[发明专利]一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法，包括以下重量分的组分：热塑性聚氨酯58.8‑60份、碳化钛纳米片0‑0.92份、氧化石墨0‑1.2份、N‑N‑二甲基甲酰胺250份、水合肼0‑4份。本发明所得的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，集碳化钛纳米片与石墨烯的物理阻隔作用与凝聚相阻燃效果为一体，具有优异的阻燃性能和抑烟减毒性能。

技术领域

本发明属于阻燃剂和阻燃材料制备领域，具体涉及一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。

技术背景

热塑性聚氨酯（TPU）是一种既具有热塑性聚合物的加工性能，又具有硫化橡胶的力学性能的聚合物材料。由于其优异的耐磨性、抗腐蚀性以及自润滑性能，热塑性聚氨酯在汽车零部件、电气、电子等工业、机械传动零件、家用及化妆品等许多领域有着广泛的应用。但是热塑性聚氨酯材料极易燃烧，燃烧时会放出大量的热量，并且会产生大量的烟雾，同时产生诸如CO、HCN等有毒有害气体，不仅会危害人体健康，而且还会对环境产生一定的污染。另外，热塑性聚氨酯燃烧时会发生严重的熔融滴落现象，导致其燃烧时极易发生火灾蔓延。这些缺点在很大程度上限制了热塑性聚氨酯材料的广泛应用。因此，开发低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯材料势在必行。

目前，针对热塑性聚氨酯材料火灾安全性能低下的问题，世界上已经研发出相应的阻燃剂，主要可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两大类。添加型阻燃法是指将阻燃剂以物理分散的形式添加到热塑性聚氨酯材料中，且阻燃剂与热塑性聚氨酯基体都不发生化学反应。这种方法具有成本低、易于加工生产等优点，目前大部分阻燃材料都是用这种方法进行制备。二维片层阻燃剂就是添加型阻燃剂的其中一种，常见的二维片层材料包括蒙脱土、金属双层氢氧化物、氮化硼、二硫化钼等，它们可以作为阻燃剂单独添加到热塑性聚氨酯材料中，也可以与其他阻燃剂进行复配，进而制备出一些具有优异协效性能的阻燃剂。但是，这些二维片层材料添加到热塑性聚氨酯中后，不仅会产生大量的有毒烟气，而且阻燃效率低下。因此，开发新型的低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯材料刻不容缓。

碳化钛纳米片作为一种二维片层材料，由于其固有的高金属导电性、优异的机械稳定性和插层能力，在超级电容器、锂(或钠)离子电池、电磁屏蔽等领域具有十分广阔的应用前景。此外，碳化钛因其自身热稳定性好且片层导热性低，可以在聚合物材料热解和燃烧过程中发挥片层阻隔效应。与此同时，过渡金属元素钛可以促进聚合物基体形成致密碳层，能够有效阻止燃烧区和聚合物基体之间的物质和能量交换，抑制聚合物的降解，同时也能阻止有毒烟气的释放。

石墨烯是一种二维平面内由sp²杂化的碳原子有序排列而成的纳米材料。其作为一种典型的二维材料，具有优异的催化成碳效应和其高效的片层物理阻隔效应，经常被用作聚合物的阻燃添加剂，也有一定的阻燃效果。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，通过引入适当的碳化钛纳米片/石墨烯杂化物，使制备的热塑性聚氨酯复合材料具有高效的阻燃性能和抑烟减毒性能。

本发明的第二个目的是提供一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一个方面提供了一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，包括以下重量份数的组分：热塑性聚氨酯58.8-60份、碳化钛纳米片0-0.92份、氧化石墨0-1.2、N-N-二甲基甲酰胺250份、水合肼0-4份；

所述碳化钛纳米片通过以下步骤制备而成：

在磁力搅拌下将1.56克氟化锂，1克碳铝钛缓慢加入到装有20毫升盐酸的离心管中，并于35℃条件下反应48小时，获得碳化钛溶液，待碳化钛溶液水洗至中性后，加入一定量去离子水并在冰浴条件下超声搅拌30分钟，离心，取上层液，即得碳化钛纳米片。

所述氧化石墨通过以下步骤制备而成：