一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法与流程

本发明涉及阻燃聚氨，具体为一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯材料作为一种廉价、易获取、综合性能优异的高分子材料，被广泛应用于各行各业中。与大多数的高分子材料一样，聚氨酯材料在使用过程中受到热、光、空气、氧气和水等物质的作用，造成材料老化降解，丧失使用价值；同时，其自身属于易燃材料，具有燃烧速度快、高温熔滴等缺点；所以人们在制备聚氨酯材料的过程中，会通过加入抗氧化剂和阻燃剂来解决老化降解、易燃的缺点；但传统方法是将聚氨酯材料与抗氧化剂和阻燃剂共混制备，在实际制备过程中，物质之间的相容性差、结合力弱，抗氧化剂的抗氧化功效较短，在失效后聚氨酯材料被氧化，又会造成阻燃剂性能降低的问题。

2、因此，发明一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料，能够解决阻燃剂、抗氧化剂物质相容性的问题具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料的制备方法，包含以下步骤：

4、s1：将对羟基苯甲醛、丙酮加入正丁醇中，在干燥盐酸气体氛围中加热超声反应，

5、过滤，洗涤，重结晶，干燥，得到羟基二苄叉丙酮；

6、s2：将三羟甲基氧化磷、邻苯二甲酸酐加热至100-105℃反应8-9h，真空保温继续反应2-3h；加入1,2-环氧丙烷降温至80-85℃反应24h，旋蒸，干燥，得到超支化聚酯多元醇；

7、s3：将聚醚多元醇、超支化聚酯多元醇加入n,n-二甲基甲酰胺中，加入4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、抗氧剂改性异氰酸酯，在氮气氛围中加热至90-95℃反应2-3h，得到阻燃聚氨酯预聚体；将羟基二苄叉丙酮、1,4-丁二醇、二月硅酸二丁基锡加入阻燃聚氨酯预聚体中加热至90-95℃反应2-3h；加入超支化阻燃聚合物搅拌均匀，真空脱气，倒入四氟乙烯模具中，固化，干燥，得到聚氨酯材料。

8、进一步的，所述超支化阻燃聚合物的制备方法，包括以下步骤：

9、将三氯氧磷加热至50-55℃，加入三羟甲基氧化磷，加热至100℃反应2-3h，通入氮气排除未反应三氯氧磷，氮气氛围下降温至60-65℃水解1.5-2h，真空排除氯化氢，加入70℃三聚氰氨水溶液，70℃反应1-1.5h，过滤，洗涤，干燥，得到中间体；将中间体、多聚甲醛、羟基二苄叉丙酮混合均匀，加入二氧六环，加热至80-85℃反应5-6h，旋蒸，得到超支化阻燃聚合物。

10、进一步的，所述三氯氧磷：三羟甲基氧化磷：三聚氰氨的质量比为(60-80):30:(55-60)；所述中间体：多聚甲醛：羟基二苄叉丙酮的质量比为(2-4):0.15:2.5。

11、进一步的，所述抗氧剂改性异氰酸酯的制备方法，包括以下步骤：

12、将3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸加入4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯中，加热至60-65℃反应3-4h，得到抗氧剂改性异氰酸酯。

13、进一步的，所述3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸：4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯的质量比为(1.5-2):50。

14、进一步的，所述对羟基苯甲醛：丙酮的质量比为4:1；超声反应温度为30-35℃，时间为30-45min，超声波功率为400w。

15、进一步的，所述邻苯二甲酸酐：三羟甲基氧化磷的质量比为(1-2):(1-2)。

16、进一步的，1,2-环氧丙烷加入量为过量。

17、进一步的，所述阻燃聚氨酯预聚体各组分占比，按质量份数计，聚醚多元醇15-25份、超支化聚酯多元醇15-25份、4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯12-28份、抗氧剂改性异氰酸酯12-28份。

18、进一步的，所述聚氨酯材料各组分占比，按质量份数计，羟基二苄叉丙酮2-4份、1,4-丁二醇2-4份、二月硅酸二丁基锡0.1-0.12份、阻燃聚氨酯预聚体50-100份、超支化阻燃聚合物20-30份。

19、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

20、本发明通过将3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸抗氧化剂接枝在异氰酸酯链段上，即成功将抗氧化剂引入聚氨酯材料结构中；一方面，利用接枝在异氰酸酯链段上，解决了抗氧化剂在聚氨酯材料中相容性差的问题；在材料受到物质作用老化过程中3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸能够有效清除自由基，抑制材料降解，降低材料的老化速率；另一方面，带有刚性基团的3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸引入聚氨酯材料的主结构上，大大提高了聚氨酯材料的硬段含量，提高了力学性能。

