一种无熔滴阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法

本发明涉及一种无熔滴阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法，属于聚氨酯。

背景技术：

1、聚氨酯弹性体因其良好的物理机械性能、耐磨、耐油、耐水、耐候、耐蠕变、高绝缘等特性使得它在建筑、轨道交通、汽车、航空航天、医疗等领域得到广泛应用。但聚氨酯材料内生热大，耐高温性能一般，其本身不耐燃，且燃烧产生的熔化滴落物还可能引燃周围的其他材料，导致火灾快速蔓延，因此提高聚氨酯材料的阻燃性尤其是解决聚氨酯燃烧过程中的熔滴问题一直是聚氨酯领域重要的课题。

2、向聚氨酯弹性体中添加阻燃剂是提高其阻燃性能的常用方法。单独添加一种阻燃剂时，一般需要很大的添加量，通常要20%~30%以上才能取得比较好的阻燃效果，直接影响聚氨酯弹性体的力学性能。两种或两种以上的阻燃剂复配，会使聚氨酯材料的阻燃性明显提高，但是阻燃剂与基体的相容性欠佳，也会大幅降低力学性能。如何在保持基体力学性能的同时，提高其阻燃特性，是聚氨酯材料研制的一大难题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无熔滴阻燃聚氨酯弹性体及其制备方法。通过对聚氨酯配方进行调控，并采用三种阻燃剂合理复配，大幅提高了聚氨酯材料的阻燃特性，同等防火等级下，阻燃剂的用量大幅降低，且对基体的力学性能影响较小。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

3、一种无熔滴阻燃聚氨酯弹性体，所述无熔滴阻燃聚氨酯弹性体是由a组分与b组分固化成型得到的极限氧指数大于30%、无燃烧滴落物、拉伸强度大于9mpa，断裂伸长率大于400%的聚氨酯弹性体；

4、所述a组分由聚醚多元醇、扩链剂、催化剂、消泡剂和阻燃剂混合均匀配制而成；所述聚醚多元醇为分子量为1000的聚四氢呋喃醚二醇ptmeg1000和聚氧化丙烯三醇330n；所述扩链剂为1,4-丁二醇bdo；所述催化剂为二月桂酸二丁基锡（t12）；以所述阻燃剂的总质量为100份计，所述阻燃剂由10~15份三聚氰胺氰尿酸盐（mca）、20~30份次磷酸铝（alhp）、55~70份硅烷改性的可膨胀石墨混合均匀配制而成；

5、以制备所述a组分的原料总质量为100份计，各原料成分及其质量份数为：

6、ptmeg100050~60份；

7、330n 20~25份；

8、bdo6~12份；

9、t-120.01~0.02份；

10、消泡剂0.8~1.0份；

11、阻燃剂12~15份；

12、所述b组分是二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚多元醇在80℃~100℃下搅拌反应4h~6h形成的预聚体；

13、以制备所述b组分的原料总质量为100份计，各原料成分及其质量份数如下：

14、二异氰酸酯50~70份；

15、聚四氢呋喃醚多元醇30~50份；

16、a组分含有的活泼-h（聚醚多元醇-oh中的活泼-h和扩链剂中活泼-h之和）与b组分含有的-nco基团（异氰酸酯与聚醚多元醇反应之后剩余的-nco）间发生定量反应，活泼-h和-nco基团之间的摩尔比为1.00:0.99~1.01。

17、优选的，a组分中，所述消泡剂为德国毕克化学牌号为byk-066n的消泡剂。

18、优选的，a组分中，所述三聚氰胺氰尿酸盐（mca）的粒度为1000~2000目。

19、优选的，a组分中，所述次磷酸铝（alhp）的粒度为1000~2000目。

20、优选的，a组分中，所述硅烷改性的可膨胀石墨为硅烷偶联剂kh550改性的可膨胀石墨，通过以下方法制备得到：以可膨胀石墨的质量为100份，首先取0.75~1份硅烷偶联剂kh550，溶于无水乙醇中，加入可膨胀石墨，超声搅拌分散均匀后，在85±5℃下常压干燥4~6小时，然后在120±5℃真空干燥4~6小时，得到硅烷改性的可膨胀石墨。

