[发明专利]一种阻燃型热塑性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明涉及聚氨酯的合成及加工技术领域，公开了一种阻燃型热塑性聚氨酯及其制备方法，制备方法包括以下步骤：1)制备硅基嵌段热塑性聚氨酯；2)制备复合甲基乙烯基硅橡胶；3)制备阻燃型热塑性聚氨酯。本发明膨胀体系阻燃剂为15相对重量份时即可达到离火即熄的V‑0阻燃级别，且机械性能具有很高的保持率，解决了反应型阻燃原料的价格高昂、工艺不成熟和生产方法的不环保性；以及添加型阻燃填料添加量大、性能破坏大和填料易析出的缺点。

技术领域

本发明涉及聚氨酯的合成及加工技术领域，具体涉及一种阻燃型热塑性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯是一种兼具橡胶的高弹性和塑料的可塑性的优异聚合物。热塑性聚氨酯的弹性模量介于塑料和橡胶之间、耐磨性是天然胶的5～10倍，还具有优良的耐化学溶剂和耐油脂性能。这些优势使其广泛的应用于国民经济和国防安全之中。但是，作为一种材料，热塑性聚氨酯不可避免的存在一些缺点。其中，最为明显的便是阻燃性较差。热塑性聚氨酯的极限氧指数(LOI)一般只有21左右，属于易燃级别。而且，热塑性聚氨酯在燃烧的过程中存在剧烈地熔滴，且释放大量NO，NO₂和HCN等有毒烟雾。随着热塑性聚氨酯的广泛应用，如何更加安全的使用热塑性聚氨酯是摆在人们面前亟待解决的问题。

对于聚合物的阻燃常用的有两种方法：添加型和反应型。添加型即将含有阻燃能力的填料填充进聚合物中，这种方法的优势在于简单方便、便于生产和成本低廉。缺点在于达到要求的阻燃级别往往需要大量的填料，而各种相容性不同的填料的添加会导致聚合物原有优异性能的损失。但是，反应型阻燃便不存在该缺陷，它是通过化学反应将含有阻燃元素的基团加入到聚合物的分子链上。该方法避免了大量阻燃填料的添加对于材料性能的损失，并从根本上解决了填料存在的析出和相容性的问题。但是，该法的缺陷在于化学改性一般使用溶剂法，这会对环境和人类产生危害。并且含有阻燃元素的反应原料价格昂贵，且生产工艺不成熟，分子量难以控制，催化剂难以尽除。

硅橡胶是一种有机和无机结构交替排列的特种橡胶。特殊的分子结构赋予其优良的耐溶剂性、耐候性、生物相容性和较高的阻燃性。硅元素具有很好的阻燃能力，其不仅能够降低聚合物的热值，且燃烧形成的致密硅氧碳层对内部有很好的保护作用。但是，硅橡胶在使用时也存在不足，即机械性能较差，在很多情况下不能满足使用需求。基于此，硅橡胶与热塑性聚氨酯之间虽然存在优良性能的互补性。但是，硅橡胶作为一种非极性聚合物其加入热塑性聚氨酯内会对其微观结构产生很大的影响，而热塑性聚氨酯的优良性能与其微观结构的形成具有很大的关系。并且，两者的机械性能相差很大，为了最大限度保持热塑性聚氨酯机械性能，更好的增加热塑性聚氨酯与硅橡胶的相容性，将硅橡胶的阻燃性能与热塑性聚氨酯相结合，本发明提供了一种阻燃型热塑性聚氨酯及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于克服热塑性聚氨酯在阻燃方面的不足，提供一种综合反应型和添加型优势的阻燃型热塑性聚氨酯及其制备方法。解决了反应型阻燃原料的价格高昂、工艺不成熟和生产方法的不环保性；以及添加型阻燃填料添加量大、性能破坏大和填料易析出的缺点。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种阻燃型热塑性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备硅基嵌段热塑性聚氨酯：以端羟丁基聚二甲基硅氧烷(PDMS)和低分子量二醇或二胺作为混合软段，所述PDMS与低分子量二醇或二胺质量比为1∶4，以异氰酸酯和扩链剂为硬段，采用预聚体法合成PDMS含量为12.9％的硅基嵌段热塑性聚氨酯 (Si-TPU)，所述Si-TPU的硬段质量分数为35.40％；

(2)制备复合甲基乙烯基硅橡胶：所述复合甲基乙烯基硅橡胶原料按重量份包括甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)生胶100份、气相法二氧化硅30-50份、结构控制剂3-5份，按重量份取VMQ生胶、气相法二氧化硅、结构控制剂，在120℃、60r/min下混合均匀得混合胶，然后将混合胶在开放式混合机上压出并放置4h，得复合甲基乙烯基硅橡胶；