[发明专利]一种无卤阻燃型热塑性聚氨酯纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于阻燃剂制备领域，具体涉及一种无卤阻燃型热塑性聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。所述复合材料包括以下重量份的组份：热塑性聚氨酯58.8‑59.7份，杂化阻燃剂0.3‑1.2份；所述杂化阻燃剂为层状碳化钛‑三氧化钼杂化阻燃剂。本发明所制备得到的纳米复合材料可以实现高效阻燃和抑烟减毒，降低其火灾危险性，且制备原理、方法简单。

技术领域：

本发明属于阻燃剂制备领域，具体涉及一种无卤阻燃型热塑性聚氨酯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术：

热塑性聚氨酯材料是一种具有线形交替软硬链段的工程塑料，硬段的多硬氰酸酯和阔链剂赋予了热塑性聚氨酯材料良好的强度、耐高温、耐油、耐磨性能。近年来，热塑性聚氨酯材料广泛应用于各个领域，如汽车、节能、电线电缆、轻工业与航天领域。

但是，热塑性聚氨酯材料在性能方面存在不足。热塑性聚氨酯材料极性强，塑化时产生热量大，极大提高加工温度使得材料黏度下降、流动异常；热塑性聚氨酯材料的氧指数仅为18，垂直燃烧测试等级仅为V-2级，极易燃烧且在燃烧时会产生HCN、CO等有毒气体并伴随着严重的熔融滴落现象，可加剧火灾严重程度。因此，提高热塑性聚氨酯材料的综合性能，扩大其应用有重要现实意义。

目前，国内外都在积极开展无卤阻燃热塑性聚氨酯材料的研究工作。研究人员已制备多种反应型阻燃剂与添加型阻燃剂。Kuwasaki和Nishiguchi等人将红磷和金属水合物相结合，而Yoon 等人将红磷与三聚氰胺氰尿酸盐、氢氧化镁或氢氧化铝混合用于热塑性聚氨酯材料的阻燃。Lee 等人利用0.5-25wt％的红磷、0.01-20wt％的烷基磷酸酯和芳基磷酸酯、5-50wt％的三聚氰胺氰尿酸盐和三聚氰胺磷酸盐以及三聚氰胺聚磷酸盐与(或)三聚氰胺硼酸盐，而Peerlings和Winkler 等人结合氧化膦和三聚氰胺衍生物通过成炭反应以避免热塑性聚氨酯材料的融滴现象。然而，通过对这些文献调研发现，这些阻燃剂要么添加量较大导致材料机械性能恶化和燃烧过程中产生大量烟毒气，要么阻燃效果不佳难以使材料通过UL-94V-0等级测试。

层状碳化钛作为二维过渡金属碳化物(MXenes)提供了极好的机械性能、亲水表面和金属导电性的独特组合。三氧化钼因其氧化态和配位数易于改变，通过催化燃烧过程中炭渣的形成，对聚合物的抑烟效果有很好的改善作用，使得它可能作为阻燃剂和抑烟剂。Antonio Rodolfo等人研究了MoO₃、CuO、ZnO在聚氯乙烯中的应用。结果表明，添加5％的MoO₃后，聚氯乙烯的峰值热释放率(PHRR)和总产烟量分别降低了32％和47.4％，提高了复合材料的阻燃性能和抑烟性能。王磊等人，研究了MoO₃、FeOOH和Sb₂O₃在聚乙烯醇中的应用，发现5wt％的MoO₃能使复合材料的总产烟量和THR分别降低33.8％和24.4％。然而，层状碳化钛和MoO₃作为阻燃剂，目前仍存在以下技术难题：(1)由于这两种纳米粒子容易发生团聚现象，导致很难制备聚合物纳米复合材料；(2)分别单独添加层状碳化钛和MoO₃获得的阻燃和抑烟减毒效果不理想。考虑到层状碳化钛的催化和物理阻隔效应以及MoO₃的抑烟减毒能力，本发明利用协同分散和协同阻燃效应，将MoO₃负载到层状碳化钛的表面制备杂化阻燃剂，解决纳米粒子易团聚和阻燃、抑烟减毒效率不理想等问题。因此，我们认为层状碳化钛和三氧化钼的杂化复合可赋予热塑性聚氨酯材料良好的阻燃性能和抑烟减毒性能。

发明内容：

本发明的目的是提供一种无卤阻燃型热塑性聚氨酯纳米复合材料及其制备方法，通过引入适当比例的层状碳化钛与三氧化钼，使制备的热塑性聚氨酯纳米复合材料具有高效的阻燃、抑烟减毒性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：