CN114437535B - 一种阻燃环保聚氨酯弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体为一种阻燃环保聚氨酯弹性体及其制备方法。先制备热塑性聚氨酯弹性体，再制备异丙醇铝‑聚磷酸钠纳米复合物，最后制备阻燃环保聚氨酯弹性体。本发明与现有技术相比，在阻燃环保聚氨酯弹性体生产工艺中加入了一种由异丙醇铝和聚磷酸钠制备的异丙醇铝‑聚磷酸钠纳米复合物阻燃剂，解决了聚磷酸铵耐水性差、有机物混溶性差、潮湿环境中阻燃性低、表面光滑平坦不利于聚合物基质和颗粒表面之间的稳定界面连接的问题，达到了UL94V‑0等级，并且能够形成更好的保护性炭防止熔融滴落。

Description

一种阻燃环保聚氨酯弹性体及其制备方法
技术领域
本发明属于聚氨酯弹性体技术领域，具体地说，涉及一种阻燃环保聚氨酯弹性体及其制备方法。
背景技术
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一类高分子材料，同时具有橡胶弹性和塑料刚性的特点。通常是以聚合物多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、交联剂以及少量助剂为原料制备而成，分子链中含较多氨基甲酸酯基团(—NHCOO—)。它具有强度高、韧性大、耐油、耐磨、加工性能好等特点，在国防、医疗、食品等行业被广泛应用，是重要的热塑性弹性体材料之一。
但是常规的TPU仍然存在缺陷，普通TPU的极限氧指数(LOI)很低，仅有19％左右，这使其具有易燃性极易燃烧，燃烧过程伴随有烟雾、有毒气体和大量热量的释放，同时有熔融滴落现象的产生，又会导致二次点燃。
为了解决上述问题，一般可以在TPU内添加传统阻燃剂如Al(OH)3、Mg(OH)2，但这些物理阻燃剂的阻燃效率低、添加量大、相容性差、会大幅损耗TPU的力学性能。聚磷酸铵(APP)作为含磷阻燃剂含有丰富的氮、磷元素，具有成本低、毒性小、阻燃效果好等特点，不幸的是，由于APP的一些缺陷，基于APP的P-N膨胀型阻燃剂(IFR)***是不可持续的，例如，耐水性、有机物混溶性和潮湿环境中阻燃率低的问题。此外，APP的粗糙度低，与聚氨酯弹性体的界面作用力低，相容性差。因此，我们提供一种阻燃环保聚氨酯弹性体及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃环保聚氨酯弹性体及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种阻燃环保聚氨酯弹性体的制备方法，包括以下步骤：
S1，制备热塑性聚氨酯弹性体；
S2，将热塑性聚氨酯弹性体与阻燃剂A进行熔融共混，经过模压成型、冷却制成聚氨酯弹性体薄片；
所述的阻燃剂A中包含异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
进一步地，所述的异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物的制备方法为：首先将聚磷酸铵加入到无水乙醇中，得到聚磷酸铵溶液，将异丙醇铝溶解在异丙醇中，得到异丙醇铝溶液；然后将异丙醇铝溶液加入聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热；加水并维持溶液在80℃搅拌；过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
进一步地，所述的阻燃剂A还包含十溴二苯乙烷和三氧化二锑。
更进一步地，所述的阻燃剂A中各组分按质量百分比计，异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物17％～23％，十溴二苯乙烷52％～64％，三氧化二锑14％～30％。
进一步地，热塑性聚氨酯弹性体的制备方法为：聚醚多元醇在反应器中加热搅拌，真空脱水，降温加入二异氰酸酯和扩链剂，搅拌加热并加入催化剂和润滑剂混合均匀；异氰酸酯指数控制在1.00～1.05，混合物料加入双螺杆挤出机中，制得热塑性聚氨酯弹性体。
更进一步地，所述的聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇，分子量为2000；所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯；所述的扩链剂为1,4-丁二醇；所述的催化剂为CUCAT-DG01；所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
更进一步地，所述的聚氨酯弹性体的原材料按质量百分比计：聚醚多元醇70％～80％、二异氰酸酯15％～20％、扩链剂3％～7％、催化剂0.1％～0.5％，润滑剂1.0％～2.5％。
前述方法制备得到的阻燃环保聚氨酯弹性体。
本发明中通过异丙醇铝(AIP)在聚磷酸铵(APP)水解制备了一种新型的阻燃剂异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物(NSAPP)，由于异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物表面有大量的异丙醇铝纳米颗粒，使得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物具有粗糙的表面，提高了异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物的水接触角(WCA)，改进了聚磷酸铵耐水性差的问题。由于异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物更加粗糙，使得其与聚氨酯弹性体更好的混溶，解决了混溶性差，传统聚磷酸铵表面光滑的问题。由于异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物表面附着着异丙醇铝，在潮湿环境中，异丙醇铝会水解生成氢氧化铝附着在异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物粗糙的表面，氢氧化铝同时也是阻燃剂的一种，能够有效阻燃，解决传统聚磷酸铵在潮湿环境中阻燃率低的问题。
本发明中在生产工艺中加入了异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物(NSAPP)、十溴二苯乙烷(DBDPE)和三氧化二锑(Sb2O3)三种阻燃剂，利用协同作用达到更好的阻燃效果。十溴二苯乙烷在受热分解过程中能够生成坚硬覆盖物和HBr，异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物表面附着的氢氧化铝在受热分解过程中生成三氧化二铝和水蒸气，三氧化二铝与十溴二苯乙烷分解过程中生成的坚硬覆盖物混合发生协同作用，具有凝聚相阻燃、成炭和抑烟的作用，水蒸气与十溴二苯乙烷分解过程中生成的HBr混合发生协同作用，具有气相阻燃的作用。加入的三氧化二锑在受热时升华能够带大量热量，具有吸热降温的作用。由于异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物比传统聚磷酸铵更加粗糙的表面，使得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物、十溴二苯乙烷和三氧化二锑三种阻燃剂能够更好的在聚合物中更好的分散，使得制备的阻燃环保聚氨酯弹性体，具有更好的相容性、热稳定性和阻燃性能。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：在聚氨酯弹性体生产工艺中加入了由异丙醇铝和聚磷酸钠制备的异丙醇铝-聚磷酸钠纳米复合物阻燃剂，解决了聚磷酸铵耐水性差、有机物混溶性差、潮湿环境中阻燃性低、增强聚磷酸铵的粗糙度，从而增加与聚氨酯弹性体界面作用力，解决了相容性差的问题，达到了UL94 V-0等级，并且形成更好的保护性炭。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
