[发明专利]一种本质阻燃水性聚氨酯树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及水性聚氨酯材料技术领域，尤其是涉及一种本质阻燃水性聚氨酯树脂及其制备方法。本发明首先将二苯基磷酸乙酯和三羟甲基氧化磷混匀，反应后经后处理得到有机磷多元醇阻燃剂；将低聚物多元醇与亲水扩链剂混匀后后处理，然后将多异氰酸酯与催化剂加入其中，保温反应至‑NCO含量达到用二正丁胺‑甲苯溶液滴定所规定的理论值，得到聚氨酯预聚体，并对其进行中和；最后将中和后的聚氨酯预聚体进行一次乳化；然后将有机磷多元醇阻燃剂与小分子多元醇扩链剂加入体系，二次乳化后后处理，得到本质阻燃水性聚氨酯乳液。

技术领域

本发明涉及水性聚氨酯材料技术领域，尤其是涉及一种本质阻燃水性聚氨酯树脂及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)是指以水为分散介质的聚氨酯，具有良好的综合性能，又具有无污染、安全可靠、相容性好、易于改性以及成本低廉等优点。现已广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂等领域。然而，作为一种高分子材料，绝大多数水性聚氨酯是可以燃烧的，其极限氧指数仅有18％左右，且燃烧速度快，放出热量高，燃烧时还伴随着可燃性熔滴，使火焰迅速传播。所以，为了减少火灾的危险并能更好的保护人们的生命财产安全，赋予水性聚氨酯阻燃性能已成为水性聚氨酯功能化的重要方向之一。

添加型阻燃水性聚氨酯是通过将阻燃剂与水性聚氨酯材料进行物理共混来实现对其阻燃的目的。但目前市场上进行阻燃整理的添加型阻燃水性聚氨酯，存在着阻燃剂添加量大、易迁移、影响产品外观、对力学性能产生不良影响等缺点。并且卤系阻燃剂占有机阻燃剂的80％左右，其在燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体，会对环境和人体造成危害，达不到无卤的环保要求。

发明内容

为了解决上述问题，本发明目的在于提供一种本质阻燃水性聚氨酯树脂和制备方法。本发明首先将二苯基磷酸乙酯和三羟甲基氧化磷混匀，反应后经后处理得到有机磷多元醇阻燃剂；将低聚物多元醇与亲水扩链剂混匀后后处理，然后将多异氰酸酯与催化剂加入其中，保温反应至-NCO含量达到用二正丁胺-甲苯溶液滴定所规定的理论值，得到聚氨酯预聚体，并对其进行中和；最后将中和后的聚氨酯预聚体进行一次乳化；然后将有机磷多元醇阻燃剂与小分子多元醇扩链剂加入体系，二次乳化后后处理，得到本质阻燃水性聚氨酯乳液。本发明方法简单，自制的有机磷多元醇中含有苯环且磷含量较高，用其作为后扩链剂进行反应合成出水性聚氨酯。直接将阻燃结构和元素引入聚氨酯分子中，使得阻燃剂用量大为减少，阻燃效率更高、更持久。负面影响也大幅降低，不存在阻燃剂易挥发、溶出、迁移和渗出问题。并且还具有不含卤素，环保、低烟的优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种本质阻燃水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：

(1)有机磷多元醇阻燃剂的制备：将二苯基磷酸乙酯和三羟甲基氧化磷混匀，经酯交换反应与后处理得到有机磷多元醇阻燃剂；

(2)二元醇扩链剂的制备：将低聚物多元醇与亲水扩链剂混匀后后处理，得到二元醇扩链剂；

(3)预聚体的制备：将多异氰酸酯加入步骤(2)得到的二元醇扩链剂中混匀，在催化剂催化下，聚合反应至-NCO含量达到用二正丁胺-甲苯溶液滴定所规定的理论值，期间根据粘度变化加入丙酮降低粘度，得到聚氨酯预聚体；

(4)预聚体的中和：在步骤(3)得到的聚氨酯预聚体中加入中和剂对其进行中和；

(5)乳化及后扩链：在中和后的聚氨酯预聚体中加入去离子水，进行一次乳化；然后将步骤(1)制备得到的有机磷多元醇阻燃剂与小分子扩链剂加入体系，二次乳化后后处理，得到本质阻燃水性聚氨酯乳液；

其中，有机磷多元醇阻燃剂的化学结构式如下式所示：

在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，二苯基磷酸乙酯和三羟甲基氧化磷的摩尔比为1：1-1：1.2；