CN104761881A - 一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：聚氨酯树脂40-70份，顺丁烯二酸酐1-6份，阻燃剂5-10份，发泡剂2-8份，消烟剂1-4份，交联剂1-3份。本发明还公开了该聚氨酯鞋底材料的制备方法。本发明提供的聚氨酯鞋底材料，具有优异的阻燃性能，耐磨性能好、机械强度大、粘接性能好、弹性大、低温柔性好，无毒，有利于环境保护。
Description
技术领域：
本发明涉及高分子技术领域，具体的涉及一种无卤阻燃聚氨酯鞋底材料。
背景技术：
鞋底材料的种类很多，一般分为天然类鞋底材料和合成类鞋底材料两种。天然类鞋底材料包括天然底革、竹、木材等，合成类鞋底材料包括橡胶、PU材料、PVC合成树脂等。鞋底材料共通的特性具备耐磨、耐水、弹性好、容易适合脚型、定型后不易变形等等条件。目前合成类鞋底材料是应用最广泛的一类鞋材。目前,聚氨酯工业正处于迅猛发展的时期，聚氨酯材料耐磨性能好、机械强度大、粘接性能好、弹性好、低温柔性好，被广泛用于鞋底材料，但是其阻燃性差，燃烧时还会产生更多的有毒气体。因此，需要对聚氨酯材料进行阻燃处理。
常用的阻燃剂有卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷－卤系阻燃剂、磷－氮系阻燃剂等几类。卤系阻燃剂阻燃效果好，效率高，使用方便，与树脂相溶性最好且便于加工，但是其对环境危害大；磷系阻燃剂多为液体，闪点低，高温可能释放有毒气体。
中国专利(CN201310249744.2)公开了一种阻燃聚氨酯鞋底材料，其采用磷系阻燃剂来提高聚氨酯材料的阻燃性能，但是其在高温易释放大量有毒气体，不仅危害环境，还对人体健康不利，且其和聚氨酯树脂相容性比较差；中国专利(CN201210552552.4)公开了一种高级阻燃聚氨酯喷涂泡沫材料，其添加的阻燃剂为甲基磷酸二甲酯、磷酸三乙酯、三(2-氯丙基)磷酸酯、三(2-氯乙基)磷酸酯和乙基磷酸二乙酯中的一种两种或多种，但是该类阻燃剂易挥发，且耐热性差，与聚氨酯材料混合后得到的复合材料的机械性能差。
发明内容：
本发明的目的是提供一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，具有优异的阻燃性能，耐磨性能好、机械强度大、粘接性能好、弹性大、低温柔性好，无毒，有利于环境保护。
本发明的另一个目的是提供该聚氨酯鞋底材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂40-70份，
顺丁烯二酸酐1-6份，
阻燃剂5-10份，发泡剂2-8份，
消烟剂1-4份，交联剂1-3份。
作为上述技术方案的优选，一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂60份，
顺丁烯二酸酐5份，
阻燃剂7份，发泡剂5份，
消烟剂3份，交联剂3份。
作为上述技术方案的优选，所述阻燃剂为淀粉磷酸酯蜜胺盐和多孔氧化硅的混合物，二者质量比为3:1。
作为上述技术方案的优选，所述多孔氧化硅的密度为0.65g/cm3，孔隙率为95％。
作为上述技术方案的优选，所述发泡剂为AC发泡剂、植物蛋白、明胶中的一种或几种混合物。
作为上述技术方案的优选，所述消烟剂为氢氧化镁。
作为上述技术方案的优选，所述交联剂为斯盘-80、吐温-80、KH560中的一种或几种混合。
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚氨酯树脂、顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合5-10min，温度控制在80-100℃；
(2)向高速捏合机中加入阻燃剂、发泡剂、消烟剂、交联剂，继续捏合20-30min，温度控制在100-110℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机挤出造粒后注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中所述捏合的时间为28min，温度控制在105℃。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，挤出造粒的条件为：机身温度：112℃，机头温度为120℃；注塑成型的条件为：机身温度：145℃，机头温度：150℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用淀粉磷酸酯蜜胺盐作为阻燃剂，其和聚氨酯材料具有很好的相容性，利用P-N协同效应，大大提高了聚氨酯材料的阻燃性，且其具有一定的可生物降解性能；
多孔氧化硅的加入可以提高聚氨酯材料的低温屈服强度，在材料燃烧时，多孔氧化硅会提高燃烧炭层的强度，从而阻止燃烧过程中热量和物质的传递，减慢了聚氨酯材料的热释放速率，从而提高了聚氨酯鞋底材料的阻燃性能；本发明采用顺丁烯二酸酐作为相容剂，可以有效提高添加剂与聚氨酯材料的相容性，可以提高聚氨酯材料的拉伸性能，且其具有生物降解性能，有利于环境保护；
本发明提供的环保阻燃聚氨酯鞋底材料，制备工艺简单，易于操作，原料来源丰富，价格低廉，成本低。
具体实施方式：
为更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂40份，顺丁烯二酸酐1份，
阻燃剂5份，发泡剂2份，
消烟剂1份，交联剂1份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将40份聚氨酯树脂、1份顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合5min，温度控制在80℃；
(2)向高速捏合机中加入5份阻燃剂、2份发泡剂、1份消烟剂、1份交联剂，继续捏合20min，温度控制在100℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机在机身温度为112℃，机头温度为120℃的条件下基础造粒；后在机身温度为145℃，机头温度为150℃的条件下注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
实施例2
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂70份，顺丁烯二酸酐6份，
阻燃剂10份，发泡剂8份，
消烟剂4份，交联剂3份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将70份聚氨酯树脂、6份顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合10min，温度控制在100℃；
(2)向高速捏合机中加入10份阻燃剂、8份发泡剂、4份消烟剂、3份交联剂，继续捏合30min，温度控制在110℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机在机身温度为112℃，机头温度为120℃的条件下基础造粒；后在机身温度为145℃，机头温度为150℃的条件下注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
实施例3
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂50份，顺丁烯二酸酐2份，