热塑性聚氨酯弹性体的制备：聚醚多元醇在反应器中加热搅拌至100～110℃，真空脱水1～2h，降温至45～50℃，加入二异氰酸酯和扩链剂，搅拌加热并加入催化剂和润滑剂混合均匀；以质量百分比计，将聚醚多元醇70％～80％、二异氰酸酯15％～20％、扩链剂3％～7％、催化剂0.1％～0.5％，润滑剂1.0％～2.5％混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.00～1.05，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物(NSAPP)的制备：首先，将50～60g聚磷酸铵加入到300～360mL的无水乙醇中，然后将异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25～30min。将50～60mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8～10h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100～105℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
聚氨酯弹性体的制备：将转矩流变仪升温至170～180℃，转速为65～75r/min，将热塑性聚氨酯弹性体与阻燃剂A按一定比例加入其中进行熔融共混，时间为10～15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为170～190℃，在8～10MPa下保压10～12min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
实施例1
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯(TDI)和1,4-丁二醇(BDO)，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中，然后将2g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将81.3g热塑性聚氨酯弹性体和18.7g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表1。
实施例2
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中。然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将81.3g热塑性聚氨酯弹性体和18.7g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表1。
实施例3
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中。然后将6g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将81.3g热塑性聚氨酯弹性体和18.7g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表1。
实施例4
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中。然后将8g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将81.3g热塑性聚氨酯弹性体和18.7g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表1。
实施例5
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中。然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将70g热塑性聚氨酯弹性体、6.4g十溴二苯乙烷、19.2g三氧化二锑和4.4g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
实施例6
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中。然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将70g热塑性聚氨酯弹性体、6g十溴二苯乙烷、18g三氧化二锑和6g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
实施例7
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中。然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将70g热塑性聚氨酯弹性体、5.6g十溴二苯乙烷、16.8g三氧化二锑和7.6g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
实施例8
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中。然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将70g热塑性聚氨酯弹性体、5.2g十溴二苯乙烷、15.6g三氧化二锑和9.2g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
对比例1
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
对比例2
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中，然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将81.3g热塑性聚氨酯弹性体和18.7g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
对比例3
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将77g热塑性聚氨酯弹性体、5.7g十溴二苯乙烷和17.3g三氧化二锑加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
对比例4
