[发明专利]一种环保阻燃型聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种功能性聚氨酯及其制备方法，具体涉及一种环保型阻燃聚氨酯乳液及其制备方法。

二、背景技术

聚氨酯（简称PU）是指分子链中含有氨基甲酸酯（-NHCOO-）结构的一类高分子聚合物。由于制备聚氨酯的原材料品种繁多，配方多种多样，可调范围很大，其制品包括聚氨酯泡沫、聚氨酯弹性体、聚氨酯涂料和聚氨酯胶黏剂等。聚氨酯包括溶剂型和水溶型两类，溶剂型聚氨酯含有大量有机溶剂，使用时会有较大的毒性，对环境和人体造成一定的影响。随着社会的不断发展，人们的环保意识不断增强，这些不利因素和缺点促使世界各地的聚氨酯研究学者开始致力于水性聚氨酯的开发。水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质，具有无毒、节约成本及易加工贮存等优点，故日益受到人们的重视。并已广泛应用于轻纺、印染、皮革加工、造纸等行业。随着聚氨酯材料应用范围的扩大，各工业部门，尤其是家具工业、造纸工业和建筑工业，对阻燃性能的要求越来越高，而环保阻燃型聚氨酯乳液的制备却鲜有报道。

三、发明内容

本发明旨在提供一种环保阻燃型聚氨酯乳液及其制备方法，通过“分子设计”，在聚氨酯分子主链上引入阻燃结构，赋予聚氨酯乳液的内阻燃性能及其涂膜的耐水性能，以满足家具工业、造纸工业和建筑工业等到阻燃性能的高要求，并扩大水性聚氨酯的应用范围。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明环保阻燃型聚氨酯乳液，其原料按质量分数构成为：

所述环保阻燃型聚氨酯乳液的数均分子量为3000-12000，固含量为30-42%。

所述二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、萘-1,5-二异氰酸酯（NDI）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）、2,6-二异氰酸酯己酸甲酯（LDI）、4,4′-亚甲基-二环己基二异氰酸酯（H₁₂MDI）、苯二甲撑二异氰酸酯（XDI）或1,12-十二烷基二异氰酸酯（C₁₂DDI）。

所述大分子多元醇选自于聚醚二元醇、聚酯二元醇、聚碳酸酯二醇、聚丁二烯二醇、聚丁烯二醇、丙烯酸酯多元醇、聚己内酯二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的一种或几种，所述大分子多元醇的数均分子量为400-3000。

所述阻燃剂选自9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO）、10-（2,5-二羟基苯基）-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10氧化物（DOPO-HQ）或端羟基磷酸酯低聚物（OP-1701）。

所述亲水扩链剂选自含叔胺结构的二元醇、含羧基结构的二元醇、含磺酸基结构的二元醇中的一种或几种。

所述小分子扩链剂选自乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、乙二醇、1,4-丁二醇、三羟甲基丙烷、乙醇胺、三乙醇胺、新戊二醇中的一种或几种。

所述中和剂选自碘甲烷、乙酸、盐酸中的一种或几种，或者选自三乙胺、三正丁胺、氢氧化钠、氨水中的一种或几种。

所述催化剂选自胺类催化剂或锡类催化剂，所述胺类催化剂选自三乙醇胺、二乙醇胺、三乙烯二胺、三亚乙基三胺或三亚乙基二胺，所述锡类催化剂选自辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡。

本发明环保阻燃型聚氨酯乳液的制备方法，按以下步骤操作：

1）将二异氰酸酯、阻燃剂、大分子多元醇和催化剂加入反应釜中于75-85℃聚合反应2.5-3.5小时，得到预聚物I；

2）向所述预聚物I中加入溶剂丙酮、亲水扩链剂和小分子扩链剂，于60-70℃反应至异氰酸根含量不再变化，过程中可加入丙酮调节体系粘度，得到-NCO基团封端的阴离子或阳离子预聚体Ⅱ；

3）向所述预聚体Ⅱ中加入中和剂室温下中和反应25-35min中和亲水基团，再加入去离子水乳化，即得阴离子或阳离子环保阻燃型聚氨酯乳液。

本发明通过“分子设计”，使二异氰酸酯与磷系阻燃剂反应，在聚氨酯主链上引入阻燃结构，然后按照传统的聚氨酯乳液的制备方法，制备出环保型阻燃聚氨酯乳液。本发明通过对带阻燃功能的基团的种类、含量调节，二异氰酸酯中异氰酸根与二元醇和亲水扩链剂、交联剂中总羟基的摩尔比（R=-NCO/-OH）的改变，可赋予该聚氨酯乳液制品良好的内阻燃效果、耐水性能与力学性能。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明制备工艺简单，易于控制，便于操作；

2、本发明通过“分子设计”手段将带有阻燃功能的化学结构引入到聚氨酯主链上；