[发明专利]核-壳型聚磷酸铵协同阻燃聚氨酯弹性复合材料及其制法

说明书

技术领域

本发明属于无卤膨胀型阻燃聚氨酯弹性体技术领域，特别涉及核-壳型聚磷酸铵协同阻燃聚氨酯弹性复合材料及其制备方法。

背景技术

据《聚氨酯弹性体及其应用》(傅明源、孙酣经，2006，第三版，化学工业出版社)一书第3-6页介绍，热塑性聚氨酯是一种介于一般橡胶与塑料之间的弹性材料，它既具有塑料的高强度，又具有橡胶的高弹性，伸长率大，硬度范围广，同时具有优异的耐磨、耐臭氧和耐辐射等特性而被广泛使用，大约占世界热塑性弹性体消费量的15％。但热塑性聚氨酯容易燃烧，燃烧时火焰剧烈且伴有浓烈的黑烟，同时具有熔滴滴淌现象。通常添加含溴和氯等卤系阻燃剂的聚氨酯弹性体具有良好的阻燃性能，但这类含卤阻燃聚氨酯弹性体在燃烧时，会产生有害气体，造成环境污染和对人体的伤害。所以开发聚氨酯弹性体的新型无卤环保阻燃剂已成为研究的重点。

目前，无卤阻燃热塑性聚氨酯产品主要通过添加无机阻燃剂以获得阻燃性能。欧洲专利EP 0389768公开了一种利用Mg(OH)₂和Al(OH)₃、三聚氰胺尿氰酸和磷酸酯等复合阻燃剂来阻燃热塑性聚氨酯的方法。欧洲专利EP 0508072A2描述了蜜胺在热塑性聚氨酯中用作阻燃剂，其填充量为30～40wt％时，拉伸强度15MPa，并使用UL-94V-0评定其阻燃级别。专利WO 00/66658和EP-B 617 079描述了采用磷酸盐、膦酸盐和/或其衍生物与蜜胺氰尿酸酯的组合来阻燃热塑性聚氨酯，相应的热塑性聚氨酯拉伸强度≤35MPa，用UL-94V-0评定了材料的阻燃性能。但这些方法都存在阻燃剂用量大的缺点，会导致热塑性聚氨酯力学性能大幅下降，尤其是导致其失去弹性体原有的柔韧性，所得到的产品只能用于注塑件，难于用于挤塑成型，同时三聚氰胺尿氰酸对热塑性聚氨酯有降解作用，对基体热塑性聚氨酯的要求较高。

专利US 4,324,835提出了用聚磷酸铵、无机酸与季戊四醇混合作为热塑性聚氨酯泡沫的膨胀性阻燃剂，JP 01/40588介绍了一种聚磷酸铵和硼酸锌一起应用阻燃热塑性聚氨酯的方法。US 5,837,760提出了单独使用有机磷酸酯或使用其与三聚氰胺衍生物的混合物来阻燃热塑性聚氨酯的方法，EP 0389768A2报道了用三聚氰胺氰脲酸酯与磷酸酯及氢氧化镁阻燃热塑性聚氨酯的阻燃剂。这些方法虽然可以一定程度上降低阻燃剂的用量，但添加磷酸酯后材料的热稳定性差，阻燃性能差，有熔滴现象，氧指数低，只能用于低阻燃要求场合；材料的耐水性差，在潮湿环境中难于保持其阻燃性能；且阻燃剂与基体的相容性不好。

目前尚未见到有关使用核-壳型聚磷酸铵和协效剂配合使用对改善聚氨酯弹性体的阻燃性能方面研究的报道。

发明内容：

本发明的目的是提供一种核-壳型聚磷酸铵协同阻燃聚氨酯弹性复合材料及其制备方法，在保证阻燃效果的同时减少阻燃剂的添加量且耐熔滴性好，同时改善含聚磷酸铵阻燃复合材料耐水性差的缺点，增强阻燃剂与聚氨酯弹性体的相容性，提高材料的力学性能。

本发明的核-壳型聚磷酸铵协同阻燃聚氨酯弹性复合材料的制备方法，其特征在于：按重量百分比将75～95％的聚氨酯、5～25％的核-壳型聚磷酸铵和0.1～5％的协效剂在160～220℃熔融共混5～30分钟，即得到含有核-壳型聚磷酸铵的聚氨酯弹性复合材料。

所述核-壳型聚磷酸铵由占5～30wt％的交联聚氨酯树脂、淀粉改性三聚氰胺-甲醛树脂、聚乙烯醇改性三聚氰胺-甲醛树脂、硅凝胶、交联水性聚氨酯或固化环氧树脂的壳层，和占70～95wt％的聚磷酸铵的核芯所构成。

所述协效剂选自层状硅酸盐、金属磷酸盐、氧化石墨、金属氧化物、双氢氧化物、倍半硅氧烷、碳纳米管、二氧化钛纳米管或二氧化硅纳米管；其中层状硅酸盐包括黏土、滑石、云母或纤蛇纹石、锂基蒙脱土、氟锂基蒙脱土、沸石、铁基蒙脱土、镍基蒙脱土或人工合成云母；所述金属磷酸盐包括磷酸钛、磷酸锆、磷酸铝、磷酸钒、磷酸锰、磷酸镧、磷酸铈、磷酸铁、磷酸镍、磷酸铜、磷酸锡或磷酸钴；所述金属氧化物包括氧化锌、三氧化二铁、氧化镧、氧化铈、氧化锆、氧化锰、氧化镍、氧化铜或氧化钴；所述双氢氧化物包括钙铝双氢氧化物、镁铝双氢氧化物、锌铝双氢氧化物、镁铁双氢氧化物、锌铁双氢氧化物、镍铝双氢氧化物或镍铁双氢氧化物。