阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法

本发明属于阻燃聚氨酯弹性体，具体涉及一种阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯弹性体（pue）是一种具有高强度、高韧性、优异的抵抗力和良好的储存稳定的新型聚合物材料。由于其优异的性能，聚氨酯弹性体被应用于包括涂料、建筑、医疗、汽车、铁路、航空在内的日常生活和各个工业领域。但是，未经阻燃处理的pue的极限氧指数（loi）值通常<21%，这意味其在空气中易燃。在燃烧的过程中pue会产生大量有毒气体（hcn和co）、飞沫和烟雾，对人体健康造成严重威胁。此外，pue严重的熔体滴落行为是限制其应用的另一个重要因素。因此，提高pue的阻燃性具有重要意义。

2、目前，pue的阻燃性能的提高主要是通过添加阻燃剂来实现的，根据阻燃剂与pue的结合方式，阻燃剂可分为“添加剂型阻燃剂”和“反应型阻燃剂”。“添加剂阻燃剂”通过物理方法与聚氨酯混合来提高其阻燃性能，由于需添加大量的阻燃剂才能达到期望的阻燃效果，而大部分阻燃剂的生物相容性较差。因此“添加型阻燃剂”在提高阻燃性能的同时往往会带来pue机械性能下降的负面效应。“反应型阻燃剂”是通过化学交联与聚氨酯发生反应来提升其阻燃性能，使用较小量的阻燃剂便能达到预期效果且与pue具有较好的相容性，因此其可以在不显著影响pue机械性能的情况下发挥有效的阻燃作用。基于上述原因，利用反应型阻燃剂提高酸性，是构建阻燃pue的理想途径。

3、通常，反应型阻燃剂是通过将阻燃元素（n、p、si、b）引入聚氨酯的制备原料，如异氰酸酯、多元醇或其他增链剂来制备的。目前，大多数反应型阻燃剂是由石化产品通过多步合成工艺制成的，虽然由石油基反应型阻燃剂制备的pue具有较高的阻燃和力学性能，但石油基反应型阻燃剂具有合成流程复杂，成本较高，会产生大量有毒有害“三废”等缺陷。

4、从可持续发展的角度来看，生物基活性阻燃剂具有广大的优势。生物基活性阻燃剂通常来自植物或动物等可再生资源，具有可用性、低毒性、可再生性和易降解性，相对于石油基反应型阻燃剂来说，其生产过程对环境的影响更小，减少了对非可再生资源的依赖，并降低了碳排放。一些石油基反应型阻燃剂在阻燃时会释放出有害物质，在使用过程中对人员和生态系统造成潜在的风险，生物基活性阻燃剂通常具有较低的毒性，符合环境和人体健康的要求。

5、生物基活性阻燃剂的使用促进了可持续发展和生态友好的理念，研究和开发生物基反应型阻燃剂，利用可再生、低毒性、易降解的生物质资料来代替石化产品将有利于促进高性能的阻燃聚氨酯弹性体制备技术的发展。

6、植酸，是一种广泛存在于植物组织中的天然有机磷化合物，它是由磷酸和肌醇（一种多羟基醇类物质）经过酯化反应而形成的，被广泛应用于食品工业、金属螯合剂和食品添加剂领域，用于改善产品的质量和提升产品稳定性。植酸作为一种含有磷元素的化合物，具有良好的阻燃性能，当材料受到热源或明火作用时，植酸可以发生热分解反应，释放出磷酸盐和其他气体，其中磷酸盐可以与可燃物表面反应生成炭层，有效地隔离氧气，阻止燃烧的扩展。

7、植酸作为一种绿色环保的阻燃剂，具有无毒、低挥发性和良好的热稳定性等特点，因此在可持续发展和环保意识日益增强的背景下，其应用前景非常广阔,利用可再生、低毒性、易降解的植酸来代替石化产品将有利于促进高性能的阻燃聚氨酯弹性体制备技术的发展与生物质资源的利用。

