本發(fā)明屬于阻燃劑，涉及一種無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料及其制備方法，通過化學結構改性方法獲得，具有阻燃效率高、持久性好、透明、無毒、低煙等特點，為新材料技術的發(fā)展提供了新的方向。

背景技術：

1、在全球環(huán)保法規(guī)日益嚴格的大背景下，環(huán)保型材料的研究與應用顯得尤為重要。無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料，作為一種新型環(huán)保材料，正逐漸受到各行各業(yè)的廣泛關注。其獨特的阻燃性能及環(huán)保特性，不僅響應了全球?qū)p少有害物質(zhì)使用的呼聲，同時也為現(xiàn)代工業(yè)領域提供了高性能的材料選擇。

2、隨著電子、建筑、汽車等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對材料性能的要求也日趨嚴苛。這些行業(yè)不僅需要材料具備優(yōu)異的阻燃性能以保障安全，同時還要求材料具備良好的加工性能和環(huán)保特性。無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料正是憑借其在這方面的突出表現(xiàn)，贏得了市場的廣泛認可。

3、傳統(tǒng)阻燃材料雖然在一定程度上滿足了市場的需求，但在阻燃效果、環(huán)保性及加工性能等方面仍存在諸多不足。因此，通過技術創(chuàng)新，開發(fā)出具有更高性能的無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料，不僅有助于解決當前市場面臨的問題，更能推動整個材料科學領域的進步與發(fā)展。

4、水性聚氨酯材料，作為一種高性能的環(huán)保型材料，以其獨特的優(yōu)勢在眾多領域得到了廣泛應用。其以水為主要溶劑，顯著降低了揮發(fā)性有機化合物(voc)的排放，從而減輕了對環(huán)境的污染壓力，這一特性使其成為了符合現(xiàn)代環(huán)保理念的理想選擇。水性聚氨酯材料憑借其環(huán)保性、安全性、耐候性和粘附性等多重優(yōu)勢，成為了當今市場上備受矚目的高性能材料。隨著科技的不斷進步和環(huán)保理念的深入人心，水性聚氨酯材料有望在更多領域展現(xiàn)其卓越性能，為社會的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

5、在阻燃材料的研發(fā)與應用中，阻燃元素與結構設計是兩個至關重要的方面。阻燃元素，如磷、氮、硅、硼等，各自具有獨特的阻燃機理，它們通過不同的方式提升材料的阻燃性能。磷元素在燃燒過程中能夠促進材料脫水成炭，形成穩(wěn)定的炭層，從而隔絕氧氣和熱量的傳遞。氮元素則主要通過在燃燒時釋放氮氣等不燃性氣體，有效降低可燃氣體濃度，起到抑制火焰蔓延的作用。

6、本質(zhì)阻燃即是化學改性法，通過化學反應將阻燃元素或基團引入到聚氨酯分子鏈中，從而實現(xiàn)材料的本質(zhì)阻燃。這種方法的關鍵在于精確控制阻燃元素的含量和分布，以確保阻燃效果的最大化。通過共聚、接枝、交聯(lián)等化學反應，可以有效地將阻燃成分與聚氨酯基體緊密結合，從而提高材料的整體阻燃性能。

7、cn?110483735?a公開了一種無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯的制備方法，首先由三氯氧磷和季戊四醇反應制備具有雙磷酰氯官能團的中間體產(chǎn)物，然后將此中間體產(chǎn)物再與二甘醇胺等物質(zhì)反應，制備出一種含磷、氮阻燃元素的小分子阻燃劑，最后將此小分子阻燃劑作為一種硬段擴鏈劑與聚醚多元醇、異佛爾酮二異氰酸酯、2,2-二羥甲基丙酸等物質(zhì)反應，制備出一種無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯。本發(fā)明通過將一種無鹵阻燃劑作為一種反應物質(zhì)制備出了一種反應型的無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯，阻燃效果好，合成方法簡單、但存在需要在一定量阻燃劑的條件下才能達到理想的阻燃效果。過多的添加量會這會影響聚氨酯材料的力學性能，在一定程度上限制了其應用范圍。針對這一問題，本發(fā)明開發(fā)一種完全無鹵、低阻燃劑含量且具有良好阻燃效果的無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料。

技術實現(xiàn)思路

1、基于背景技術存在的技術問題，本發(fā)明提出一種無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料及其制備方法，具有無鹵、低毒、阻燃性能好、熱穩(wěn)定性高、殘?zhí)柯矢?，制備出的水性聚氨酯材料具有難燃或燃燒后易自熄的特性。通過原料選擇、配方優(yōu)化以及性能測試評價等關鍵環(huán)節(jié)，成功開發(fā)出了一種具有優(yōu)異阻燃性能的無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料。通過對材料進行性能測試與評價，該材料在保持良好物理性能的同時，其環(huán)保性能也得到了顯著提升，使得材料在具備出色阻燃效果的同時，也符合了國內(nèi)外嚴格的環(huán)保法規(guī)要求。該材料不僅在阻燃性能上表現(xiàn)卓越，而且具備良好的物理性能和環(huán)保特性。經(jīng)實驗驗證，該材料在電子電器、建筑、汽車、紡織等多個領域均展現(xiàn)出廣闊的應用前景。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1、分別將季戊四醇、三氯氧磷、對羥基苯丙腈、聚醚二元醇(分子量2000)、甲苯二異氰酸酯(tdi)、二羥甲基丙酸、四氫呋喃、硼氫化鈉(nabh4)和二月桂酸二丁基錫(dbtdl、催化劑)真空干燥脫水；