阻燃剂6份，发泡剂3份，
消烟剂2份，交联剂2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将50份聚氨酯树脂、2份顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合6min，温度控制在85℃；
(2)向高速捏合机中加入6份阻燃剂、3份发泡剂、2份消烟剂、2份交联剂，继续捏合22min，温度控制在102℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机在机身温度为112℃，机头温度为120℃的条件下基础造粒；后在机身温度为145℃，机头温度为150℃的条件下注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
实施例4
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂55份，顺丁烯二酸酐3份，
阻燃剂7份，发泡剂4份，
消烟剂3份，交联剂1份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将55份聚氨酯树脂、3份顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合7min，温度控制在88℃；
(2)向高速捏合机中加入7份阻燃剂、4份发泡剂、3份消烟剂、1份交联剂，继续捏合24min，温度控制在104℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机在机身温度为112℃，机头温度为120℃的条件下基础造粒；后在机身温度为145℃，机头温度为150℃的条件下注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
实施例5
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂60份，顺丁烯二酸酐4份，
阻燃剂8份，发泡剂5份，
消烟剂2份，交联剂2份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将60份聚氨酯树脂、4份顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合8min，温度控制在90℃；
(2)向高速捏合机中加入8份阻燃剂、5份发泡剂、2份消烟剂、2份交联剂，继续捏合26min，温度控制在106℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机在机身温度为112℃，机头温度为120℃的条件下基础造粒；后在机身温度为145℃，机头温度为150℃的条件下注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
实施例6
一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂65份，顺丁烯二酸酐5份，
阻燃剂9份，发泡剂7份，
消烟剂4份，交联剂3份。
其制备方法包括以下步骤：
(1)将65份聚氨酯树脂、5份顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合9min，温度控制在98℃；
(2)向高速捏合机中加入9份阻燃剂、7份发泡剂、4份消烟剂、3份交联剂，继续捏合28min，温度控制在108℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机在机身温度为112℃，机头温度为120℃的条件下基础造粒；后在机身温度为145℃，机头温度为150℃的条件下注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
下面对本发明提供的聚氨酯鞋底材料进行性能测试。
(1)阻燃性能
用极限氧指数来表征聚氨酯鞋底材料的阻燃性能，极限氧指数越高，表示材料的阻燃性能越好，表1为本发明实施例中提供的聚氨酯鞋底材料的极限氧指数的测试结果，对比例为普通聚氨酯鞋底材料。
表1
从表1来看，与普通聚氨酯鞋底材料相比，本发明提供的环保聚氨酯鞋底材料的阻燃性能佳。
(2)机械性能
用拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度来表征聚氨酯材料机械强度的大小。
表2
从表2来看，与普通聚氨酯鞋底材料相比，本发明提供的聚氨酯鞋底材料机械性能好。
Claims (10)
1.一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂 40-70份，
顺丁烯二酸酐 1-6份，
阻燃剂5-10份，发泡剂 2-8份，
消烟剂1-4份，交联剂 1-3份。
2.如权利要求1所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：
聚氨酯树脂 60份，
顺丁烯二酸酐 5份，
阻燃剂7份，发泡剂 5份，
消烟剂3份，交联剂 3份。
3.如权利要求1所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，其特征在于，所述阻燃剂为淀粉磷酸酯蜜胺盐和多孔氧化硅的混合物，二者质量比为3:1。
4.如权利要求3所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，其特征在于，所述多孔氧化硅的密度为0.65g/cm3，孔隙率为95％。
5.如权利要求1所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，其特征在于，所述发泡剂为AC发泡剂、植物蛋白、明胶中的一种或几种混合物。
6.如权利要求1所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，其特征在于，所述消烟剂为氢氧化镁。
7.如权利要求1所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料，其特征在于，所述交联剂为斯盘-80、吐温-80、KH560中的一种或几种混合。
8.如权利要求1至7任一所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将聚氨酯树脂、顺丁烯二酸酐在高速捏合机中捏合5-10min，温度控制在80-100℃；
(2)向高速捏合机中加入阻燃剂、发泡剂、消烟剂、交联剂，继续捏合20-30min，温度控制在100-110℃，得到混合物料；
(3)将步骤(2)得到的混合物料由单螺杆挤出机挤出造粒后注塑成型，得到环保型阻燃聚氨酯鞋底材料。
9.如权利要求8所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述捏合的时间为28min，温度控制在105℃。
10.如权利要求8所述的一种环保阻燃聚氨酯鞋底材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，挤出造粒的条件为：机身温度：112℃，机头温度为120℃；注塑成型的条件为：机身温度：145℃，机头温度：150℃。
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