8、来自天然多酚的没食子酸及其衍生物具有的较好的阻燃特性和交联能力。因其共同的结构特点是含有苯环和多个酚基。苯环可以在燃烧时逐渐碳化，并促进基底的脱水和碳化，在材料表面产生部分石墨化、膨胀和致密的保护性碳层，这种碳层为基材提供了良好的物理屏障，可以隔绝传热、氧气和可燃气体，从而抑制热量释放；酚羟基在燃烧时可以淬灭由nhcoo-基团分解产生的一系列自由基，在一定程度上抑制了聚氨酯弹性体的进一步分解。因此没食子酸衍生物具有作为天然的高效阻燃剂和有效的交联剂参与聚氨酯弹性体制备的潜力。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术的不足，而提供一种以植酸或没食子酸衍生物为交联剂的阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、阻燃聚氨酯弹性体的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤一：将交联剂溶于四氢呋喃中，得到四氢呋喃溶液；

5、步骤二：将步骤一所得四氢呋喃溶液加入预先称取的预聚体e95c中，于23~25℃搅拌，直至预聚体e95c与四氢呋喃溶液完全混合，得混合溶液；

6、步骤三：将步骤二得到的混合溶液除去四氢呋喃，得粘稠状液体；

7、步骤四：将步骤三所得粘稠液体进行升温固化，得到阻燃聚氨酯弹性体；

8、其中，所述交联剂为植酸或没食子酸衍生物。

9、进一步地，步骤一中，每10ml四氢呋喃中加入0.094g～0.75g的交联剂。

10、进一步地，步骤一中，所述没食子酸衍生物为没食子酸甲酯或没食子酸乙酯。

11、进一步地，步骤二中，所述交联剂和预聚体e95c的质量比为1:10~40。

12、更进一步地，步骤二中，所述交联剂和预聚体e95c的质量比为1:40、1:20、1:17或1:10。

13、进一步地，步骤三中，于-0.1 mpa、43～45 ℃条件下旋蒸除去四氢呋喃。

14、进一步地，步骤四中所述升温固化具体为：将粘稠液体倒入聚丙烯模具中，放入烘箱，于80～85 ℃下反应3-5 h，再升温至115-125℃反应11-20 h，使其固化生成弹性体。

15、本发明还提供由上述任一项所述的阻燃聚氨酯弹性体的制备方法制得的阻燃聚氨酯弹性体。

16、本发明与现有技术相比，其有益效果为：

17、第一：相比于传统的石油基反应型阻燃剂，本发明采用的植酸具有更好的环保性能。植酸是一种天然的有机磷化合物，无毒、低挥发性，并且广泛存在于植物中属于可再生资源，符合可持续发展的要求。聚氨酯弹性体受到热源或明火作用时，植酸会发生热分解反应，释放出磷酸盐和其他气体，其中磷酸盐可以与弹性体表面反应生成炭层，有效隔离氧气，阻止火势的蔓延，提升材料的阻燃性能。应用本发明方法制得的生物基聚氨酯弹性体，其阻燃性能与以1，4-丁二醇为交联剂和以dopo为交联剂制备的聚氨酯弹性体相比有很大的改善。含有多个苯环和氢键位点的植酸具有致密化学结构，植酸中的羟基可以与聚氨酯长链形成氢键，加入植酸后的聚氨酯弹性体交联密度明显提升，拉伸强度和断裂伸长率都有明显的提高。

18、第二：本发明采用无毒、无污染的植酸为交联剂，制得分子结构更加明确、交联活性更高且可逆的生物基聚氨酯弹性体，拓宽了聚氨酯弹性体的应用领域。

19、第三：本发明采用没食子酸甲酯和没食子酸乙酯为阻燃剂，在燃烧过程中可以吸收和隔离燃烧过程中产生的自由基与热量从而实现阻燃效果。本发明采用的没食子酸甲酯和没食子酸乙酯中的羟基可以与聚氨酯长链形成氢键，当受到外力作用时，氢键可以发生断裂和重组，允许材料发生塑性变形而不破裂，这种能力使得材料能够更好地承受应力和应变，提高其拉伸性能。本发明使用的没食子酸甲酯和没食子酸乙酯均是天然植物产物没食子酸的衍生物，来源广泛，不含有重金属和卤素等有害物质，具有原料天然，加工利用过程对环境影响小，制备简便，反应废弃物易处理等特点，符合可持续发展方针，能够带动传统的天然植物产品及相关产业的发展。

20、第四：本发明方法制得的生物基聚氨酯弹性体，其阻燃性能与以1，4-丁二醇为交阻燃剂制备的阻燃聚氨酯弹性体的阻燃性能相比有很大的改善。