本文以聚醚聚氨酯材料中的热塑性聚氨酯弹性体(20200723063944)

无卤阻燃聚氨酯研究

本文以聚醚聚氨酯材料中的热塑性聚氨酯弹性体(TPU)和水性聚氨酯(WPU)涂料作为研究对象，采用无卤阻燃技术对其进行改性，对于所

设计的阻燃体系，主要考察了阻燃材料的阻燃性能及阻燃机理，并对材料的力学性能等其它相关性能进行了简单研究，具体可以分为以下三个方面：1、采用二乙基次膦酸铝(ADP)和三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)为主阻燃剂，复配二氧化钛(TiO2)和氧化铝(Al2O3)阻燃聚醚型TPU，得到阻燃性能、力学性能、加工性能均较好的阻燃材料。当TPU/ADP/MCA/TiO2/Al2O3质量比为7015/12/21.2.11.6.146]等人采用三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)和有机黏土对TPU进行阻燃改性，通过极限氧指数(LOI)和锥形量热测试可知当三聚氰胺氰尿酸盐添加量达到18%，有机粘土添加量为5%时，体系的极限氧指数(LOI)可达%，最大热释放速率由2250KW/m2下降到340KW/m2。Serge Bourbigot[47]等人用聚倍半硅氧烷对TPU进行阻燃改性，通过SEM发现聚倍半硅氧烷在燃烧时形成Si-O-Si网络，从而提高了TPU的阻燃性能及热稳定性。孙晓丽[48]等人采用复配磷氮阻燃剂FRS和有机黏土CLAY对聚酯型TPU进行阻燃，研究发现当FRS添加量为18%，CLAY添加量为1%时，阻燃材料垂直燃烧可达V-0级，极限氧指数(LOI)高达%。Toldy A.[49]等人比较了大量添加型阻燃剂和反应型阻燃对TPU阻燃性能的影响，研究发现增加磷含量可以提高极限氧指数(LOI)，但是在不采用进一步协效阻燃情况下对垂直燃烧等级提高不大；有机黏土可以提高极限氧指数，但是却加速了TPU的降解；通过胺类稳定剂可以阻止TPU熔

滴。Chi Feifei[50]等人采用废旧棉、大麻纤维和TPU共混，研究发现当废旧棉和大麻纤维质量比为40：60时，与浓度为60%的TPU共混后热压，复合材料的拉神强度可达，热传递系数为，热稳定性和阻

燃型均提高。第一章绪论11 岩崎周[51]等发明了一种无卤阻燃TPU电缆，使用三嗪衍生物和含磷化合物作为阻燃剂，达到阻燃标准同时，力学性能保持较好。

3）新的无卤阻燃剂Shan Xueying[52]等人合成出了带有Ni(OH)(PO4)2-结构的NaNiP类阻燃剂，如Na(H3O)2{Ni4(OH)4(HPO4)3(H2PO4)}，简称NaNiP。研究发现当19%的IFR阻燃剂复配1%的NaNiP阻燃TPU时，材料可达V-0级，而20%的IFR阻燃TPU却达不到任何阻燃级别，1%的NaNiP可将TPU的极限氧指数(LOI)提高5%。肖守松[53]等自制了一种同时含氮、磷的阻燃剂CMA，当添加量达到%时，阻燃材料达到垂直燃烧V-0级，极限氧指数(LOI)高达%。张通[54]等人合成了带双羟基磷酸酯BBHP，将其用于TPU中，发现随着BBHP用量的增加，材料的阻燃性能提高，

当BBHP添加量为10～12%时，阻燃TPU的极限氧指数(LOI)达到27%。无卤阻燃聚醚型WPU研究进展 1.7.1 WPU概述聚醚型WPU最初由聚醚多元醇与异氰酸酯反应合成预聚体，然后采用高速机械搅拌将预聚体在外加乳化剂存在下分散在水中形成。该种方式获得的聚醚型WPU固含量低且易破乳，目前聚醚型WPU的制备主要靠聚氨酯预聚

