水性聚氨酯的合成及HCCP对其阻燃改性研究

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水性聚氨酯(WPU)具有气味小、分子量大、粘度低、易加工、高度耐磨、附着力强、操作简单、易储存和使用方便等优点,在皮革、涂料、纺织、造纸和印刷等领域得到广泛应用。这些材料在使用前如果不经过阻燃处理会潜伏着引发火灾的危险,容易造成重大人员伤亡事故。因此,改善WPU的阻燃性能有着很高的应用价值和非常重要的社会意义。本文以聚丙二醇(PPG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)、1,4-丁二醇(BDO)和三羟甲基丙烷(TMP)等为原料釆用预聚体分散法合成WPU,通过异氰酸根含量测定、粒度测试、乳液稳定性、粘度测试、耐水性测试和力学性能等测试手段,对WPU合成条件及配方进行研究和探讨。结果表明:为了确保WPU的预聚过程中各步平稳充分反应,聚氨酯预聚体合成反应先在45℃~55℃反应20min,然后缓慢升温到75℃,反应约100min;水性扩链反应在85℃下反应约120min;进一步扩链和交联反应在85℃下反应约120min。配方工艺研究得出,R值和TMP含量的增加可以提高WPU的耐水性能,R值、DMPA含量和TMP含量的增大,均增加了WPU的硬段含量,致使WPU胶膜的力学性能呈现出拉伸强度变大,断裂伸长率降低的趋势。并以六氯环三磷腈(HCCP)、丙烯酸羟乙酯(HEA)和苯酚(Ph OH)为原料,三乙胺(TEA)为缚酸剂,两步亲核取代反应合成出五苯氧基环三磷腈基丙烯酸酯(PCPA),采用FTIR和1H NMR对合成产物PCPA进行表征。FTIR分析表明Ph OH和HEA取代成功,产物后处理简单,产率可达到70%;以自由基反应的方法将PCPA接枝到WPU分子链上,通过FTIR对PCPA改性后的WPU进行结构表征,并通过乳液稳定性、耐水性、力学性能、热重分析、氧指数、垂直燃烧实验等测试方法对PCPA改性WPU的性能进行研究。结果表明:FTIR分析说明PCPA成功接枝到WPU分子链中;随着PCPA含量的增加,WPU乳液粒度变大,一定量的PCPA可以改善WPU胶膜的耐水性,PCPA含量的增加对WPU胶膜的力学性能影响不大;热重分析及阻燃性能测试可以得出,PCPA含量的增加可以提高WPU初始分解温度、残炭率和氧指数,600℃时,未改性的WPU残炭率只有0.158%,而当PCPA含量为6.43%时,残炭率为2.39%,氧指数达到27.2%,垂直燃烧测试结果为UL-94V-1级别,属于难燃材料。
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