地，所述步骤四的具体制备过程如下：将1份大分子聚合物溶于DMF中，加入2份N,N
‑
二丁基
‑2‑
巯基乙胺，催化量的EtONa，于50℃搅拌反应过夜；升温至110℃，向反应液中滴加1.8份γ
‑
氯丙基三甲氧基硅烷，恒温搅拌36h，反应完成后冷却至室温，于冰的无
水乙醚中析出沉淀，干燥即得。
[0021]进一步地，所述层状双金属氢氧化物为Mg
‑
Al金属氢氧化物，采用共沉淀法制得。
[0022]本专利技术进一步提供一种如上所述的阻燃软质聚氨酯材料的制备方法，按照配方称取原料，在水中加入少量有机硅表面活性剂，搅拌均匀后加入全部的添加型阻燃剂混合均匀，之后加入除多异氰酸酯之外的所有原料预先混合均匀，之后再加入多异氰酸酯快速搅拌，然后倒入模具中进行发泡，于80℃下加热24h。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供软质聚氨酯材料采用改性的有机硅表面活性剂结合无机层状双金属氢氧化物，有效提高了聚氨酯材料的极限氧指数，改善了材料的成炭性能，提高了残炭率；同时，添加型阻燃剂的用量适中，在有机硅表面活性剂的协同作用下，使得材料的力学性能保持良好。
具体实施方式
[0024]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0026]实施例：阻燃软质聚氨酯材料的制备工艺
[0027]按照配方称取原料，100份多元醇组合物、40～100份多异氰酸酯、0.5～1.5份催化剂、5～20份有机硅表面活性剂、1～5份添加型阻燃剂、1～5份水。首先在水中加入少量有机硅表面活性剂，搅拌均匀后加入全部的添加型阻燃剂混合均匀，之后加入除多异氰酸酯之外的所有原料预先混合均匀，之后再加入多异氰酸酯快速搅拌，然后倒入模具中进行发泡，于80℃下加热24h。
[0028]上述方案中有机硅表面活性剂的制备方法如下：
[0029]步骤一、首先分别制得三硫代酯RAFT试剂、反应型含磷阻燃剂和2
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亚甲基
‑4‑
乙烯基
‑
1,3
‑
二氧环戊烷；
[0030]RAFT试剂参考硕士论文“连续RAFT聚合物合成亲水性/两亲性聚合物”合成。
[0031][0032]反应型含磷阻燃剂：
[0033]将0.1mol一氯磷酸二苯酯溶于70ml DMF中，通入氮气，并置于
‑
5℃冰水浴中，将0.3mol三乙胺和0.1mol丙烯酸羟乙酯分别溶于20ml DMF中，先将三乙胺溶液滴加到反应体系中，搅拌30min，之后将丙烯酸羟乙酯溶液滴加到反应体系中，滴加完成后继续搅拌12h，过滤，取滤液减压蒸馏以去除溶剂和三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃软质聚氨酯材料，其特征在于，是由包括如下重量份的原料制成：其中，所述有机硅表面活性剂的结构式为所述添加型阻燃剂为层状双金属氢氧化物。2.如权利要求1所述的阻燃软质聚氨酯材料，其特征在于，所述多元醇组合物选自聚四氢呋喃多元醇、聚氧化丙烯多元醇、聚丙二醇、聚乙二醇中的至少两种以及聚碳酸酯多元醇、聚己二酸
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1,4
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丁二醇酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己内酯二醇中的一种或多种。3.如权利要求1所述的阻燃软质聚氨酯材料，其特征在于，所述多异氰酸酯为二苯甲烷二异氰酸酯和/或多次甲基多苯基二异氰酸酯；所述催化剂为有机胺类催化剂和/或有机锡类催化剂。4.如权利要求1所述的阻燃软质聚氨酯材料，其特征在于，所述有机硅表面活性剂的制备过程如下：步骤一、分别制得三硫代酯RAFT试剂、反应型含磷阻燃剂和2
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亚甲基
‑4‑
乙烯基
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1,3
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二氧环戊烷；步骤二、在反应瓶中加入步骤一的三种化合物，通入氮气置换出体系中的氧气，加入无水无氧DMF搅拌使化合物溶解，将引发剂溶解在无水无氧的DMF中之后注入到反应瓶里，在氮气保护下搅拌反应48h；步骤三、反应完成后的产物加三氯甲烷稀释溶解，之后于冰的无水乙醚中析出沉淀，过滤出沉淀真空干燥，得到大分子聚合物；步骤四、将大分子聚合物与N,N
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二丁基
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巯基乙胺进行迈克尔加成反应，在大分子聚合物中引入胺基，之后与γ
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氯丙基三甲氧基硅烷经季铵化反应制得阻燃性有机硅表面活性剂。5.如权利要求4所述的阻燃软质聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：束影，周培，陈浩强，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：