体合成过程中引入亲水性扩链剂，根据亲水性扩链剂的电荷不同可分

为阴离子型、阳离子型和非离子型(如聚乙二醇类)，具体如下[55,56]：阴离子型：扩链剂为带有磺酸基和羧基的多元醇类，最后加碱中和成盐，如图1-5所示。COONEt3 SO3Na 图1-5 阴离子型WPU结构示意图The structural formula of anionic WPU 阳离子型：扩链剂为胺类，最后加酸中和成盐，如图1-6所示。华南理工大学硕士学位论文12 NCH3OOCH HCOONH(CH3)2 图1-6 阳离子型WPU结构示意图The structural formula of cationic WPU 非离子型：将聚乙二醇引入到分

子链端、中间等位置，一般亲水端较大，如图1-7所示。O(CH2CH2O)nCH3 O(CH2CH2O)nCH3 图1-7 非离子型WPU 结构示意图The structural formula of nonionic WPU 聚醚型水性聚氨酯体系中几乎不含有机溶剂，具有无毒、环保、节能储存等一

系列优点，使用方便，同时具备聚氨酯的耐磨损、高弹性、高强度等

优点，广泛用在建筑、纺织、家具、医药等领域。由于产业结构调整，在木器、建筑、纺织等领域，聚醚型水性聚氨酯涂料使用越来越广泛，

但是由于其固化后易燃、发烟量大、释放大量有毒气体等严重制约了

其使用。因此，无卤阻燃聚醚型水性聚氨酯的研究越来越受到关注。WPU无卤阻燃研究进展目前国内外无卤阻燃聚醚型水性聚氨酯涂

料的研究主要有以下几种方法[57~59]：一是引入带有阻燃基团的单体

或中间体，阻燃效率高，但是成本昂贵，目前尚无产品。二是添加阻

燃剂，分为膨胀型和非膨胀型，膨胀型阻燃性率高，但存在难以分散、

耐水性差等缺点，如常用的酸源聚磷酸铵单独加入水性聚氨酯乳液时

会导致破乳，如果经过处理变成不水溶时，又难以乳化；而三聚氰胺

焦磷酸盐(MPP)等酸源同样难以在水性聚氨酯乳液中分散；聚磷酸铵(APP)复配气源和碳源可以加入到水性聚氨酯中，阻燃效率较高，但

是涂料的耐水性不符合要求；非膨胀型如Al(OH)3、Mg(OH)2，价格低，但是阻燃效率差。三是复合阻燃方式，如采用环氧树脂、有机硅、丙烯酸酯、无机纳米粒子等改性[60~63] 后复配阻燃剂。（1）引入含阻燃基团的单体或中间体第一章绪论13 Chen He [64]等人以含磷多元醇为原料，制备出了不同含磷量的水性聚氨酯阻燃材

料，结果发现水性聚氨酯胶膜的LOI随着磷含量的提高而增大。Celebi[65]等人在水性聚氨酯分子链中引入了含磷的双羟基化合物，控制NCO/OH的比值在，二羟甲基丙酸的质量百分比为%，结果发现当磷含量达%时，体系的LOI达到29%。张洪磊[66]将N-N二羟乙基-亚磷酸甲胺二乙酯引入到水性聚氨酯中，发现当磷元素含量占总质量的4%时，固化后胶膜的LOI可达33%。李芬[67]等人在WPU合成过程中引入N,N-双(2-羟甲基)氨基乙基膦酸二甲酯制得阻燃水性聚氨酯，该涂层具有较好的阻燃性能、透明性和耐水性等优点，当阻燃剂

含量为15%时，胶膜的LOI达到%。Sun Daoxing[68]等人首先采用叠氮化合物对纳米蒙脱土进行表面改性，然后将其与含炔烃的WPU 进行反应，通过锥形量热测试和热失重分析可知，材料的阻燃性能和热稳定性得到提高。这些性能的优化均取决于点击反应链接了蒙脱土

和水性聚氨酯。