無鹵阻燃水性聚氨酯的研究.pdf

1、水性聚氨酯(WPU)以水為分散介質(zhì)具有氣味小、不污染環(huán)境、節(jié)能等優(yōu)點，隨著環(huán)境保護法規(guī)的不斷完善，水性聚氨酯的開發(fā)和應用越來越受到重視。水性聚氨酯材料在使用過程中易發(fā)生火災，容易造成重大的人員傷亡事故。因此有必要對水性聚氨酯進行阻燃處理，阻燃水性聚氨酯是水性聚氨酯功能化的重要方向之一。
　　 在人們對環(huán)保越來越重視的今天，鹵系阻燃劑由于不符合環(huán)境保護的要求，在著火時，能放出使人窒息死亡的毒氣，正逐步被取代。在尋求環(huán)保、安全阻燃劑

2、的形勢下，磷系阻燃劑、硅系阻燃劑作為無鹵阻燃劑的重要品種，有效地克服了鹵系阻燃劑的缺點，引起了人們的普遍關注。本文選用分子中含磷元素(P)的反應型阻燃劑[(雙(2-羥乙基)氨基)甲基]磷酸二乙酯(FRC-6)、含硅元素(Si)的無機添加型阻燃劑納米硅溶膠(SRJ)以及將這兩種阻燃劑復配以達到協(xié)同阻燃目的三種方式來制備阻燃水性聚氨酯。
　　 本文以聚醚(N-210)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDD、FRC-6、一縮二乙二醇(EX)、

3、二羥甲基丙酸(DMPA)、3-(2-氨乙基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)為主要原料合成了系列有機磷阻燃改性的水性聚氨酯。通過紅外、吸水率、熱分析(TGA)、極限氧指數(shù)(LOD、微型燃燒量熱(MCC)等測試研究了阻燃劑FRC-6的加入對聚氨酯(PU)耐水性、熱性能、阻燃性能的影響。研究表明，F(xiàn)RC-6的加入使得聚氨酯的耐水性下降，起始熱分解溫度降低，但是熱分解速率也降低，殘?zhí)柯试黾樱擯元素在聚氨酯預聚體中的質(zhì)量分數(shù)為2.31％

4、時，氧指數(shù)為28％，聚氨酯材料由易燃變?yōu)殡y燃，阻燃性能得到很大提高，垂直燃燒測試顯示PU的阻燃性能已達到UL-94V-2級。有機磷化合物主要是通過凝聚相阻燃機理發(fā)揮阻燃作用，聚合物首先要達到一定的溫度才能燃燒，在這個受熱過程中，聚合物中的C-P鍵由于鍵能較低而斷裂，然后含P基團首先與氧氣作用生成磷酸，磷酸脫水生成偏磷酸，偏磷酸不穩(wěn)定，最后會聚合成為穩(wěn)定的聚偏磷酸。它作為一種凝聚相，主要在以下兩方面起阻燃作用：一方面，聚偏磷酸以一層類似玻

5、璃膜的形式覆蓋在聚合物的表面，因為隔絕了外界空氣從而阻止了燃燒；另一方面，聚偏磷酸作為一種強酸，具有很強的脫水能力而且具備奪取聚合物酯鏈中的氧的能力，能夠促進聚合物脫水炭化產(chǎn)生炭化層，減少或阻止了可燃性氣體的產(chǎn)生，從而起到阻燃作用。
　　 采用機械分散的方式將納米硅溶膠(SiO2的水溶液)按計量加入到水性聚氨酯乳液中，得到一系列硅溶膠改性的WPU乳液。并對改性后的水性聚氨酯進行紅外、吸水率、硬度、力學性能、熱分析、氧指數(shù)等測試，

6、表征其結構，同時研究了硅溶膠的加入對水性聚氨酯耐水性、熱性能及阻燃性能的影響。測試結果表明，無機阻燃劑硅溶膠的加入，提高了材料的耐水性、硬度、力學性能，同時材料的耐熱性能也得到很大提高，氧指數(shù)測試發(fā)現(xiàn)，當Si元素在聚氨酯預聚體中質(zhì)量分數(shù)為3.41％時，其氧指數(shù)為26％。
　　 在合成出的有機磷阻燃改性的水性聚氨酯乳液中按計量加入納米硅溶膠，制備出磷/硅(P/Si)協(xié)同阻燃改性的水性聚氨酯，測試了聚氨酯的阻燃和熱穩(wěn)定性，并通過傅立