21、优选的，所述可膨胀石墨的粒度为80~100目，膨胀倍率为200~300ml/g。

22、优选的，a组分中，所述阻燃剂通过以下方法制备得到：将三聚氰胺氰尿酸盐（mca）、次磷酸铝（alhp）、硅烷改性的可膨胀石墨混合均匀，110~120℃下烘干至恒重，得到阻燃剂。

23、优选的，a组分中，以所述阻燃剂的总质量为100份计，所述阻燃剂由11~13份三聚氰胺氰尿酸盐（mca）、23~26份次磷酸铝（alhp）、60~65份硅烷改性的可膨胀石墨混合均匀配制而成。

24、优选的，以制备所述a组分的原料总质量为100份计，各原料成分及其质量份数为：

25、ptmeg100056~58份；

26、330n 21~23份；

27、bdo8~9份；

28、t-120.01~0.02份；

29、消泡剂0.8~1.0份；

30、阻燃剂12~13份。

31、优选的，b组分中，所述二异氰酸酯为mdi；所述聚四氢呋喃醚多元醇为ptmeg1000；

32、以制备所述b组分的原料总质量为100份计，各原料成分及其质量份数如下：

33、mdi55~65份；

34、ptmeg100035~45份。

35、一种本发明所述的无熔滴阻燃聚氨酯弹性体的制备方法，方法步骤包括：

36、将a组分预热至35±2℃、b组分预热至45±2℃，之后将预热后的a组分和b组分搅拌混合，真空除泡后浇注到模具内于70±2℃下熟化2~3小时，脱模后在室温继续熟化7天以上，得到一种无熔滴阻燃聚氨酯弹性体。

37、有益效果

38、本发明提供了一种无熔滴阻燃聚氨酯弹性体，通过将特定含量的三聚氰胺氰尿酸盐（mca）、次磷酸铝（alhp）、硅烷改性的可膨胀石墨混合复配得到阻燃剂，并将该阻燃剂添加到特定配方的聚氨酯中，在保持了聚氨酯基体各项优异性能的同时，提高了其热稳定性和阻燃性能。

39、硅烷改性的可膨胀石墨的表面含有丰富的-oh、-o-，而mca表面存在大量来自于三聚氰胺和氰尿酸的-nh2和-oh，这些极性基团可与氨基甲酸酯基形成较强的氢键，因此适量的添加对基体的力学性能有增强作用。

40、mca和alhp分别是高含氮量和高含磷量的阻燃剂，且热稳定性高，初始分解温度在320~340℃之间，远高于可膨胀石墨的235℃，对提高聚氨酯基体的热稳定性很有效，二者复配，可充分发挥液相阻燃和凝聚相阻燃的协同作用。但是这两种阻燃剂在高温下的残炭量不高，如解决熔滴现象，需要添加量较大，而结合硅烷改性的可膨胀石墨使用，可很好地解决熔滴现象。三种阻燃剂按适当比例复配，既可提高聚氨酯基体的热稳定性，又可解决熔滴问题，整体阻燃效果最佳。

41、ptmeg分子结构规整，分子链之间的缠绕紧密，对提高聚氨酯弹性体的强度有益，而330n的加入使聚氨酯弹性体具有一定的交联度，会提高其抗熔滴的能力。

42、硅烷改性的可膨胀石墨粒度过小，膨胀倍率过小，阻燃效果越差；粒度过大，在基体中的分散性差，与基体的结合力弱，进而影响聚氨酯弹性体的强度。综合各项因素，选用80~100目、膨胀倍率为200~300 ml/g的硅烷改性的可膨胀石墨为宜，使用偶联剂对可膨胀石墨（eg）进行表面处理，可增加可膨胀石墨与聚氨酯基体的相容性。

43、mca与基体之间存在大量的氢键，mca粒径越小，氢键越密集，对基体的增强作用越大，但粒径过小，容易团聚，在基体中的分散性变差，因此选用1000~2000目的mca为宜。为了使alhp与mca混合均匀，alhp的粒径也选用1000~2000目为宜。