一种本征阻燃聚脲材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种本征阻燃聚脲及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种本征阻燃聚脲材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚脲材料
，进一步地说，是涉及一种本征阻燃聚脲材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]聚脲是由异氰酸酯组分与氨基化合物反应生成的一类化合物
。
异氰酸酯组分可以是单体
、
聚合物
、
异氰酸酯的衍生物
、
预聚物和半预聚物
。
聚脲为一种含有大量的高极性聚脲基团
、
氢键的致密弹性体物质，具有防腐
、
防水
、
耐磨等特性，因此在防水
、
防腐
、
防冲磨和表面装饰等领域具有广泛的应用
。
但随着聚脲应用不断扩大，其缺陷也越来越多地暴露出来，聚脲材料本身是一种易燃的高聚物，不进行阻燃设计的话其氧指数
(LOL)
仅有
16
％～
18
％，暴露在明火条件下极易燃烧，而且聚脲材料燃烧极易产生融滴，因而对于具有阻燃性能聚脲的需求也越来越迫切
。
[0003]随着环保法规的日益完善和人们环境安全意识的增强，传统的添加型卤系阻燃剂的使用已经开始收到法规的限制，阻燃剂的发展方向必然是无卤阻燃
。
[0004]在无卤阻燃剂中，磷系阻燃剂具有其阻燃效率高
、
添加量少的优点，但由于磷系阻燃剂与材料相容性不好，且易迁移
、
水解，造成随时间延长而阻燃效率下降，且大量添加阻燃剂容易破坏材料的机械性能，断裂伸长率大幅下降，限制了添加型磷系阻燃剂的广泛应用
。
[0005]有机硅系阻燃剂具有良好的热稳定性，抗融滴性，环境友好性的优点，但主要在凝聚相阻燃中发挥作用
。
[0006]现有技术中常规的添加型阻燃剂会对聚脲的力学
、
光学性能造成影响，而且添加型阻燃剂会发生迁移析出，从而影响材料的阻燃性，因此需要研发一种非添加型而分子结构阻燃的聚脲材料，将阻燃剂结合进入聚脲的分子结构中，形成一种聚脲
、
含磷聚硅氧烷杂化网络，通过反应将磷系阻燃剂固定在聚脲分子结构中，克服其迁移
、
水解造成阻燃效率下降等缺点，同时解决由于添加带来的聚脲力学性能下降的问题
。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种本征阻燃聚脲及其制备方法
。
[0008]本专利技术采用氨基与羟基
(
或羟基
)
封端的含硅，磷阻燃链段结构作为聚脲的主链嵌段到聚脲材料中
。
该方法可以确保阻燃链段结构嵌入聚脲的主链结构中，克服了常规的添加型阻燃剂会对聚脲的力学
、
光学性能造成影响，而且添加型阻燃剂会发生迁移析出，影响材料的阻燃性等技术问题，同时该聚脲中含有硅
、
磷
、
氮阻燃元素，可发生协同阻燃效应，阻燃效果好，且不会对环境造成污染
。
[0009]本专利技术将聚硅氧烷结合在聚脲分子结构，利用硅系阻燃剂良好的抗融滴效果解决聚脲燃烧产生大量融滴所引起火灾急速蔓延的问题，同时利用聚硅氧烷柔性主链解决添加
阻燃剂带来聚脲断裂伸长率大幅下降的问题
。
[0010]磷
‑
