[发明专利]一种氧化锌-DOPO功能化苯并三唑复合改性聚氨酯材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氧化锌‑DOPO功能化苯并三唑复合改性聚氨酯材料的制备方法，以苯并三唑，三聚氰胺和9，10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物(DOPO)作为原料依次反应，制备得到有机紫外吸收剂，该有机紫外吸收剂结构中同时含有苯并三唑和P‑H键部分，P‑H键片段能够捕获自由基，且与苯并三唑之间存在互相保护，能提高紫外线吸收片段和高分子材料的耐光性和耐黄变性，同时能提高聚氨酯材料的阻燃性能；通过复配纳米氧化锌，利用其广泛的紫外光吸收性及与有机紫外吸收剂的协同作用，进一步提高聚氨酯材料的紫外光吸收有效性和材料稳定性。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种氧化锌-DOPO功能化苯并三唑复合改性聚氨酯材料及其制备方法。

背景技术

自20世纪80年代开始，聚氨酯(PU)材料作为涂膜材料被广泛应用，尤其是在建筑应用中占据着格外重要的地位。聚氨酯材料具有良好的物理力学性能和优异的、耐酸和耐碱性能，并且综合性能好，强度高，延伸率大，弹性、粘结密封性能好，施工艺简单，施工、固化环境限制少，适用于建筑各种部位的使用。聚氨酯根据异氰酸酯种类的不同可将PU分为脂肪族PU、脂环族PU和芳香族PU。其中芳香族聚氨酯结构中含有-NHCOO-与芳环共轭结构单元的高分子化合物，其附着力强、耐磨性好和耐化学品等卓越性能，同时其较低的价格也有明显的竞争优势而得到广泛应用。但是，芳香族PU在紫外辐射等条件下的分子链结构稳定性差，紫外光照射下会使得聚氨酯中芳环及氨基甲酸酯官能团易氧化或断键而出现明显的老化现象，导致聚氨酯材料降解和变色以及机械强度大幅度下降等不可逆变化；而且聚氨酯密度小，极限氧指数仅为16-18％，属易燃材料，同时，聚氨酯在燃烧时会产生大量的CO和HCN等有毒性气体，这些都大大限制了聚氨酯材料的推广和使用。

目前，关于改善芳香族PU抗紫外光老化性能既直接又行之有效的方法是向PU基材中加入添加紫外吸收剂。材料中添加紫外吸收剂要求其具有安全无毒，紫外线吸收效果好，对热、光和化学品稳定，耐酸碱、耐溶剂等性能良好等。目前，常见的紫外线吸收剂包括光屏蔽剂，如ZnO；以及有机紫外线吸收剂，如苯并三唑类。其中，纳米ZnO具有较高的化学稳定性、热稳定性、非迁移性、无味、无毒、无刺激性，折光率高，对紫外线的散射能力强，可以提供广谱的紫外保护(UVA和UVB)，并且价格低廉，是目前使用最多的无机紫外屏蔽剂。而苯并三唑类紫外线吸收剂的吸收波长的范围广，在300-385nm内均具有较高的吸光指数，接近于理想吸收剂的要求，它具有耐油、耐变色、挥发性低、毒性小、与聚合物相容性好的优点，适用于各种浅色制品，是目前产量最大的紫外线吸收剂，被广泛用在各种高分子合成材料和制品中。

但是，纳米ZnO的高光催化活性会加速其周围环境中有机物的碳一碳键断裂，加快物质老化和氧化降解的速度，缩短材料的使用寿命；而苯并三唑类紫外线吸收剂应用中由于苯并三唑类紫外线吸收剂相对分子质量较小，在高分子材料中容易迁移扩散而损失，导致紫外线吸收的效率降低而限制了它的使用。

现今在市场中所存在的聚氨酯材料使用中均需添加阻燃剂以达到阻燃的目的。常见的阻燃剂主要分为反应型和添加型。添加型阻燃剂是以物理方式分散于聚氨酯基体中，与聚氨酯基体及其反应原料之间不发生化学反应，制造工艺不必做很大变动，阻燃效果显著，在目前工业上应用最广泛，约占总产量的90％左右。添加型阻燃剂按阻燃元素卤系、磷系、氮系、硅系、锑系、铝系、镁系等。磷系阻燃剂主要分为无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂，磷酸铵和多聚磷酸铵及相应产品是目前磷系阻燃剂比较活跃的研究领域，作为非卤阻燃剂，其前景十分广阔。但是，这些阻燃剂存在热稳定性、耐水性、喷霜性、加工性等不足的问题。

随着工业的发展，提供一种不含外加阻燃剂的耐光性、耐黄变性和阻燃性能好的聚氨酯材料成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氧化锌-DOPO功能化苯并三唑复合改性聚氨酯材料及其制备方法。本发明提供的制备方法制备的氧化锌-DOPO功能化苯并三唑复合改性聚氨酯材料不含外加阻燃剂，且耐光性、耐黄变性和阻燃性能好。