本發(fā)明涉及高分子材料，具體涉及一種含氮阻燃劑的制備方法以及具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的阻燃聚氨酯硬泡。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，聚氨酯泡沫塑料(polyurethane?foam，puf)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，成為一種不可或缺并大量使用的材料。其中，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料(rigid?polyurethane?foam，rpuf)具有隔熱、吸音、質(zhì)輕、防水、防火等優(yōu)良性能，在建筑、交通、航空、船舶、電子、家具等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。特別是在建筑領(lǐng)域，rpuf在保溫、隔熱等方面發(fā)揮著重要作用。但是未阻燃的聚氨酯硬泡的氧指數(shù)僅有17％～19％，其在遇到明火時(shí)容易燃燒，并且燃燒速度較快，聚氨酯硬泡中的可燃成分會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，并釋放出大量的熱量，并伴有一氧化碳、氰化氫等有毒有害氣體的釋放。

2、可通過(guò)阻燃技術(shù)對(duì)聚氨酯硬泡進(jìn)行阻燃改性，以提升其使用性能，達(dá)到使用要求。而所謂阻燃技術(shù)實(shí)質(zhì)上是通過(guò)干預(yù)材料燃燒的三個(gè)基本要素(可燃物、火源和氧氣)來(lái)發(fā)揮作用，即抑制或降低其中一個(gè)或多個(gè)要素的作用。在聚氨酯材料的應(yīng)用中，添加阻燃劑是一種廣泛采用的方法，用以降低或抑制材料的可燃性為了延緩或抑制聚氨酯硬泡的燃燒，通過(guò)中斷聚氨酯硬泡在燃燒過(guò)程中的自由基鏈增長(zhǎng)反應(yīng)、形成非可燃性保護(hù)膜、產(chǎn)生高密度氣體隔離層、形成結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的物質(zhì)等多種途徑而起到阻燃作用。但通常的聚氨酯硬泡常用阻燃劑常存在以下一些問(wèn)題：某些阻燃劑的添加可能會(huì)對(duì)聚氨酯硬泡的物理性能產(chǎn)生不利影響，如降低其強(qiáng)度、韌性、柔韌性等，相容性問(wèn)題：部分阻燃劑與聚氨酯硬泡的原材料相容性不佳，可能導(dǎo)致分散不均勻，影響阻燃效果和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

3、另一方面，制備的聚氨酯硬泡的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(tg)較低，則意味著分子鏈間的相互作用較弱，材料的抗壓強(qiáng)度等力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)可能會(huì)有所下降，在承受較大壓力時(shí)更容易發(fā)生變形，限制了其使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、因此，為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種含氮阻燃劑的制備方法以及具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的阻燃聚氨酯硬泡，具有能夠有效改善阻燃效果以及提升阻燃等級(jí)的特點(diǎn)。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種含氮阻燃劑的制備方法，包括：步驟一，將甲基丙烯酸羥乙酯與二異氰酸酯按照摩爾比1:1～2的比例進(jìn)行反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物，該中間產(chǎn)物為一端含有含異氰酸酯基，一端含甲基丙烯酰氧基的氨基甲酸酯；步驟二，將所述中間產(chǎn)物按照含有剩余的異氰酸酯基量與三(2-羥乙基)異氰尿酸酯反應(yīng)，得到含氮阻燃劑，所述含氮阻燃劑的分子一端含有異氰尿酸酯結(jié)構(gòu)、一端含有甲基丙烯酰氧基的反應(yīng)產(chǎn)物。

3、在一個(gè)實(shí)施例中，所述甲基丙烯酸羥乙酯與二異氰酸酯的摩爾比為1:1～1.5。

4、在一個(gè)實(shí)施例中，三(2-羥乙基)異氰尿酸酯與所述中間產(chǎn)物的摩爾比為1:1～2。

5、在一個(gè)實(shí)施例中，步驟一的反應(yīng)溫度為30-50℃，步驟二的反應(yīng)溫度為30-50℃。

6、在一個(gè)實(shí)施例中，步驟一的反應(yīng)溫度為30-40℃，步驟二的反應(yīng)溫度為30-40℃。

7、在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟二中還加入0.01－0.1份的催化劑，所述催化劑為三亞乙基二胺、三乙胺、二月桂酸二丁基錫中的至少一種。

8、在一個(gè)實(shí)施例中，在步驟二中，所述中間產(chǎn)物的重量份數(shù)為30-60份；三(2-羥乙基)異氰尿酸酯的重量份數(shù)為20-40份；催化劑的重量份數(shù)為0.01－0.1份。

