CN109054351A - 无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型的无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备，其特征在于先利用相容剂或偶联剂对天然高分子成炭剂进行改性以改善其相容性，再与聚磷酸铵以不同比例制备新型无卤膨胀阻燃剂(5wt％‑10wt％)，之后将膨胀阻燃剂与聚合物基体(90wt％‑95wt％)通过双螺杆和压片机挤出造粒、压片成型。本发明的效果是替代了含卤阻燃剂，并在添加量较低的情况下有效地阻燃了热塑性聚氨酯材料，降低生烟量，提高了热塑性聚氨酯的应用前景。

Description

无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备

技术领域

本发明涉及一种新型的无卤膨胀阻燃体系且阻燃剂添加量低、阻燃效率高、无熔滴、生烟量少、热释放速率显著降低的热塑性聚氨酯复合材料的制备。

背景技术

热塑性聚氨酯(TPU)的柔韧性、耐磨性和耐候性等性能优良，因此在电线电缆、纺织业、建筑、汽车铁路及航空等各个领域行业的应用前景非常高。但是由于本身结构特殊,TPU极容易燃烧且燃烧时火焰剧烈并且伴有浓烈的黑烟,热释放量大,同时具有严重的熔滴滴淌现象，严重限制了它的应用，因此现在业内着力进行对TPU的阻燃改性研究。

目前TPU的阻燃改性主要是使用卤系阻燃剂，其阻燃性能好而且力学强度高，但由于其燃烧时容易放出刺激性和腐蚀性的有毒气体，且自身易造成污染环境，已被欧盟禁止。相对于其它类型的阻燃剂,膨胀型阻燃剂具有无卤、低毒、低烟，添加量低、对TPU机械性能影响较小等优点，是目前高效无卤、环境友好型阻燃剂。

本发明使用TPU作为基体，以聚磷酸铵(APP)作为酸源和气源，以改性天然高分子成炭剂(改善基体相容性)作为碳源，制备无卤可膨胀阻燃TPU复合材料。该发明阻燃剂添加量低且有效地改善了TPU的易燃烧、熔滴严重的现象，及TPU燃烧时产生大量浓烟、热释放量大的问题，具有很高的应用价值。

发明内容

本发明涉及一种新型的无卤可膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备，同时添加量低、阻燃效率高、无熔滴、生烟量少、热释放速率显著降低。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

该阻燃复合材料的组分及含量：

聚合物基体(90wt％-95wt％)，膨胀阻燃剂(5wt％-10wt％)。

本发明所述的聚合物基体为聚醚型或聚酯型热塑性聚氨酯，

本发明所述的膨胀阻燃剂为不同比例的聚合度不同的聚磷酸铵和改性天然高分子成炭剂。

该发明包括以下步骤：

1)改性天然高分子成炭剂的制备：配置一定浓度的相容剂溶液，在一定温度下，选取适当比例的100目天然高分子成炭剂和相容剂溶液加入到三口烧瓶中，搅拌一定时间后过滤烘干，研磨过筛后得到100目的改性天然高分子成炭剂1。或在一定温度下，选取适当比例的天然高分子成炭剂、偶联剂和95％乙醇溶液加入到三口烧瓶中，调节pH，搅拌一定时间后过滤烘干，研磨过筛后得到100目的改性天然高分子成炭剂2。

2)按照以下组分配比备料：聚合物基体(90wt％-95wt％)，膨胀阻燃剂(5wt％-10wt％)。

3)利用双螺杆挤出机和压片机将所配物料在160-190℃熔融共混并挤出造粒、热压成型。

本发明所述的聚磷酸铵为聚合度为50、200、1000其中的一种。

本发明所述的天然高分子成炭剂为淀粉、纤维素、壳聚糖、干酪素、竹粉、木粉、环糊精、甲壳素、木质素中的一种。

本发明所述的相容剂为环状酸酐型(MAH)、羧酸型、环氧型、磷酸盐型、恶唑啉型、酰亚胺型、异氰酸酯型、低分子型中的一种。

本发明所述的偶联剂为铬络合物偶联剂、硅烷偶联剂(KH550、KH560、KH570、KH792、DL602、DL171)、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种。

