[发明专利]一种高阻燃水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明提供了一种水性聚氨酯及其制备方法。本发明将不含磷多元醇与特定的式(1)含磷多元醇、式(2)所示含磷稳定剂及多异氰酸酯反应形成预聚物，乳化后，与含磷扩链剂反应，形成水性聚氨酯。采用式(1)含磷多元醇向聚氨酯分子链的软段引入含膦基团，成为水性聚氨酯结构单元的一部分，使之在不添加阻燃剂的情况下即具有阻燃性；采用式(2)所示含磷稳定剂可促进含膦水性聚氨酯的乳化，并解决扩链后乳液不稳定的问题，从而解决了在聚氨酯分子结构中引入含膦基团时难以乳化、难以形成水性分散液的问题。而且，本发明水性聚氨酯的软段、稳定剂及扩链剂均引入含膦基团，极大提高了阻燃性能，同时特定含磷结构的引入也增强了水性聚氨酯的粘结力。

技术领域

本发明涉及有机聚合物领域，特别涉及一种高阻燃水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是由柔性软段(聚酯/聚醚多元醇)和刚性硬段(异氰酸酯、小分子扩链剂)交替形成的嵌段型高分子绿色环保材料。水性聚氨酯不仅具有聚氨酯特有的柔韧性、耐摩擦性、耐低温性能以及良好的成膜能力，同时其以水为分散剂，具有极低的VOC排放，降低了环境污染，广泛应用于胶粘剂、涂料、织物整理剂、皮革涂饰剂、纸张和纤维表面处理剂、水性油墨、造纸等领域。在过去数十年来，水性聚氨酯一直受到人们的广泛关注，因此对其进行了大量的研究。

然而，水性聚氨酯这种高分子材料，其极限氧指数(LOI)通常较低，即阻燃性较差，在使用过程中不可避免的存在火灾隐患。为减少火灾危险并能更好保护人们的生命财产安全，赋予水性聚氨酯阻燃性能已成为水性聚氨酯功能化的重要内容。

现有技术中对水性聚氨酯进行阻燃改性存在多种方式：在水性聚氨酯中增加阻燃剂，对其进行阻燃改性，可获得具有一定阻燃性能的水性聚氨酯。常添加的阻燃剂有氧化锑、氢氧化铝、氢氧化镁、蒙脱土、膨胀石墨等无机阻燃剂，以及含溴、硼、氮、硅、磷等阻燃元素的有机阻燃剂。这类添加型阻燃水性聚氨酯工艺简单，但是，共混加入阻燃成分，极易降低水性聚氨酯乳液稳定性，甚至导致破乳，同时这些阻燃剂难于稳定分散在水性聚氨酯中，易形成沉淀。尽管液态阻燃剂不会产生沉淀，但是它会影响水性聚氨酯的成膜性以及成膜后所形成胶膜的性能，如胶膜发粘，粘结性能不足等，同时液体阻燃剂容易迁出。无机物(如氢氧化镁、氢氧化铝等)填充改性一般需要添加较多的量才能达到阻燃效果，但添加大量无机物又影响聚氨酯的其他性能。目前市场上对织物进行阻燃整理的添加型阻燃水性聚氨酯，存在涂层不透明、阻燃剂添加量大、耐水洗性差、易迁移的缺点，从而影响织物外观。此外，在聚氨酯分子结构中引入阻燃成分，也可提高阻燃性能，但是当阻燃成分增加时，聚氨酯难以乳化，所形成的水分散液不稳定，即无法形成水性聚氨酯或稳定性差，存在施工和应用上的问题，且影响使用性能(如阻燃性、粘结性等)的发挥。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯及其制备方法。本发明提供的水性聚氨酯能够提高阻燃性和粘结力，且在制备过程中易乳化、所形成聚氨酯分散液稳定性好。

本发明提供了一种高阻燃水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

a)将多元醇、稳定剂和多异氰酸酯进行预聚反应，得到预聚物；

b)将所述预聚物进行乳化，得到乳液；

c)将所述乳液与含磷扩链剂混合反应，形成水性聚氨酯；

所述多元醇包括聚多元醇；

所述聚多元醇为不含磷多元醇和聚磷酸酯多元醇；

所述聚磷酸酯多元醇具有式(1)所示结构：

式(1)中：R为取代或非取代的烷基、取代或非取代的苯基；聚合度n为1～20；

所述稳定剂包括膦酸酯基稳定剂；所述膦酸酯基稳定剂具有式(2)所示结构：