9、一種阻燃聚氨酯硬泡，所述阻燃聚氨酯硬泡具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，所述阻燃聚氨酯硬泡包含按照預(yù)定的質(zhì)量比混合的含氮阻燃劑和協(xié)效阻燃劑，其中，所述含氮阻燃劑為上述的制備方法制備得到的。

10、在一個(gè)實(shí)施例中，所述協(xié)效阻燃劑包括三(2,3-二溴丙基)異三聚氰酸酯、磷酸三(2-氯丙基)酯、溴代環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。

11、在一個(gè)實(shí)施例中，所述含氮阻燃劑和協(xié)效阻燃劑的重量比為100：10～20。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：生成的含氮阻燃劑的分子結(jié)構(gòu)中同時(shí)含有較多n元素及剛性環(huán)等阻燃結(jié)構(gòu)，比其它小分子含氮化合物的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性更高，同時(shí)分子結(jié)構(gòu)中含有較多的羥基，在聚氨酯硬泡固化成型過(guò)程中可以參與聚氨酯硬泡的凝膠反應(yīng)，使其作為泡體結(jié)構(gòu)可提高聚氨酯硬泡的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

13、另外，含氮阻燃劑可通過(guò)與協(xié)效阻燃組分協(xié)同作用，可大幅提升聚氨酯硬泡的阻燃性能，從而使阻燃聚氨酯硬泡具有良好的阻燃效果和等級(jí)，最終使得所得的具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的阻燃聚氨酯硬泡在滿足聚氨酯硬泡成型工藝的同時(shí)，具有高阻燃等級(jí)。

14、而且，本發(fā)明所采用的制備方法，其制備路線短、反應(yīng)溫和，不需要壓力反應(yīng)設(shè)備，制備過(guò)程簡(jiǎn)單、操作方便、反應(yīng)條件溫和，適于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種含氮阻燃劑的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸羥乙酯與二異氰酸酯的摩爾比為1:1～1.5。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，三(2-羥乙基)異氰尿酸酯與所述中間產(chǎn)物的摩爾比為1:1～2。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟一的反應(yīng)溫度為30-50℃，步驟二的反應(yīng)溫度為30-50℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟一的反應(yīng)溫度為30-40℃，步驟二的反應(yīng)溫度為30-40℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在步驟二中還加入0.01－0.1份的催化劑，所述催化劑為三亞乙基二胺、三乙胺、二月桂酸二丁基錫中的至少一種。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，在步驟二中，所述中間產(chǎn)物的重量份數(shù)為30～60份；三(2-羥乙基)異氰尿酸酯的重量份數(shù)為20-40份；催化劑的重量份數(shù)為0.01～0.1份。

8.一種阻燃聚氨酯硬泡，其特征在于，所述阻燃聚氨酯硬泡具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，所述阻燃聚氨酯硬泡包含按照預(yù)定的質(zhì)量比混合的含氮阻燃劑和協(xié)效阻燃劑，

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃聚氨酯硬泡，其特征在于，所述協(xié)效阻燃劑包括三(2,3-二溴丙基)異三聚氰酸酯、磷酸三(2-氯丙基)酯、溴代環(huán)氧樹(shù)脂中的至少一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃聚氨酯硬泡，其特征在于，所述含氮阻燃劑和協(xié)效阻燃劑的重量比為100：10～20。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種含氮阻燃劑的制備方法以及阻燃聚氨酯硬泡，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體包括步驟一，將甲基丙烯酸羥乙酯與二異氰酸酯按照摩爾比1:1～2的比例進(jìn)行反應(yīng)，得到中間產(chǎn)物，該中間產(chǎn)物為一端含有含異氰酸酯基，一端含甲基丙烯酰氧基的氨基甲酸酯；步驟二，將所述中間產(chǎn)物按照含有剩余的異氰酸酯基量與三(2?羥乙基)異氰尿酸酯反應(yīng)，得到含氮阻燃劑，所述含氮阻燃劑的分子一端含有異氰尿酸酯結(jié)構(gòu)、一端含有甲基丙烯酰氧基的反應(yīng)產(chǎn)物。通過(guò)本申請(qǐng)的處理方案，能夠有效改善阻燃效果以及提升阻燃等級(jí)。

技術(shù)研發(fā)人員：張英強(qiáng),楊璇,張亮,王軍雯,王苗,李凱,徐瑞妍,李燁
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9