具体实施方式

实例一：

制备改性天然高分子成炭剂：

将相容剂溶于去离子水中配置成10-17％的溶液，在25℃下，将100目的天然高分子成炭剂与相容剂溶液以1:4-1:7的比例加入到三口烧瓶中，搅拌4h后过滤烘干，研磨过筛后得到100目的改性天然高分子成炭剂1。

制备无卤可膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料：

各组分含量：

聚醚型或聚酯型热塑性聚氨酯(90-95wt％)，聚合度不同的聚磷酸铵(4-9wt％)，改性天然高分子成炭剂1(1-3wt％)。

制备方法：

在160-180℃、转速为15r/min条件下，利用双螺杆挤出机将所配物料熔融共混并挤出造粒，出料后通过热压机在190℃下热压成型，制备出无卤可膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料。

实例二：

制备改性天然高分子成炭剂：

100目的天然高分子成炭剂、偶联剂和95％乙醇溶液以10:1:40-20:1:60的比例加入到三口烧瓶中，再向其中加入10％的氢氧化钠溶液调节pH值在8-10，在80℃下搅拌4h后，过滤烘干得到产物2，研磨过筛后得到100目的改性天然高分子成炭剂2。

制备无卤可膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料：

各组分含量：

聚醚型或聚酯型热塑性聚氨酯(90-95wt％)，聚合度不同的聚磷酸铵(4-9wt％)，改性天然高分子成炭剂2(1-3wt％)。

制备方法：

在160-180℃、转速为15r/min条件下，利用双螺杆挤出机将所配物料熔融共混并挤出造粒，出料后通过热压机在190℃下热压成型，制备出无卤可膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料。

Claims (5)

1.一种新型的无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，其特征在于：该阻燃复合材料的组分及含量：

聚合物基体(90-95wt％)，聚磷酸铵(4-9wt％)，改性天然高分子成炭剂(1-3wt％)。

2.根据权利要求书1所述的无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述的聚合物基体为聚醚型热塑性聚氨酯，聚酯型热塑性聚氨酯或其复配物。

3.根据权利要求书1所述的无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述的聚磷酸铵为聚合度为50、200、1000其中的一种。

4.根据权利要求书1所述的无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，所述的天然高分子成炭剂为淀粉、纤维素、壳聚糖、干酪素、竹粉、木粉、环糊精、甲壳素、木质素中的一种。

5.根据权利要求书1所述的无卤膨胀阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)改性天然高分子成炭剂的制备：配置一定浓度的相容剂溶液，在一定温度下，选取适当比例的100目天然高分子成炭剂和相容剂溶液加入到三口烧瓶中，搅拌一定时间后过滤烘干，研磨过筛后得到100目的改性天然高分子成炭剂1。或在一定温度下，选取适当比例的天然高分子成炭剂、偶联剂和95％乙醇溶液加入到三口烧瓶中，调节pH，搅拌一定时间后过滤烘干，研磨过筛后得到100目的改性天然高分子成炭剂2。

2)按照以下组分配比备料：聚合物基体(90wt％-95wt％)，膨胀阻燃剂(5wt％-10wt％)。

3)利用双螺杆挤出机和压片机将所配物料在160-190℃熔融共混并挤出造粒、热压成型。

本发明所述的相容剂为环状酸酐型(MAH)、羧酸型、环氧型、磷酸盐型、恶唑啉型、酰亚胺型、异氰酸酯型、低分子型中的一种。

本发明所述的偶联剂为铬络合物偶联剂、硅烷偶联剂(KH550、KH560、KH570、KH792、DL602、DL171)、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、双金属偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种。