[发明专利]一种UV固化阻燃透明聚氨酯的制备方法

说明书

本发明涉及有机高分子材料领域，为解决阻燃剂从材料体系析出、或者影响材料透光率等问题，本发明提出了一种UV固化阻燃透明聚氨酯的制备方法，采用带有四个羟基的环形四硅醇和两个羟基的烷基磷酸与聚醚二元醇、二异氰酸酯共聚改性的方法，制备磷‑硅协同阻燃的紫外光固化透明聚氨酯材料，制备得到的材料机械力学性能优良、透明性好、阻燃性能优异，UV固化阻燃透明聚氨酯的拉伸强度1.0～5.5MPa，极限氧指数24～32、铅笔硬度H～6H、透光率80～95％，可应用于阻燃涂料和光学器件的阻燃密封胶。

技术领域

本发明涉及有机高分子材料领域，具体涉及一种环形四硅醇和烷基磷酸共聚改性的UV固化阻燃透明聚氨酯的制备方法。

背景技术

紫外光固化材料制备过程能耗低、无污染，已被广泛应用到很多领域。其中，高透明紫外光固化聚氨酯具有良好的机械力学性能、柔韧、与基材附着力良好等优点，被广泛应用于电子器件的涂料、粘接剂和密封材料。但聚氨酯易燃，其极限氧指数仅为18左右，当温度高于160℃时容易分解自燃，释放出HCN，CO等有毒气体。聚氨酯的易燃性也对我们的生命财产安全形成了潜在威胁，因此，需要研究开发具有阻燃性能的透明光固化聚氨酯材料。

有机硅材料具有耐温、耐候、耐紫外辐射等优点，同时，有机硅是一种无卤阻燃剂，也是一种成炭抑烟剂。用聚硅氧烷化合物阻燃高分子材料时，聚硅氧烷多半会迁移到材料表面，形成表面为聚硅氧烷富集层的高分子剃度材料。含硅氧基的聚氨酯共聚物受强热时，会生成含有—Si—O—键和—Si—C—键的无机隔氧绝热保护层，可阻止热分解产物外逸，又抑制了基体材料的热分解，达到阻燃、低烟、低毒的目的。目前研究热点多为带有活性官能团的线性聚硅氧烷和含POSS类型的阻燃剂，这两种类型都可以提供较多的硅元素，在燃烧过程中有利于形成良好的保护性碳层，发挥凝聚相阻燃的作用。但是，线性聚硅氧烷链段达到一定长度，用其改性的聚氨酯将不透明。无羟基的聚倍半硅氧烷不能参与聚氨酯合成反应，且其溶解性较差，如果直接加入聚氨酯体系，将会从体系中析出，既会影响透明性，又会降低材料的机械力学性能。带有羟基的笼型聚倍半硅氧烷虽然能参与聚氨酯合成反应，但是其羟基数过多且集中，添加少量这种带羟基的聚倍半硅氧烷都非常容易导致聚合反应体系发生交联，影响产品的质量和生产安全性。

磷系阻燃剂如磷酸酯类化合物、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物及其衍生物也是一种重要的无卤阻燃剂，具有高效低毒的优点。通常是将其与有机硅阻燃剂一起使用，实现磷-硅协同阻燃。在磷-硅协同阻燃体系中，在燃烧时，有机硅首先发生降解，因其表面张力小向材料表面迁移，催化有机磷降解成酸，促进高分子脱水成炭，形成的炭层与黏度较低的硅氧化物聚合，使炭层的黏度、强度及致密度增加，将高分子降解产生的碎片或气体等包覆，形成隔绝热及空气等致密的绝热层，终止或缓减高分子材料的燃烧，从而提高其阻燃性。同样，磷系阻燃剂直接添加到紫外光固化聚氨酯中，也会影响固化物的透光率和力学性能。

发明内容

为解决阻燃剂从材料体系析出、或者影响材料透光率等问题，本发明提出了一种UV固化阻燃透明聚氨酯的制备方法，制备得到的材料机械力学性能优良、透明性好、阻燃性能优异，可用于阻燃涂料和光学器件的阻燃密封胶。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种UV固化阻燃透明聚氨酯的制备方法为以下步骤：

(1)将环形四硅醇、二元烷基磷酸、聚醚二元醇、催化剂和溶剂加入反应容器中，在40～80℃下滴加二异氰酸酯反应2～8h后得到异氰酸酯封端的聚氨酯；

所述的环形四硅醇选自四甲基四羟基环四硅醇、四苯基四羟基环四硅醇、四乙烯基四羟基环四硅醇中的一种或几种。按照常规方法制备，反应结构式如下所示：

其中，R选自CH₃-、C₆H₅-、CH₂CH-中的一种。