[发明专利]一种阻燃聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚氨酯复合材料，具体涉及一种耐温、阻燃、韧性的聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体（TPU）被人们成为划时代的新型高分子材料，是目前最具发展前途的合成材料之一。TPU具有良好的物理性能，现在正在电线电缆、汽车等行业有广泛的应用，由于行业的特殊性，其阻燃要求也越来越高。

聚氨酯泡沫材料的阻燃目前现有的方法有共混与/或者共聚法。通常共混法为向多元醇中加入三聚氰胺、磷酸酯、丙烯酰胺聚合物或者其它含卤素的阻燃剂，分散均匀后与异氰酸酯反应形成阻燃聚氨酯。然而，含卤素的阻燃剂由于燃烧过程中会释放有毒气体而逐渐被禁用，其它类型的添加型阻燃又会面临着在使用过程中阻燃组分会逐渐向制品表面迁移，进而导致聚氨酯阻燃性能不能长时间维持。添加阻燃剂可以对聚氨酯的起到轻度的增塑作用，但是不利的是，阻燃简单地溶解于泡沫材料聚合物内，会造成起雾和/或者放气，阻燃剂也会扩散出来，这时材料就会丧失阻燃性。

针对共混法的这一缺陷，人们开始研究共聚法，共聚法是将阻燃元素以共聚的方法引入到聚氨酯中提高其阻燃性的方法。目前，共聚法以化学方式引入磷化合物或者氮化合物到聚氨酯的主链上为主。美国专利No3986990指出在没有添加额外的多元醇的条件下，将聚亚烷基二醇烷基多亚磷酸盐与选定的异氰酸酯聚合，能够制得主链含多亚磷酸盐的聚氨酯泡沫材料，阻燃性能能够获得较大的提高。美国专利No3989652也揭示了聚亚烷基二醇烷基卤烷基多膦酸酯的制备以及通过化学键将其引入到聚氨酯聚合物链内制备阻燃聚氨酯的方法。

在现有的共聚阻燃技术中，化学连接是通过异氰酸酯与构成含阻燃元素的分子一部分的活性氢酯键的反应形成的。制备低密度阻燃的柔软聚氨酯泡沫材料组合物在美国专利No4022718中也有描述，他描述了加入2，3-二溴-1,4-丁二醇作为扩链展剂和加入阻燃组份的高回弹性冷固化聚氨酯泡沫材料的制备。美国专利No4162353描述了一种柔然聚氨酯泡沫材料的制备方法，该材料中加入了卤代膦酸烷基酯例如三（2-氯乙烯）-磷酸酯和未取代的三烷基磷酸酯比如三乙基磷酸酯。通常，为了使聚氨酯同时具有阻燃性与耐高温性，一般会引入刚性的芳环结构的阻燃剂，这样虽然能够将阻燃元素引入到聚合物主链内而提高了聚氨酯的阻燃性，但是主链由于引入大的，刚性的阻燃分子，最终导致柔软泡沫材料丧失具有商业价值的性能例如柔软度和回弹性，硬和软泡沫材料两者的易水解性也都会增大。这些问题对软泡沫材料是如此严重，以至于目前聚氨酯的阻燃在商业应用上依然是以共混法为主。以上各专利的内容都参考结合于此。

虽然上述柔软的聚氨酯泡沫材料基本适用于它们的预订用途，但是它们没有所要求的低起雾性、耐高温和柔软的综合性能，这些现有的泡沫材料不适用于汽车工业中如内垫圈、密封物和绝缘子螺脚。因此，就需要低起雾性、低放气性的阻燃聚氨酯泡沫材料组合物，即它要通过FMVSS 302阻燃测试，它需要有耐温性和韧性。

发明内容

本发明的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种可以通过FWVSS 302、具有18或者更大的氧指数，具有低起雾性、耐高温和柔软的聚氨酯复合材料，这种阻燃聚氨酯复合材料具有低起雾性和低排气性。

本发明的阻燃聚氨酯复合材料为70～99wt%的阻燃聚氨酯与1～30 wt%的共混型阻燃剂构成的混合体系；所述的共混型阻燃剂为聚磷酸铵、三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸盐、聚硅氧烷、石墨烯、碳纳米管、高岭土、蒙脱土中的一种或者多种。

所述的阻燃聚氨酯为聚碳酸酯单元、聚醚单元、异氰酸酯单元组成的无规共聚物，其中

聚碳酸酯单元的结构式为：                                                ，m=10～100

聚醚单元的结构式为：,n=10～50

异氰酸酯单元的结构式为： 

R和Rˊ为具有1～18个碳原子的烃基；

M和Mˊ为阻燃剂基团，具体为以下基团的一种或多种：

、、、、、、、、、、、、、、、、、，其中R₁、R₃为氢原子或者1～18个碳原子的烷烃，R₂为1～6个碳原子的烷烃；

R为、、 中的一种或多种。

本发明的另一个目的是提供该阻燃聚氨酯复合材料的制备方法。

本发明方法的具体步骤是：