一种阻燃TPU复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃TPU复合材料及其制备方法，属于塑料加工领域。其是以三聚氰胺、苯基硼酸为原料制备三聚氰胺苯基硼酸盐，并与镁铝层状双金属氢氧化物进行复配，采用熔融共混、挤出成型的方法制备出一种阻燃TPU复合材料。所得阻燃TPU复合材料具有优异的力学性能、热稳定性以及阻燃性能，其在燃烧测试时可以实现表面迅速成碳，带有强抑烟效果，并且可以实现迅速离火自熄。现迅速离火自熄。现迅速离火自熄。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃TPU复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于塑料加工领域，具体涉及一种阻燃TPU复合材料及其制备方式。

技术介绍

[0002]热塑性聚氨酯弹性体（TPU，Thermoplastic polyurethane elastomer）是由聚醇、二异氰酸酯和扩链剂经固化造粒后成线性嵌段共聚物。其分子结构为线性或者只有一点微交联，具有一定分子量的柔性聚合物二元醇构成体系中的软段部分，赋予 TPU 优异的高弹性；二异氰酸酯和小分子扩链剂组成体系的硬段部分，提供 TPU 高强度。高分子主链由软段部分和硬段部分相嵌组成。在众多的聚氨酯材料种类当中，热塑性聚氨酯弹性体（TPU）在常温下展现传统橡胶的高弹性，高温下又具备普通塑料的可塑性，兼具塑料与橡胶的特性。TPU的生产效率高，其可以使用热塑性塑料的常用加工技术，如熔融共混挤出成型等，进行二次加工。并且热塑性聚氨酯弹性体（TPU）可回收再利用，生产成本低和环保，属于环境友好型高分子材料，符合绿色可持续发展的理念。TPU具有极高的耐磨性、耐低温性，良好的延展性、高强度和生物相容性等优异性能，如今在生物医学工程、建筑工程、国防军工等行业得到了广泛的应用。
[0003]但TPU有一个致命的使用缺陷，其氧指数通常只有18
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23%，燃烧时分解释放出 HCN、CO 等有毒气体，并且燃烧过程出现严重的熔滴现象，伴随着浓重的黑烟。其材料本身的易燃性需要被改善，才能使其被更方便地应用。需要通过阻燃方面功能化改性的方式来使得材料变得难燃。阻燃剂的加入可以使聚氨酯材料在燃烧的过程中更快的熄灭，减缓其中材料的自身分解，使得释放的易燃气体与有毒成分的释放量大大减少，其合理使用能降低火灾损失。
[0004]常用的阻燃元素有卤族元素、N、P、B、Al等，其中商用的阻燃剂以卤系阻燃剂为主。但卤系阻燃剂在高温时明火点燃会放出有毒气体和大量的烟雾，会对环境造成严重的污染。开发高效、无毒、环保的新型阻燃剂已成为阻燃剂领域发展的前进方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种阻燃TPU复合材料，其具有良好的阻燃效果以及加工性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种阻燃TPU复合材料，其所用原料按重量份数计包括：三聚氰胺苯基硼酸盐阻燃剂5
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10份，镁铝层状双金属氢氧化物5
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10份，TPU颗粒85
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90份。
[0007]其中，所述的三聚氰胺苯基硼酸盐阻燃剂，其制备包括以下步骤：在95℃下向500mL三颈烧瓶中加入200mL去离子水以及0.1mol三聚氰胺，搅拌10min至高度分散后，分批缓慢地加入0.11mol苯基硼酸，继续加速搅拌1.5 h至反应完全。反应物冷却至室温后过滤，滤饼用去离子水洗涤后放置真空干燥箱中于80℃烘4h，即得到三聚氰胺磷酸盐白色晶体。
[0008]所述的镁铝层状双金属氢氧化物，其制备包括以下步骤：采用共沉淀法制备铝镁层状双金属氢氧化物。步骤为：（1）分别称取0.02mol AlCl3·
6H2O和0.06mol MgCl2·
6H2O，加入至60mL去离子水中，在30℃磁力搅拌条件下至完全溶解；（2）称取0.02mol Na2CO3和0.12mol NaOH混合溶液，加入到60mL去离子水中，配制成混合溶液；（3）在60℃、保持磁力搅拌条件下缓慢向步骤（1）所制备的溶液中逐滴加入步骤（2）所配制的混合溶液，直至pH=13时停止滴加，然后继续搅拌0.5h（4）将溶液移至反应釜中，放置于60℃鼓风干燥箱中晶化16h；（5）将下层沉淀物经4次离心、干燥后即得镁铝层状双氢氧化物。
[0009]所述阻燃TPU复合材料的制备包括以下步骤：1）将三聚氰胺苯基硼酸盐以及镁铝层状双氢氧化物加入DMF中，超声30min，然后于85℃条件下缓慢加入TPU颗粒并使其溶解，反应2h；2）蒸发去除DMF后，经挤出造粒，制得所述阻燃TPU复合材料。