21、本发明通过三羟甲基氧化磷与邻苯二甲酸酐反应制备的到超支化多元醇，接枝通过与环氧丙烷开环反应降低了超支化多元醇的酸值；在赋予多元醇阻燃性能的同时，降低了多元醇羧基的含量，羧基含量的减少能够降低酯基水解作用，增强聚氨酯的耐水性能，进而提高了材料的抗氧化性能。阻燃多元醇的加入将氧化磷阻燃基团引入聚氨酯材料软段结构中，解决了阻燃剂在聚氨酯材料中相容性差的问题，赋予了聚氨酯预聚体自身阻燃性能，在燃烧过程中含磷物质的释放起到捕捉自由基，促进易燃材料在氮气和空气下的降解，并且进一步提高了残炭的生成率和热稳定性，增强了成炭率协同磷氧由基熄灭火焰的作用，提高了聚氨酯材料的阻燃性能。

22、本发明通过三羟甲基氧化磷与三氯氧磷缩聚反应后，进一步与三聚氰胺反应制备得到中间体，最后与羟基二苄叉丙酮的羟基反应制备得到超支化阻燃聚合物；在燃烧过程中聚氨酯材料作为天然成炭剂可以形成连续的膨胀炭层，在超支化阻燃聚合物作用下增强了炭层的膨胀作用，能够将可燃性气体与热氧阻隔以及保护结构内部，具有凝聚相的阻燃作用。

23、将羟基二苄叉丙酮作为扩链剂引入聚氨酯材料结构中，一方面，能够使得超支化阻燃聚合物与聚氨酯结构存在相似链段增强物质相容性，提高在聚氨酯材料中的分散性能；其次，在共混、固化的过程中，通过光照作用能够使的羟基二苄叉丙酮这一结构发生1,2环加成反应，形成两个环丁烷结构，将超支化阻燃聚合物与聚氨酯分子链紧密连接在一起，大大增强了物质的结合力，提高材料交联密度，增强材料力学性能，进一步为聚氨酯的阻燃性能提供保障，当外添加的超支化阻燃聚合物性能降低时，阻燃聚氨酯预聚体自身所具有阻燃性能够协同阻燃，大大延长了材料的使用寿命。

技术特征：

1.一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述超支化阻燃聚合物的制备方法，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述三氯氧磷：三羟甲基氧化磷：三聚氰氨的质量比为(60-80):30:(55-60)；所述中间体：多聚甲醛：羟基二苄叉丙酮的质量比为(2-4):0.15:2.5。

4.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述抗氧剂改性异氰酸酯的制备方法，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述3,5-二叔丁基-4-羟基苯丙酸：4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯的质量比为(1.5-2):50。

6.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述对羟基苯甲醛：丙酮的质量比为4:1；超声反应温度为30-35℃，时间为30-45min，超声波功率为400w。

7.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述邻苯二甲酸酐：三羟甲基氧化磷的质量比为(1-2):(1-2)。

8.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述阻燃聚氨酯预聚体各组分占比，按质量份数计，聚醚多元醇15-25份、超支化聚酯多元醇15-25份、4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯12-28份、抗氧剂改性异氰酸酯12-28份。

9.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法，其特征在于：所述聚氨酯材料各组分占比，按质量份数计，羟基二苄叉丙酮2-4份、1,4-丁二醇2-4份、二月硅酸二丁基锡0.1-0.12份、阻燃聚氨酯预聚体50-100份、超支化阻燃聚合物20-30份。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法制备得到的阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料。

技术总结
本发明涉及阻燃聚氨技术领域，公开了一种阻燃聚氨酯预聚体、聚氨酯材料及其制备方法；将三羟甲基氧化磷、邻苯二甲酸酐反应8‑9h，真空保温继续反应2‑3h；加入1,2‑环氧丙烷反应24h，旋蒸，干燥，得到超支化聚酯多元醇；将聚醚多元醇、超支化聚酯多元醇加入N,N‑二甲基甲酰胺中，加入4,4’‑二苯甲烷二异氰酸酯、抗氧剂改性异氰酸酯，在氮气氛围中反应2‑3h，得到阻燃聚氨酯预聚体；将羟基二苄叉丙酮、1,4‑丁二醇、二月硅酸二丁基锡加入阻燃聚氨酯预聚体中反应2‑3h；加入超支化阻燃聚合物搅拌均匀，真空脱气，倒入四氟乙烯模具中，固化，干燥，得到聚氨酯材料。

技术研发人员：周强,刘文胜
受保护的技术使用者：广州银旭科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16