聚磷酸铵阻燃型水性聚氨酯的阻燃性能

聚磷酸铵阻燃型水性聚氨酯的阻燃性能

王文娟

【摘要】以聚碳酸酯二醇、异氟尔酮二异氰酸酯为原料，添加不同用量的聚磷酸

铵(APP)，制备了一系列阻燃水性聚氨酯。UL-94测试表明，随着APP添加量的

增大，水性聚氨酯的阻燃性逐渐增大。锥形量热仪测试表明，随着APP含量从0%增加25%，水性聚氨酯的点燃时间由29 s延长到45 s，最大热释放速率(HRR)由413.2 kW/m2降低到314.3 kW/m2。热重测试表明，水性聚氨酯膜的热稳定性

随着APP含量的增加而逐渐升高，当APP为25%时，热稳定性最好。力学性能

测试表明，随着APP含量的增加，涂膜的拉伸强度及断裂伸长率逐渐下降。综合考虑以上因素，阻燃水性聚氨酯中聚磷酸铵的适宜用量为20%。%A series of flame-retardant waterborne polyurethane were prepared with polycarbonate diol and isophorone diisocyanate as raw materials and by addition of different amounts of ammonium polyphosphate (APP). UL-94 test showed that the flame retardance of waterborne polyurethane is increased with increasing dosage of APP. Cone calorimeter test indicated that the increasing of APP content from 0%to 25%, the ignition time of waterborne polyurethane is extended from 29 s to 45 s, and the peak heat release speed (HRR) is decreased from 413.2 kW/m2 to 314.3 kW/m2. Thermogravimetric analysis revealed that the thermal stability of waterborne polyurethane is improved gradually with increasing APP content up to 25%. Mechanical performance test proved that the increasing of APP content decreases the tensile strength and elongation at break of the film gradually. Comprehensively taking the above factors into

account, the suitable dosage of APP in flame-retardant waterborne polyurethane is 20%.

【期刊名称】《电镀与涂饰》

【年(卷),期】2015(000)006

【总页数】5页(P303-307)

【关键词】水性聚氨酯;阻燃剂;聚磷酸铵;热稳定性;热释放速率;力学

【作者】王文娟

【作者单位】中国石油工程建设公司华东设计分公司，山东青岛 266071

【正文语种】中文

【中图分类】TQ637

聚氨酯是高度易燃材料［1］，氧指数为16.5%，由于在家具以及建筑材料内大量使用，因此具有潜在的火灾隐患。再者，这种材料为孔状结构，有发生无火焰引燃的危险。

添加型阻燃剂不参加聚氨酯的化学反应，只起阻燃作用，本实验即在聚氨酯合成反应过程中添加聚磷酸铵阻燃剂。磷系阻燃剂仅次于卤系阻燃剂，是应用最为广泛的一类阻燃剂，磷系阻燃剂添加到含氧或含氮聚合物中时效果显著［2］。阻燃体系中磷元素分解形成磷酸或聚磷酸，起到脱水催化的作用，未被磷酸化的物质分解生成的可燃性挥发产物减少，促进成炭［3］。聚磷酸铵（APP）能形成黏性熔体，在其表面层或玻璃层起到热传递屏蔽作用，并使火焰去氧，从而降低火焰燃烧能力［4］。磷系阻燃剂作为非卤阻燃剂是比较活跃的研究领域，应用前景十分广阔［5］。聚磷酸铵以共混形式添加到水性聚氨酯中易发生破乳，本实验利用合理工

艺配方、合成方法解决这一问题，在水性聚氨酯（WPU）反应过程中添加APP，制备了一系列APP含量不同的阻燃水性聚氨酯（WPU-APP），并探讨出APP的最大添加量，利用水平燃烧实验（UL-94）、锥形量热仪、热重分析（TG）等对产物的热稳定性及阻燃性进行测试。

1. 1 主要原料

聚碳酸酯二醇（L5651），分子量1 000，济南鲁淮商贸有限公司；异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI），天津巴斯夫化工有限公司；二羟甲基丙酸［DMPA，98%（质量分数，下同）］、1，6-己二醇（96.5%），国药集团化学试剂有限公司；二月桂酸二丁基锡（Sn+4），天津市广成化学试剂有限公司；三乙胺（TEA），天津市富宇精细化工有限公司；丙酮，烟台三合化学试剂有限公司；三羟甲基丙烷（TMP，97%），天津市博迪化工有限公司；聚磷酸铵（APP，98%），山东青岛海化阻燃材料有限公司。以上试剂均为分析纯。

1. 2 APP改性水性聚氨酯的制备

准确称取定量的L5651（10 g）加到干燥的圆烧瓶中，通入氮气。油浴加热，直至L5651融化并混合均匀。加入IPDI（1.27 g）。搅拌混合均匀后，将反应体系的温度升至90 °C，反应2 h；将反应体系的温度降至45 °C，加入定量的DMPA （1 g）、1，6-己二醇（0.35 g）、TMP（0.113 g）、APP（以质量分数来定）和Sn+4（2滴）。其中，将Sn+4溶于丙酮后，用恒压滴液漏斗滴加，边滴加边升温至80 °C，反应3 h；反应完成后，降至室温，加入丙酮，低速搅拌（250 r/min），再加入TEA（0.085 g），5 min后中速搅拌（大于600 r/min），滴加水，40 min滴加完毕，搅拌30 min。然后改变APP的量，其他条件不变，制备出一系列不同APP含量的WPU，实验合成7组样品，APP质量分数分别为0%、5%、10%、15%、20%、25%和30%，编号依次为WPU-APP-0、WPU-APP-1、WPU-APP-2、WPU-APP-3、WPU-APP-4、WPU-APP-5和WPU-