[0010]进一步的，所述挤出造粒中各区的温度均为160℃
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200℃，转速为400
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600r/min。
[0011]本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术采用环境友好的三聚氰胺、苯基硼酸为原料，制备了三聚氰胺苯基硼酸盐，并将其与铝镁层状双金属氢氧化物复配使用，制备的TPU复合材料具有健康环保的效益。
[0012]（2）本专利技术制备的三聚氰胺苯基硼酸盐，由于结构上含有丰富的N以及B元素，含N部分受热后会热分解，释放出不燃性的NH3以及N2等气体，起到稀释氧气以及可燃性气体浓度的作用；同时含B部分能够分解迁移到聚合物表面，起到催化成炭以及增强表面炭层的作用。并且由于结构上引入了苯环，提高了与TPU基体的相容性，克服了传统氮系阻燃剂在基体中容易团聚、与基体相容性不好的缺点，并且保持了较好的阻燃性能。
[0013]（3）本专利技术制备的三聚氰胺苯基硼酸盐，由于结构上具有亲无机材料的氮环结构与亲有机的苯环结构，故将其加入TPU基体与铝镁层状双氢氧化物复配时，可以作为阻燃剂与类偶联剂使用。其在增加与基体以及无机填料（铝镁层状双氢氧化物）的相容性的同时，自身特殊的丝状且两端有小球封边的结构使其可以在基体中充当交联点的作用，使应力分布均匀，从而使得复合材料的拉伸强度有所提高。三聚氰胺苯基硼酸盐与铝镁层状双金属氢氧化物复配使用形成的新协同阻燃体系，可克服TPU材料易燃且燃烧时容易产生烟气的缺点。该阻燃体系15%的TPU复合材料燃烧时，聚合物可以实现表面迅速成碳，没有燃烧现象；撤去火源之后可以实现迅速自熄，并有强抑烟效果；且其在显著提升TPU阻燃性能的同时，还最大程度保持了TPU原有的力学性能。
[0014]（4）本专利技术制备的铝镁层状双金属氢氧化物，可以分散在TPU基体中，起到一定的异相成核作用，从而改善TPU硬段的结晶性能，起到补强的作用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术制备的铝镁层状双金属氢氧化物SEM图。
[0016]图2为本专利技术制备的三聚氰胺苯基硼酸盐SEM图。
[0017]图3为本专利技术制备的三聚氰胺苯基硼酸盐FTIR图。
具体实施方式
[0018]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0019]一种三聚氰胺苯基硼酸盐阻燃剂的制备包括以下步骤：在95℃下向500ｍＬ三颈烧瓶中加入200mL去离子水以及0.1mol三聚氰胺，搅拌10min至高度分散后，分批缓慢地加入0.11mol苯基硼酸，继续加速搅拌1.5 h至反应完全。反应物冷却至室温后过滤，滤饼用去离子水洗涤后放置真空干燥箱中于80℃烘4h，即得到三聚氰胺磷酸盐白色晶体。
[0020]一种镁铝层状双氢氧化物的制备包括以下步骤：采用共沉淀法制备铝镁层状双金属氢氧化物。步骤为：（1）按照X=[n(Al3+)/n(Mg2+)]=1/3的摩尔比分别称取0.02mol本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃TPU复合材料，其特征在于：其所用原料按重量份数计包括：三聚氰胺苯基硼酸盐阻燃剂5
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10份，镁铝层状双金属氢氧化物5
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10份，TPU颗粒85
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90份。2. 根据权利要求1所述的阻燃TPU复合材料，其特征在于：三聚氰胺苯基硼酸盐阻燃剂的制备包括以下步骤：在95℃下向三颈烧瓶中加入200mL去离子水以及0.1 mol三聚氰胺，搅拌10min至高度分散后，分批缓慢地加入0.11 mol苯基硼酸，继续搅拌1.5 h至反应完全，反应物冷却至室温后过滤，滤饼用去离子水洗涤后放置真空干燥箱中于80℃烘4h，即得到三聚氰胺磷酸盐白色晶体。3.根据权利要求1所述的阻燃TPU复合材料，其特征在于：镁铝层状双金属氢氧化物的制备包括以下步骤：（1）分别称取0.02mol AlCl3·
6H2O和0.06mol MgCl2·
6H2O，加入至60mL去离子水中，在30℃磁力搅拌条件下至...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉婴，蔡清树，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：