[发明专利]复合阻燃剂、添加型单组份阻燃水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合阻燃剂、添加型单组份阻燃水性聚氨酯及其制备方法，使用复合阻燃剂与硅溶胶的搭配，对单组份水性聚氨酯进行阻燃改性研究，能改善对材料固有力学性能影响大、相容性差等缺点，同时赋予了水性聚氨酯良好的阻燃性能；制备方法具有实施简易、原料易得等优点，条件温和、步骤简单，适合实验室和工业生产应用。

技术领域

本发明属于聚氨酯改性技术领域，特别是涉及一种复合阻燃剂、添加型单组份阻燃水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯以水作为分散剂代替传统聚氨酯涂料中的有机溶剂，其具有无毒、环保、易储存等一系列优点，所具有的优异力学强度和模量使其在涂料、胶粘剂、皮革加工等领域广泛使用。但不耐高温、易燃、燃烧烟量大等缺点，使水性聚氨酯在使用过程中存在安全隐患和限制。开发具有阻燃性能的水性聚氨酯是亟待解决的问题。

添加改性水性聚氨酯的方法又可以称为共混改性，是将阻燃剂物理分散在水性聚氨酯中，使聚氨酯乳液对阻燃剂进行吸附和包覆，从而给予水性聚氨酯阻燃的特性。添加型改性方法实施简单，可操作性强，适用于多种场合水性聚氨酯的改性。目前应用最为广泛的添加型阻燃剂为卤系阻燃剂，但卤系阻燃剂对环境危害大，在燃烧过程中会产生毒害性的烟雾和气体，不利于人体健康。欧盟规定自2021年3月1日起，禁止在所有的电子显示屏、显示器、电视机箱和机座中使用卤系阻燃剂，无卤阻燃剂已经成为市场的主流产品。

专利CN 108395513中使用磷酸酯作为阻燃剂能得到成膜性能良好的阻燃型水性聚氨酯树脂，但其中所使用的磷酸酯阻燃剂种类繁多、价格较高，且使用量较大(需要35％-50％)，在实际应用和工业生产中有一定的难度。专利CN110343413中仅需少量制备的氮磷膨胀型阻燃剂就能使水性聚氨酯涂料达到较好的阻燃效果，但该方法中制备氮磷膨胀型阻燃剂的过程复杂，要求较高，不易实现，很难做到在实际生产中应用。氮磷膨胀型阻燃剂具有阻燃效率高、低毒、无腐蚀性等特点，兼顾了氮、磷系阻燃剂的阻燃效果，受热时产生的酸、碳层、气体能协同形成膨胀隔热层，有效阻止燃烧继续发生。但大多数添加型阻燃剂对材料固有力学性能的影响较大，特别是单组份水性聚氨酯，直接添加可能造成乳液破乳和沉降，干燥过程中阻燃剂在也极易沉淀在底部。因此，开发一种对水性聚氨酯固有力学性能影响小、相容性好的高效膨胀型阻燃配方尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种复合阻燃剂、添加型单组份阻燃水性聚氨酯及其制备方法，使用复合阻燃剂与硅溶胶的搭配，对单组份水性聚氨酯进行阻燃改性研究，能改善对材料固有力学性能影响大、相容性差等缺点，同时赋予了水性聚氨酯良好的阻燃性能；制备方法具有实施简易、原料易得等优点，条件温和、步骤简单，适合实验室和工业生产应用。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合阻燃剂，为次磷酸铝AHP，聚磷酸铵APP，三聚氰胺聚磷酸盐MPP，三聚氰胺氰尿酸盐MCA，氢氧化镁Mg(OH)₂，氢氧化钙Ca(OH)₂，氢氧化铝ATH，硼酸锌，氧化锌，气相法二氧化硅，或滑石粉中的两种或两种以上的混合物。

进一步的，一种复合阻燃剂，为聚磷酸铵APP，三聚氰胺聚磷酸盐MPP，氢氧化铝ATH和硼酸锌的混合物。

进一步的，所述复合阻燃剂中各组分的质量份数比为，聚磷酸铵APP：三聚氰胺聚磷酸盐MPP：氢氧化铝ATH：硼酸锌＝3～6：3～6：1～2：1～2。

进一步的，所述聚磷酸铵APP为II型结构，聚合度大于1000。

一种添加型单组份阻燃水性聚氨酯，采用如下质量份数的原料制备：

所述复合阻燃剂为上述一种复合阻燃剂。