[发明专利]一种有机硅改性阻燃聚氨酯及其制备

说明书

本发明涉及一种有机硅改性阻燃聚氨酯及其制备，通过加入羟烷基硅油、MDI‑50、聚醚多元醇、聚酯多元醇、胺基扩链剂、反应型有机磷阻燃剂共聚制备一种环保耐候阻燃型聚氨酯，将有机硅链段、有机磷结构单元化学键合引入聚氨酯主链中，使材料保持聚氨酯原有优点的同时，提高聚氨酯耐水性、耐候、耐热性、阻燃性、力学等性能，具有很好的长久性，可以提高户外使用年限。还可以通过调控有机硅改性聚氨酯中的硅油含量、扩链剂含量及软硬段含量，使产品能更好的满足应用要求。解决了现有聚氨酯存在的不耐热，不耐水，不耐污，提高聚氨酯的阻燃性，且符合绿色环保材料。本发明的合成工艺简便，无溶剂加入，且采用双组分合成方法可以通过调节两组份配比来改善产品性能。

技术领域

本发明属于改性阻燃聚氨酯领域，尤其涉及一种无溶剂耐用型有机硅改性阻燃聚氨酯材料或胶粘剂。

背景技术

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称，凡是在高分子主链上含有许多氨基甲酸酯或者脲基重复单元的化合物统称为聚氨酯。聚氨酯的性能取决于链的化学组成、软、硬段长度、交联程度以及链段间的相互作用。由于聚氨酯的物理交联作用在高温下被破坏，所以其拉伸强度、撕裂强度、耐油性能都随温度的升高而明显下降。聚氨酯材料虽然弹性很好，但滞后损失却较大，在多次变性状态下，其产生热量较高。此外，作为聚氨酯铺装材料，室外雨天条件，聚氨酯的耐水性差，也不耐酸碱，长时间与水作用会发生水解；室外暴晒条件下，聚氨酯的耐老化、耐水稳定性都相对较差，而作为鞋用聚氨酯胶粘剂，要求其对气温变化不敏感，严寒不脆裂，酷热不开胶，雨水和汗液对材料强度不产生明显的影响。此外，聚氨酯表面耐污性能较差，清洗较为困难。

为解决上述问题，可以采用有机硅对聚氨酯进行改性。而比较常用的端羟基聚二甲基硅氧烷与异氰酸酯生成的共价键易水解，稳定性能较差。而且目前，端异氰酸酯基硅烷偶联剂的价格非常昂贵，国内生产应用很少，大部分都是从国外进口，且制备复杂。有些是用市售伯胺基硅烷或者巯基硅烷对端异氰酸酯基聚氨酯预聚物进行封端改性，然而这种偶联剂在封端过程中活性太大，反应过程不易控制，易出现凝胶现象，在施工过程难以控制。

聚氨酯比较常用的催化剂是有机锡类催化剂，但有机锡类催化剂对生物体和环境危害较大，世界各国都对其使用进行了严格的限制，如欧盟已经先后发布89/677/EEC、1999/51/EC和2002/61/EC法规，规定有机锡混合物用于游离缔合涂料中的生物杀灭剂时，不能在市场上销售；2012年1月1日起，向公众供应的混合物或物品中不得使用锡含量超过0.1wt％的二丁基锡化合物。目前对于不含有机锡催化剂的聚氨酯研究较少，研制环保型且能够很好推广的催化剂对聚氨酯材料的制备至关重要。

另外，由于近年来聚氨酯毒跑道的影响，引起人们对聚氨酯安全问题的重视。塑胶跑道的中毒现象基本上是由聚氨酯塑胶跑道中TDI、溶剂苯、甲苯和二甲苯VOC用量超标引起的。此外，聚氨酯塑胶跑道标准中对有毒重金属和填料也有严格限量，而常用的扩链剂MOCA也因致癌风险而逐年受到禁用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经有机硅、有机磷改性后的聚氨酯材料，其耐热性、阻燃性和力学性能都得到提高，具有低表面能和很好的疏水性、抗污性能；以解决现有技术中聚氨酯胶粘剂耐候性差、抗污性不好、不耐高温及易燃阻燃性差及毒性等问题。

一种有机硅改性阻燃聚氨酯，通过羟烷基硅油、反应型有机磷阻燃剂功能单体与多异氰酸酯、羟基聚合物缩聚反应而在聚氨酯主链上引入硅油链段和有机磷结构单元，所述硅油链段占所述有机硅改性阻燃聚氨酯总重量的1％～10％，所述有机磷结构单元占所述有机硅改性阻燃聚氨酯总重量的1％～10％。

聚氨酯阻燃性能较差，通过加入反应型有机磷与-NCO反应，将有机磷引入聚氨酯主链，且磷能与Si、N起协同作用，可以提高改性聚氨酯阻燃性。

磷系阻燃机理：磷具有强脱水性，在高温燃烧时生成磷酸或聚磷酸，容易形成熔融玻璃质和致密的碳化层覆盖在燃烧物表面，且促进燃烧物表面形成多孔质发泡碳化层，这两者使基质与氧气和热隔绝。