[发明专利]生物基阻燃聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生物基阻燃聚氨酯及其制备方法，它是以含磷双官能单体DOMF与二异氰酸酯反应形成线性聚合物，然后引入生物基多元醇作为网络节点，形成生物基网络结构阻燃聚氨酯；它的含磷双官能单体DOMF是9，10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物与生物基原料5‑羟甲基糠醛的加成产物，将其与二异氰酸酯在催化剂的作用下反应，形成具有阻燃功能的线性聚合链段，然后引入生物基多元醇作为交联点，形成生物基网络结构的阻燃聚氨酯；通过本发明方法得到的产物具有良好的阻燃性能，均通过UL‑94 V0测试，既作为本质型阻燃聚氨酯使用，又作为阻燃剂用于高分子材料中。

技术领域

本发明属于阻燃剂领域，具体涉及一种生物基阻燃聚氨酯及其制备方法。

背景技术

阻燃剂是一种能够显著改善可燃易燃材料燃烧性能的化工助剂，广泛应用于材料的阻燃加工中。当前阻燃剂作为一种化学化工产品，其制备的原料主要来源于石化资源。但是石化资源是不可再生资源，过度依赖于地球储量并且随着其过度消耗，已经引起了全球的能源和环境危机。为了解决该问题，必须寻找不可再生资源的替代产品，形成可持续发展模式。生物质材料由于储量丰富，具有环境友好、可再生等特点而成为解决方案之一，因此利用生物质能源来制备阻燃添加剂具有非常重要的意义。

目前阻燃剂的分子结构主要有小分子结构，直链聚合物结构和网状大分子结构，其中网络结构的阻燃剂具有更加优异的成炭性能，将其作为成炭剂应用于阻燃高分子材料的过程中，表现出更加高效的阻燃效率。因此，利用具有环境友好、可再生等特点的生物基单元制备网状结构阻燃剂具有广阔的发展前景和工业应用价值。

发明内容

本发明的目的是：提供一种生物基阻燃聚氨酯及其制备方法，通过该制备方法得到生物基阻燃聚氨酯，该类化合物具有高效阻燃和成炭性能，可作为阻燃聚氨酯，也可作为阻燃剂用于高分子材料中。

本发明的技术解决方案是：以双官能单体DOMF与二异氰酸酯反应形成线性聚合物，然后引入生物基多元醇作为网络节点，形成生物基网络结构阻燃聚氨酯，典型的阻燃聚氨酯的结构式如下所示：

其中，所述双官能单体DOMF为9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物与生物基原料5-羟甲基糠醛的加成产物，结构式为：

其中，所述二异氰酸酯为以下结构中的一种：

甲苯二异氰酸酯(TDI)

二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)

环己基二异氰酸酯

1,5-萘二异氰酸酯(NDI)

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)

对苯二异氰酸酯

己二异氰酸酯(HDI)

3,3'-联甲苯-4,4'-二异氰酸酯

3,3'-二甲基-二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯

对苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)

其中，所述多元醇为：

上述生物基阻燃聚氨酯的制备方法，包括以下具体工艺步骤：将DOMF与二异氰酸酯按一定摩尔比完全溶解在除水的溶剂中，机械搅拌均匀，加入催化剂，真空脱气后，在50-70℃、氮气保护下预聚4-6h；利用丙酮-二正丁胺法滴定异氰酸酯残留量，加入适量多元醇作为扩链剂，升温至70-90℃后继续反应1-4h，利用红外光谱仪检测异氰酸根含量，反应结束后，将溶剂挥发得到聚氨酯产物。