5、s2、制備季戊四醇雙磷酸酯二磷酰氯(pdd)；

6、s3、按質(zhì)量份數(shù)，將pdd、對羥基苯丙腈、三乙胺、四氫呋喃添加進反應容器中，n2保護下進行反應，反應結束后抽濾，得到白色固體粉末并烘干；

7、s4、按質(zhì)量份數(shù)，將s3產(chǎn)物、nabh4、無水四氫呋喃添加進反應容器中，氮氣條件下冰水浴反應，反應結束后抽濾、烘干，得到白色固體粉末，即為端基為二元胺基的無鹵磷-氮阻燃劑；

8、s5、以s4制得的端基為二元胺基的無鹵磷-氮阻燃劑作為后擴鏈劑，制備得到阻燃水性聚氨酯乳液；

9、s6、將s5反應制得的阻燃水性聚氨酯乳液倒入聚四氟乙烯板上，常溫放置后烘干得到無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯。

10、進一步，聚醚二元醇的分子量為2000。

11、進一步，所述步驟(2)中季戊四醇雙磷酸酯二磷酰氯(pdd)的制備方法如下：按質(zhì)量份數(shù)，將17-34份季戊四醇加入帶有回流裝置和尾氣處理裝置的三口燒瓶，稱取115-230份三氯氧磷，加入到三口燒瓶中，開啟磁力攪拌和冷凝裝置，并開始升溫，體系溫度達到60℃時，反應1-2h后升溫至105℃，繼續(xù)反應6-8h后結束反應，分別用二氯甲烷和無水乙醇反復洗滌、抽濾并干燥，得到白色粉末，即為中間體產(chǎn)物季戊四醇雙磷酸酯二磷酰氯(pdd)；

12、進一步，所述步驟(3)中，按質(zhì)量份數(shù)，將10-30份pdd、10-30份對羥基苯丙腈、20-60份三乙胺、100-300份四氫呋喃添加進反應容器中進行反應。

13、進一步，所述步驟(3)中反應溫度為80℃，反應時間為4-6h。

14、進一步，所述步驟(4)中，按質(zhì)量份數(shù)，將15-45份s3產(chǎn)物、10-30份nabh4、100-300份無水四氫呋喃添加進反應容器中進行反應。

15、進一步，所述步驟(4)中，氮氣條件下冰水浴反應1-2h。

16、進一步，所述步驟(5)中阻燃水性聚氨酯乳液的制備方法如下，按質(zhì)量份數(shù)，將s1處理后的30-60份分子量為2000的聚醚二元醇、13.5-27份甲苯二異氰酸酯、4-8份二羥甲基丙酸和0.2-0.3份的二月桂酸二丁基錫混合均勻，緩慢升溫至70-80℃反應150-200分鐘，生成中等分子量的聚氨酯，降溫至50℃加入2.5-5份的三乙胺，20-40份丙酮，5-10份去離子水，攪拌30分鐘，然后加入1.0-9.7份端基為二元胺基的無鹵磷-氮阻燃劑作為后擴鏈劑，進行進一步擴鏈和交聯(lián)，高速攪拌20-30分鐘分散均勻，制備得到阻燃水性聚氨酯乳液。

17、進一步，所述步驟(6)中將s5反應制得的阻燃水性聚氨酯乳液倒入聚四氟乙烯板上，常溫放置1d，再在烘箱中40℃下烘2d，得到無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯。

18、本發(fā)明還提供利用所述的制備方法制得的無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯材料，無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯的阻燃劑含量2.1-9.3％。

19、相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出一種無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯，采用季戊四醇與三氯氧磷反應，生成的產(chǎn)物，再與對羥基苯丙腈反應后的還原產(chǎn)物制備得到一種含磷、氮元素的雙氨基阻燃劑。其中，對羥基苯丙腈中的苯環(huán)結構可以提升材料的內(nèi)聚能和剛性。最后將制備的此種阻燃劑以一種擴鏈劑形式與聚醚二元醇、甲苯二異氰酸酯、二羥甲基丙酸等原料反應制備出一種無鹵本質(zhì)阻燃水性聚氨酯中，并對水性聚氨酯的阻燃性能進行測試，具有阻燃性能好、熱穩(wěn)定性高、殘?zhí)柯矢?，添加少量的阻燃劑具有難燃或燃燒后易自熄的特性。