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵加入到300mL的无水乙醇中，然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将83g热塑性聚氨酯弹性体、6.1g十溴二苯乙烷和10.9g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
对比例5
将聚四氢呋喃二醇(PTMG2000,M＝2000)，加热搅拌至110℃，抽真空脱水1h，降低温度至50℃，加入甲苯二异氰酸酯和1,4-丁二醇，加入CUCAT-DG01和聚乙烯蜡混合均匀。将聚四氢呋喃二醇：100g、甲苯二异氰酸酯19.2g：1,4-丁二醇：6.4g、CUCAT-DG01：0.5g、聚乙烯蜡：2.0g混合均匀，异氰酸酯指数控制在1.03，混合物料加入双螺杆挤出机中，加热搅拌，经过双螺杆机反应制得热塑性聚氨酯弹性体颗粒。
将50g聚磷酸铵(APP)加入到300mL的无水乙醇中。然后将4g异丙醇铝溶解在100mL异丙醇中。将异丙醇铝溶液加入上述聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热至80℃，搅拌时间25min。将50mL蒸馏水加入其中，并维持溶液在80℃搅拌8h。过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，并在100℃下干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
将转矩流变仪升温至180℃，转速调整为70r/min，将73.8g热塑性聚氨酯弹性体、16.4g三氧化二锑和9.8g异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物加入其中进行熔融共混，时间为15min。使用平板硫化机进行模压成型，上下模板温度设置为180℃，在10MPa下保压10min后成片，室温冷却制成TPU薄片。
性能测试：按照GB/T 528-2009来测试TPU的拉伸性能和断裂伸长率，按照GB/T2408-2021来测试TPU的垂直燃烧，按照GB/T 2406.2-2008来测试TPU的氧指数。燃烧性能和力学性能表现见表2。
表1不同AIP用量的聚氨酯弹性体阻燃性能和力学性能表现
拉伸性能/MPa 断裂生长率/％ UL-94 LOI/％
实施例1 23.8 12.1 V-1级 28.7
实施例2 25.2 12.7 V-0级 30.9
实施例3 25.3 13.6 V-0级 29.6
实施例4 25.6 14.0 V-0级 28.5
表2不同阻燃剂用量的聚氨酯弹性体阻燃性能和力学性能表现
拉伸性能/MPa 断裂生长率/％ UL-94 LOI/％
实施例5 25.2 12.8 V-0级 31.1
实施例6 25.6 13.2 V-0级 31.8
实施例7 25.8 13.8 V-0级 31.8
实施例8 26.2 14.1 V-0级 31.3
对比例1 19.8 11.8 V-2级 19.2
对比例2 25.2 12.7 V-0级 30.9
对比例3 20.7 12.1 V-0级 22.8
对比例4 22.7 12.6 V-0级 24.2
对比例5 22.9 12.6 V-0级 26.1
结论：由实施例1～4和对用不同异丙醇铝用量制备的异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物所制备的阻燃环保聚氨酯弹性体具有良好阻燃性能和力学性能，将LOI提升到30.9％，UL94提升到V-0级。
将实施例5～8的数据与对比例1～5的数据对比，可以发现：对比例1中未加入异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物、十溴二苯乙烷和三氧化二锑，使得性能下降，原因在于：未加入阻燃剂难以阻燃，抑烟，成炭；对比例2中未加入十溴二苯乙烷和三氧化二锑，使得性能下降，原因在于：十溴二苯乙烷的加入分解生成的坚硬覆盖物增强了抑烟，凝聚相阻燃作用，分解生成的HBr增强了气相阻燃作用，三氧化二锑的加入增强了吸热降温的作用；对比例3中未加入异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物，使得性能下降，原因在于：异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物的加入增强了聚氨酯弹性体的分散性，增强了聚氨酯弹性体的耐水性和有机物混溶性；；对比例4中未加入三氧化二锑，使得性能下降，原因在于三氧化二锑增强了聚氨酯弹性体的吸热降温作用；对比例5中未加入十溴二苯乙烷，使得性能下降，原因在于：十溴二苯乙烷的加入增强了抑烟，凝聚相阻燃作用和气相阻燃作用。

Claims (7)

1.一种阻燃环保聚氨酯弹性体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制备热塑性聚氨酯弹性体；
S2，将热塑性聚氨酯弹性体与阻燃剂A进行熔融共混，经过模压成型、冷却制成聚氨酯弹性体薄片；
所述的阻燃剂A中包含异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物、十溴二苯乙烷和三氧化二锑。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物的制备方法为：首先将聚磷酸铵加入到无水乙醇中，得到聚磷酸铵溶液，将异丙醇铝溶解在异丙醇中，得到异丙醇铝溶液；然后将异丙醇铝溶液加入聚磷酸铵溶液中，搅拌并加热；加水并维持溶液在80℃搅拌；过滤所得产物，用无水乙醇洗涤，干燥，制得异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的阻燃剂A中各组分按质量百分比计，异丙醇铝-聚磷酸铵纳米复合物17％～23％，十溴二苯乙烷52％～64％，三氧化二锑14％～30％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热塑性聚氨酯弹性体的制备方法为：聚醚多元醇在反应器中加热搅拌，真空脱水，降温加入二异氰酸酯和扩链剂，搅拌加热并加入催化剂和润滑剂混合均匀；异氰酸酯指数控制在1.00～1.05，混合物料加入双螺杆挤出机中，制得热塑性聚氨酯弹性体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的聚醚多元醇为聚四氢呋喃二醇，分子量为2000；所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯；所述的扩链剂为1,4-丁二醇；所述的催化剂为CUCAT-DG01；所述的润滑剂为聚乙烯蜡。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的聚氨酯弹性体的原材料按质量百分比计：聚醚多元醇70％～80％、二异氰酸酯15％～20％、扩链剂3％～7％、催化剂0.1％～0.5％，润滑剂1.0％～2.5％。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的方法制备得到的阻燃环保聚氨酯弹性体。
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