[发明专利]一种纳米材料提高水性聚氨酯阻燃性的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制革过程中使用的聚氨酯的制备方法，特别涉及一种纳米材料提高水性聚氨酯阻燃性的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是一种在聚氨酯的分子链中含有亲水性基团的聚氨酯树脂，与水具有很强的亲和性，采用特定的工艺能使之在水中分散并形成稳定的体系。水性聚氨酯主要应用于皮革涂饰、纺织印染、造纸业、建筑涂料、胶粘剂等方面，所涉及的几乎都是易燃材料，这些材料在使用时如未经阻燃处理，必然成为引发火灾的安全隐患。水性聚氨酯的阻燃化，是水性聚氨酯功能化的重要方向之一。

可提高材料阻燃性的纳米材料有氢氧化镁、氧化镁、氧化硅等，由于其无毒、抑烟、分解温度较高等特点，受到了人们的广泛关注。但无机纳米材料添加量较大（参见：袁绍彦，徐宏， 古宏晨.阻燃型聚合物基纳米复合材料的研究[J].功能材料，2005,36（6）：817-820），且其表面亲水疏油、极性较大，易团聚，使其在有机材料中的相容性和分散性较差，直接导致材料的力学性能下降（参见：张颖，侯文生，魏丽乔，等．纳米SiO₂的表面改性及其在聚氨酯弹性体中的应用[J]．功能材料，2006，37(8)：1286—1288），大大限制了无机纳米材料的使用范围。为了提高无机纳米材料在有机材料中的相容性和分散性，改善其表面亲油性，需要进行表面改性，因此，需要采用表面改性氢氧化镁的方法来提高它们的相容性 ，并达到提高材料力学和阻燃性的效果。

有机磷系阻燃剂以其环保、高效受到了人们的青睐，而其有纳米无机阻燃剂复配改性聚氨酯，可提高聚氨酯的阻燃性，且能使磷系-无机阻燃剂具有良好的协同效应，降低阻燃剂的使用量。

发明内容

本发明采用了以下技术方案。

一种纳米材料提高水性聚氨酯阻燃性的制备方法，其特征在于：

（1)、在二月桂酸二丁基锡催化剂存在的条件下，按NCO/OH 的摩尔比为1.5:1~4.5 :1，将聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯混合，于75~95℃下反应1.5~ 3.5h，得到聚氨酯预聚体A；所述催化剂用量为聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯总重量的0.2 ~ 0.5％；

（2)、向A中加入羧基含量为预聚体A重量1.2~3.2％的亲水扩链剂和预聚体A重量12~25％的丙酮溶剂，于65~85℃条件下反应1.5~3.5h，按COOH/NH₂的摩尔比为0.6:1~1.2:1的比例，加入三乙胺进行中和反应30~50min，加水进行乳化，形成一种聚氨酯乳液B备用；

（3)、将乳化剂10g溶于水50g中，加入纳米材料1~5g、偶联剂2~4g、有机磷系阻燃剂1~3g，用剪切乳化在300~1100r/min下，乳化20~40min，得纳米材料乳液C备用；

（4）、往B中加入其乳液重量的5~10%的C乳液，在pH为7的条件下剪切搅拌速度600~1100rpm ，搅拌时间20~50min，得到阻燃性水性聚氨酯。

聚四氢呋喃醚二醇的分子量为1000g/mol；扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的任意一种；分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、多聚磷酸钠、硅酸钠、六偏磷酸钠的任意一种；纳米材料为纳米氧化镁、纳米氢氧化镁、纳米二氧化硅中的任意一种；偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、四叔丁基钛酸酯中的任意一种；有机磷系阻燃剂为甲基膦酸二甲酯、亚乙基二胺四亚甲基膦酸中的任意一种。

本发明具有以下特点：

   （1）所制备的阻燃性水性聚氨酯与皮革相容性好；

   （2）纳米材料环保、价格低廉，所制备的阻燃性聚氨酯不会提高阻燃皮革制品的成本；

   （3）纳米材料与有机磷系阻燃剂可发挥良好的协同效应，提高聚氨酯乳液的阻燃性。

下面结合实例进一步说明本发明

实例一

（1)、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将聚四氢呋喃醚二醇100g与异佛尔酮二异氰酸酯33.3g混合，在二月桂酸二丁基锡催化剂0.27g存在的条件下，于75℃下反应1.5h，得到133.5g聚氨酯预聚体A； 

（2)、向A中加入二羟甲基丙酸4.77g和丙酮溶剂16g，于65℃条件下反应1.5h，加入三乙胺5.99g进行中和反应30min，加水20g进行乳化，形成180g的聚氨酯B备用；