反应型阻燃水性聚氨酯具有良好的耐久性及阻燃剂在使用过程中不会析出等优点,是目前阻燃水性聚氨酯研究的热点。通过反应型的阻燃剂与聚氨酯共聚或接枝,反应型阻燃水性聚氨酯按阻燃剂作为聚氨酯的结构单元的不同大致可分为软段阻燃改性和硬段阻燃改性两种。
软段阻燃改性通常是先将反应型阻燃剂与其它试剂合成出带有阻燃元素的大分子聚醚多元醇或聚酯多元醇,然后部分或全部替代聚醚多元醇或聚酯多元醇, 与异氰酸酯反应,再经过中和乳化,得到阻燃水性聚氨酯。东华大学的王炜等用含磷、卤素阻燃聚醚多元醇代替部分PPG,与IPDI 反应,再用亚硫酸氢钠对 NCO 基团封端,得到封端型的水性聚氨酯。用该阻燃水性聚氨酯对纯棉织物和涤纶织物进行阻燃整理,整理剂用量为60 g/ L 时,皂洗前可达到GB/ T5455 - 1997 中B1 标准。韩冬、吕侠等采用磷氯锑三元磷酸酯类聚醚二元醇为阻燃成分,与异氰酸酯、DMPA、聚醚或聚酯多元醇共聚,得到阴离子阻燃水性聚氨酯。
该阻燃水性聚氨酯透明、无色、无凝聚物,按国家标准 GB12441 - 1998《饰面型防火涂料通用技术条件》测定,其耐燃时间> 10 min , 火焰传播比值< 40 。
Park等采用含卤的聚酯多元醇合成出稳定的阻燃水性聚氨酯,亦具有较好的阻燃效果。Mequanint K 和Sanderson R[11 ]直接用1 ,4 环己烷、己二酸、2 ,2-二甲基-1,3 丙二醇、2-磷-1 ,2 ,4-三丁酸等小分子通过缩聚反应合成含磷聚酯多元醇,然后直接用此含磷多元醇作为聚氨酯的软段,合成了阻燃水性聚氨酯。该水性聚氨酯的TG测试显示出三个分解阶段,与不含磷的水性聚氨酯的两个热分解阶段明显不同,表明含磷水性聚氨酯的分解过程要复杂得多。
软段阻燃改性水性聚氨酯具有阻燃效果好,对胶膜性能影响小的特点。由于软段分子量较大,阻燃化后的软段一般其阻燃元素含量较高,同时软段在整个聚氨酯原料中所占的比例也最大,因此用部分阻燃软段替代普通软段后,整个聚氨酯分子中便具有较多的阻燃成分,同时对胶膜的性能影响较小。本课题组成功合成了以有机磷为软段阻燃改性的水性聚氨酯,取得了较好的阻燃效果。有机磷含量为预聚体含量 10 %时,胶膜的氧指数即达到32 % ,使聚氨酯由可燃降低为难燃,同时对力学性能影响较小。将其应用到涤纶织物上,采用刮涂工艺,织物增重22 g/ m2～25 g/ m2 ,皂洗5 次后仍可达到GB/ T5455 - 1997 中B1 级标准。
当今阻燃高分子材料研究的两大课题是:
(1)具有多重阻燃效用的低毒、少烟的新型阻燃剂(包括阻燃共聚单体)的设计与合成应用研究;
(2)采用辐射交联、等离子体改性接枝等技术进行高分子材料阻燃改性研究。从工业应用考虑,共混添加和共聚嵌入阻燃成分仍然是高分子材料阻燃的主导方向。卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一,在上世纪70年代至80年代中期,经历了一个快速发展的黄金时代。然而,近年来卤系阻燃剂在应用过程中引起普遍关注,一是多溴二苯醚本身及以其阻燃的高聚物的裂解和燃烧产物的毒性;另一个是研制氧化锑的代用品。迄今为止,含卤阻燃高聚物材料,如聚氯乙烯(ＰＶＣ)、氯丁橡胶(ＣＲ)和由含卤有机阻燃剂阻燃的高聚物材料,正被广泛地使用。虽然上述含卤阻燃材料显示了优越的阻燃性,但它们在燃烧时产生较多的烟雾和有毒的、腐蚀性的气体(卤化氢)。这种气体是火灾中最危险的因素,因为它们的扩散速度远大于火焰的扩散速度,在火灾中妨碍了人们的撤离和扑灭工作,使生命财产遭到严重损失。从这里我们不难看出含卤阻燃剂对社会环境以及我们生活的危害性,因此,必须重视无卤阻燃剂的研究开发工作。
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