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水性聚氨酯乳液阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-11-2 11:04:50
水性聚氨酯乳液是一类非常重要的缩聚物,水性聚氨酯乳液具有无毒、不污染环境、节能、易操作等优点,在工业上(包括黏合剂和涂料等)有着广泛的应用。因此,它正逐步成为当今聚氨酯领域发展的重要方向。

由于聚氨酯的疏水性很强,必须采用新的合成方法制备PU乳液,水性聚氨酯的合成过程主要为:①由低聚物多元醇、扩链剂、二异氰酸酯形成中高相对分子质量的PU预聚体;②中和后预聚体在水中乳化,形成分散液。各种方法在于扩链过程的不同。

随着水性聚氨酯乳液阻燃剂的研发速度加快,水性聚氨酯乳液阻燃剂的品种增长迅速。许多磷酸酯可用作水性聚氨酯乳液阻燃剂。但磷酸酯同时具有增塑效应,是增塑剂,用量偏大时会软化聚氨酯,降低强度等物性。

聚氨酯乳液的制备方法有两大类:外乳化法和内乳化法。

1.外乳化法。该方法是使用最早的制备水性聚氨酯的方法,外乳化法就是在乳化剂、高剪切力存在下强制乳化的方法,最早为Pschlack发明,W.yandott采用此法合成了PU乳液。

其合成工艺是先将聚醚二醇和有机异氰酸酯合成PU预聚体,再以小分子二元醇或二胺扩链,得到PU的有机溶液,然后于强烈搅拌下,逐渐加入适当的乳化剂的水溶液,形成一种粗粒乳液,最后送入均化器,形成粒径适当的乳液。

但因该方法存在反应时间长,乳化剂用量大以及乳液颗粒粗而导致储存性差,胶层物理机械性能不佳等缺点,目前生产基本不用该方法。后来发展起来的一种叫做低温封蔽法制备PU乳液的方法,可减少乳化剂的用量且制得稳定性好的乳液。该方法是将端-NCO预聚体用肟、内酰胺、NaHSO3、乙酰乙酸酯等封端剂封端后,与多元胺一起分散于含乳化剂的水溶液中,形成一种稳定的PU乳液。





磷酸三(2-氯丙基)酯(阻燃剂TCPP)为无色至微黄色油状液体,溶于苯、醇、四氯化碳等有机溶剂,不溶于水和脂肪族烃,相对密度1.27-1.31,折光率1.4916(21.5),粘度58mm2/S,含氯量32.8%,含磷量9.5%,由于分子内同时含有磷氯两种元素,阻燃性能显著,同时还有增塑、防潮、抗静电等作用.磷酸三(2-氯丙基)酯其物化性能类似于TCEP,但对水和碱的反应性能较低.具有优良的阻燃性能和化学稳定性,能提高制品的耐油性、耐水性和阻燃性.

磷酸三(2-氯丙基)酯(阻燃剂TCPP)主要用于软硬聚氨酯泡沫,环氯树酯,聚本乙烯,醋酸纤维素,乙基纤维素树脂和酚醛塑料,及枪式泡沫填缝剂的生产.特别推荐用刚性聚氨酯泡沫中具有优良的热导及水解稳定性,特别适用于ASTM84(II),用于化合物聚氨酯泡沫和不饱和树酯及酚醛塑料在低温时具有低粘性.通常还与三氧二锑配合使用,以提高阻燃效率.

磷酸三(2-氯丙基)酯(阻燃剂TCPP)是用于条状﹑快状泡沫生产中的火焰阻燃剂.它是一种成本低廉的火焰阻燃剂,且具有良好的稳定性.用于阻燃聚氨酯泡沫塑料,不饱和聚酯,液态酚醛树脂,粘合剂等重要的阻燃性增塑剂。也可用在矿用运输带(特别是煤矿)、导风筒、电线电缆、蓬布、壁纸、人造革、卷布滚等。在氰酸醚或聚醚与催化剂的混合物中的储存稳定性甚佳。


2.自乳化法。制备稳定的PU乳液主要是通过自乳化法,其关键是在聚氨酯的分子骨架中引入亲水基团。

亲水基团是通过亲水单体扩链而进入PU分子骨架的,它由成盐基团和成盐试剂组成。根据亲水基团的类型用该法制得的水性PU乳液可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型4种,其中以阴离子型占主导地位。

自乳化型PU乳液的制备工艺有很多种,制备方法主要分为丙酮法、预聚物分散法、热熔法、酮亚胺/酮连氮法,其共同特点是首先制备相对分子质量适中、端基为NCO或封闭NCO的PU预聚体,区别主要在扩链过程中。目前工业生产中最为重要的方法为丙酮法和预聚体分散法(或称预聚体混合法)。其合成工艺如下。
2.1丙酮法。丙酮法是由德国Ddieterich研究成功的。Ddieterich首先将聚醚或聚酯二元醇与异氰酸酯制成预聚体,加入适量的丙酮降低粘度后,用N-甲基二乙醇胺扩链,再加入丙酮降低粘度,然后加入离子化试剂,搅拌离子化。

将离子化的PU分散到含80%丙酮、20%水的介质中,最后蒸除丙酮,即可制得粒径为0.03~100μm的水乳型聚氨酯。丙酮法先制得含NCO端基的高粘度预聚体,再加入丙酮以降低粘度,然后用亲水单体扩链,在高速搅拌下加入水中,通过强力剪切作用使之分散在水中,乳化后减压蒸馏回收溶剂即可制得PU水分散体系。

安徽大学齐正旺以丙酮法制备了WSPU。WSPU是一种形状聚氨酯,一种新型的功能材料。它具有形变量大、容易加工、转变度可调控、可降解及生物相容性好等一系列优点。制备工艺如下:在四口瓶中依次加入聚已内酯二醇(PCL)和2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI),搅拌通氮下于80℃下反应3h,加入少量丙酮溶剂,搅拌10min后,再加入催化剂、二羟甲基丙酸(DMPA)和交联剂三羟甲基丙烷(TMP)反应4h,即制得PU预聚体。

将聚氨酯预聚体在快速搅拌下加入三乙胺5min,随后加入计算量水乳化,10min后减压抽去丙酮,制得固含量为30%WSPU乳液。对WSPU处理加工进行样品测试。最后得出合成PCL分子量在5000时,乳液性能稳定,它的形状记忆恢复率达到95%。


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