硅联用产生协同阻燃效果，含磷化合物或基团热分解时产生高黏度的聚磷酸，而含硅阻燃剂则具有较低的表面能，高温熔融状态下可迁移到基材表面，可协同聚磷酸形成黏度更大的的无机炭层，阻隔物质交换以及热交换，表现出优异的阻燃性能
。
[0011]本专利技术提供的阻燃型聚脲较传统的聚脲具有更优秀的阻燃性能，在保持聚脲优异的附着性，优异的耐水性
、
耐化学腐蚀和耐老化性能，优异的力学性能的同时解决了聚脲材料易燃烧，易融滴的问题，极大地拓展了聚脲材料的应用
。
[0012]本专利技术的目的之一是提供一种本征阻燃聚脲材料
。
[0013]所述本征阻燃聚脲材料由包括
A
组分和
B
组分的原料反应制得；
[0014]所述
A
组分由包括多异氰酸酯
、
带有活性羟基的含磷聚硅氧烷
、
聚醚多元醇和催化剂
A、
或者包括多异氰酸酯和聚醚多元醇在内的原料制备而成；
[0015]所述
B
组分由包括带有活性氨基的含磷聚硅氧烷
、
聚醚多元胺和胺类扩链剂
、
或者包括聚醚多元胺和胺类扩链剂在内的原料制备而成；
[0016]所述原料中包括带有活性羟基的含磷聚硅氧烷
、
带有活性氨基的含磷聚硅氧烷中的至少一种；
[0017]A
组分和
B
组分的质量比为1：
(0.3
～
1.5)
；优选为1：
(0.5
～
1.2)。
[0018]其中
A
组分中在有带有活性羟基的含磷聚硅氧烷时需要添加催化剂
A。
[0019]本专利技术的一种优选的实施方式中，
[0020]所述带有活性羟基的含磷聚硅氧烷的结构为：
[0021][0022]其中结构式
(Ⅱ)
优选为
[0023][0024]其中
X1、X2分别独立地选自羟基或与烷基相连的羟基；烷基优选碳原子数为1～4；
[0025]R1～
R7分别独立地选自
C1～
C6的烷基
、C1～
C6的烷氧基
、C6～
C
10
的芳基
、N,O,S
杂原子取代的
C1～
C6的烷基
、N,O,S
杂原子取代的
C1～
C6的烷氧基
、N,O,S
杂原子取代的
C6～
C
10
的芳基中的一种；优选为甲基
、
乙基
、
苯基
、
异丙基
、
丙基
、
丁基中的一种；重复的
R3相同或不同；重复的
R4相同或不同；重复的
R5相同或不同；
[0026]A
为含磷结构，重复的
A
可以相同或者不同；
[0027]所述含磷结构
A
为：
[0028]‑
Y1‑
M
，
[0029]其中
Y1为醚基
、C1～
C7烷基链
、C1～
C7烷氧基链
、N,O
杂原子取代的
C1～
C7烷基链
、N,O
杂原子取代的
C1～
C7烷氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种本征阻燃聚脲材料，其特征在于：所述本征阻燃聚脲材料由包括
A
组分和
B
组分的原料反应制得；所述
A
组分由包括多异氰酸酯
、
带有活性羟基的含磷聚硅氧烷
、
聚醚多元醇和催化剂
A、
或者包括多异氰酸酯和聚醚多元醇在内的原料制备而成；所述
B
组分由包括带有活性氨基的含磷聚硅氧烷
、
聚醚多元胺和胺类扩链剂
、
或者包括聚醚多元胺和胺类扩链剂在内的原料制备而成；所述原料中包括带有活性羟基的含磷聚硅氧烷
、
带有活性氨基的含磷聚硅氧烷中的至少一种；
A
组分和
B
组分的质量比为1：
(0.3
～
1.5)
；优选为1：
(0.5
～
1.2)。2.
如权利要求1所述的本征阻燃聚脲材料，其特征在于：所述带有活性羟基的含磷聚硅氧烷的结构为：其中
X1、X2分别独立地选自羟基或与烷基相连的羟基；烷基优选碳原子数为1～4；
R1～
R7分别独立地选自
C1～
C6的烷基
、C1～
C6的烷氧基
、C6～
C
10
的芳基
、N,O,S
杂原子取代的
C1～
C6的烷基
、N,O,S
杂原子取代的
C1～
C6的烷氧基
、N,O,S
杂原子取代的
C6～
C
10
的芳基中的一种；优选为甲基
、
乙基
、
苯基
、
异丙基
、
丙基
、
丁基中的一种；重复的
R3相同或不同；重复的
R4相同或不同；重复的
R5相同或不同；
A
为含磷结构，重复的
A
可以相同或者不同；所述含磷结构
A
为：
‑
Y1‑
M
，其中
Y1为醚基
、C1～
C7烷基链
、C1～
C7烷氧基链
、N,O
杂原子取代的
C1～
C7烷基链
、N,O
杂原子取代的
C1～
C7烷氧基链
、N,O
杂原子取代的带羟基的
C1～
C7烷基链
、N,O
杂原子取代的带羟基的
C1～
C7烷氧基链中的一种；优选为含有醚键
、
亚胺键
、
羟基
、
烷氧基中至少一个的
C1～
C7的饱和直链
、
含有羧酸铵键的
C1～
C7的饱和直链
、C1～
C7烷基直链中的一种；重复的
Y1可以相同或不同；
M
的结构为：
Y2、Y3分别独立的选自氢
、
烷基
、
苯基
、
羟基
、
氨基
、
亚氨基
、
烷氧基
、
环氧基
、
苯氧基
、
烯基
、
环氧基
、
有烷基链相连接的羟基
、
氨基
、
亚氨基中的一种；其中有烷基链相连接的羟基
、
氨基
、
亚氨基优选碳原子数为1～3；烷基
、
烷氧基优选碳原子数为1～4；烯基
、
环氧基优选碳原子数为2～4；更优选为甲氧基
、
乙氧基
、
丙氧基
、
烯丙基
、
氨丙基
、
甲基
、
乙基
、
丙基
、
丁基中的一种；重复的
M
可以相同或不同；
R8～
R
13
分别独立地选自甲基
、
苯基
、
环氧基
、
含磷阻燃基团中的一种；在同一硅原子的侧基上至多有一个含磷阻燃基团；所述含磷阻燃基团为基上至多有一个含磷阻燃基团；所述含磷阻燃基团为
R
14
为含磷嵌段；优选为磷酸酯衍生物嵌段
、
磷酰氯衍生物嵌段
、
磷杂菲衍生物嵌段
、
环磷腈衍生物嵌段中的一种；更优选为磷腈衍生物嵌段中的一种；更优选为
R
15
为含氧链段，优选为其中氧原子与
H
相连；
0≤n≤1000
；优选
0≤n≤100
；
0≤m≤1000
；优选
1≤m≤100
；
1≤p≤100
；优选
1≤p≤50
；
0≤q≤100
；优选
0≤q≤50
；
1≤l≤20
；优选
2≤l≤10
；带有活性羟基的含磷聚硅氧烷的相对分子量为
200g/mol
～
100000g/mol
；优选为
600g/mol
～
20000g/mol。3.
如权利要求2所述的本征阻燃聚脲材料，其特征在于：所述带有活性羟基的含磷聚硅氧烷的结构为：
4.
如权利要求1所述的本征阻燃聚脲材料，其特征在于：所述带有活性氨基的含磷聚硅氧烷的结构为：所述带有活性氨基的含磷聚硅氧烷的结构为：其中
X5、X6分别独立地选自氨基或与烷基相连的氨基；烷基优选碳原子数为1～4；
R1′
～
R7′
分别独立地选自
C1～
C6的烷基
、C1～
C6的烷氧基
、C6～
C
10
的芳基
、N,O,S
杂原子取代的
C1～
C6的烷基
、N,O,S
杂原子取代的
C1～
C6的烷氧基
、N,O,S
杂原子取代的
C6～
C
10
的芳基中的一种；优选为甲基
、
乙基
、
苯基
、
异丙基
、
丙基
、
丁基中的一种；重复的
R3′
相同或不同；重复的
R4′
相同或不同；重复的
R5′
相同或不同；
A2为含磷结构，重复的
A2可以相同或者不同；所述含磷结构
A2为：
‑
Y4‑
M
′
，其中
Y4为醚基
、C1～
C7烷基链
、C1～
C7烷氧基链
、N,O
杂原子取代的
C1～
C7烷基链
、N,O
杂原子取代的
C1～
C7烷氧基链
、N,O
杂原子取代的带羟基的
C1～
C7烷基链
、N,O
杂原子取代的带羟基的
C1～
C7烷氧基链中的一种；优选为含有醚键
、
亚胺键
、
羟基
、
烷氧基中至少一个的
C1～
C7的饱和直链
、
含有羧酸铵键的
C1～
C7的饱和直链
、C1～
C7烷基直链中的一种；重复的
Y4可以相同或不同；
M
′
的结构为：
Y2′
、Y3′
分别独立的选自氢
、
烷基
、
苯基
、
羟基
、
氨基
、
亚氨基
、
烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：史翎，张明聪，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：