一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于热塑性聚氨酯弹性体复合材料技术领域，特别涉及一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，由以下组分组成：40‑90份热塑性聚氨酯弹性体；5‑50份改性次磷(膦)酸盐阻燃剂；0.5‑20份改性抑烟剂；5‑50份改性瓷化粉；0.1‑3份抗滴落剂；0.1‑1.5份抗氧剂；0.1‑1.5份润滑剂。采用本发明专利技术制备的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料通过改性次磷(膦)酸盐阻燃剂、改性瓷化粉以及改性抑烟剂的协效作用，具有生烟量少、阻燃性能佳、耐高温冲击性强、力学性能优良等一系列特点。此外，本发明专利技术还公开了一种低烟无卤可陶瓷化阻燃聚氨酯弹性体复合材料的制备方法。

A low smoke and halogen-free ceramic flame retardant thermoplastic polyurethane elastomer composite and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法
本专利技术属于热塑性聚氨酯弹性体复合材料
，特别涉及一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料。
技术介绍
热塑性聚氨酯弹性体(TPU)由于其具有高模量、高强度、高伸长和高弹性，优良的耐磨、耐油、耐低温和耐老化性能，因此广泛应用于电线电缆行业。但是，热塑性聚氨酯弹性体作为一种有机高分子材料，存在以下不足：其一，极易燃烧，同时伴随着明显的熔融滴落，极易引燃周围可燃材料，造成火灾迅速蔓延；其二，热塑性聚氨酯材料燃烧过程中会释放大量有毒烟气，对火灾现场的人员造成严重伤害。以上不足严重制约了热塑性聚氨酯弹性体材料在电线电缆领域的使用。因此，对聚氨酯弹性体进行改性处理，制备阻燃、抑烟、抗滴落的聚氨酯弹性体复合材料，可有效拓展其在电线电缆领域的使用，具有极大的经济和社会价值。目前，常规含卤阻燃剂由于其燃烧过程中伴随着大量腐蚀性卤化氢气体的释放，并导致致癌性二恶英类物质生成，对人类健康和周围环境造成严重影响，已经不符合当前绿色环保的发展理念。此前，欧盟在2003年颁布的两项指令：“报废电子电器设备指令”(WEEE)和“关于在电子电器中禁用有害物质指令”(RoHs),严禁在电子电器中添加多溴联苯醚等有害物质。因此，无卤阻燃成为阻燃技术发展的必然选择。目前，热塑性聚氨酯弹性体材料常用的无卤阻燃剂主要包括金属氢氧化物阻燃剂和磷氮复配阻燃剂。金属氢氧化物阻燃剂一般需要很高的添加量(30wt％-60wt％)才能达到较好的阻燃性能，高添加量往往会造成热塑性聚氨酯弹性体材料力学性能的严重恶化，因此金属氢氧化物阻燃剂并不适合热塑性聚氨酯弹性体阻燃。磷氮复配阻燃剂具有添加量低、阻燃效率高、成炭性好的优点，但是存在与热塑性聚氨酯弹性体相容性差的缺点，同时明显增加热塑性聚氨酯弹性体材料燃烧过程有毒烟气释放。新型次磷(膦)酸盐阻燃剂具有添加量低、阻燃效率高、成炭性强等优点。《ChineseJournalofPolymerScience》期刊(《中国高分子科学》，2014年，32卷，1期，275-285页)报道次磷酸铝阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，发现次磷酸铝可有效促进热塑性聚氨酯弹性体复合材料燃烧过程中成炭，从而明显提高其阻燃性能，降低其燃烧过程中的热释放。但是，此类阻燃热塑性聚氨酯弹性体材料燃烧过程中形成的炭层仍然存在一定的孔洞结构，仅能满足中低温阶段的防火阻燃要求，且形成的炭层强度不高，极易在高温阶段发生破裂，从而丧失防火阻燃功能。因此，如何提高现有次磷(膦)酸盐阻燃剂在高温阶段的阻燃效果称为业界亟待解决的问题。可陶瓷化高分子复合材料是一种新型防火材料，其通过在高分子材料中添加可陶瓷化添加剂，经熔融共混所制备的复合材料。可陶瓷化高分子复合材料具有优异的耐高低温、电气绝缘、耐臭氧、耐候、抗电弧性，遇到高温火焰烧蚀时可以形成一层坚硬的陶瓷基保护层，从而使被保护的物体不受损坏。具体来讲，可陶瓷化高分子复合材料在常温下具有普通高分子复合材料的优良特性；在中低温阶段，依靠耐烧蚀高分子材料自身的耐烧蚀性防热；然而在高温条件下，环境温度超过材料可陶瓷化温度点后，复合材料进行陶瓷化转变，形成陶瓷保护层，依靠陶瓷材料自身高耐热性起到热防护作用，而且复合材料具有一定的强度，能够承受一定的热冲击，从而可以保护材料内部不受高温的破坏。因此，可陶瓷化高分子复合材料是一种新型防火、阻燃以及热防护材料，具有极大的应用价值。
技术实现思路
本专利技术针对技术中存在的缺点和不足，旨在提供一种低烟无卤可陶瓷化的阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，该热塑性聚氨酯弹性体复合材料具有阻燃效果优异、烟密度低、强度高、柔韧性好等有点；且可在350-1500℃范围内形成致密的陶瓷化产物，成瓷温度低，成瓷致密，形成的陶瓷化产物具有优异的高温强度和耐热冲击性能。本专利技术的另一目的在于提供一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备方法，该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模工业化生产。本专利技术的还一个目的在于提供一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料在阻燃电线、电缆和光缆中的应用。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术所述的一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于，由以下组分组成：所述热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型热塑性聚氨酯弹性体和聚酯型热塑性聚氨酯弹性体中的至少一种。所述改性次磷(膦)酸盐阻燃剂为改性次磷酸铝、改性次磷酸钙、改性次磷酸锌、改性二乙基次膦酸铝、改性二乙基次膦酸锌、改性二乙基次膦酸钙中的至少一种。所述改性次磷(膦)酸盐阻燃剂经偶联剂进行表面处理，所述偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-101)、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-102)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(NDZ-105)、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯(NDZ-109)、三硬酯酸钛酸异丙酯(NDZ-130)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-201)、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯(NDZ-311)、二硬脂酰氧基异丙氧基铝酸酯(SG-AL821)、异丙基二油酸酰氧基铝酸酯(SG-AL827)中的至少一种。优选的，所述偶联剂是由异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-102)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-201)和异丙基二油酸酰氧基铝酸酯(SG-AL827)以重量比1:0.4-0.8:0.4-0.8组成的混合物。所述改性抑烟剂为改性羟基锡酸锌、改性羟基锡酸铁、改性羟基锡酸钴、改性羟基锡酸钙、改性羟基锡酸镁、改性羟基锡酸铜中的至少一种。所述改性抑烟剂经偶联剂进行表面处理，所述偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-540)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)、γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)、N-(beta-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(SG-Si602)、N-(氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷(SG-Si900)、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(SG-Si902)中的至少一种。更为优选的，所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)以重量比1:0.4-0.7:0.5-0.8组成的混合物。所述改性瓷化粉是由硼化合物、低软化点玻璃粉、玻璃纤维中的至少一种和矿物填料组成；所述矿物填料为凹凸棒土、膨润土、高岭土、蒙脱土、陶土、黏土、云母粉、滑石粉、长石粉、水镁石粉、硼镁石粉、镁橄榄石粉、硅钙硼石粉、绿泥石粉、叶腊石粉、蒙脱石粉、方解石粉、石灰石粉、钾长石粉、硅灰石粉、锂辉石粉和透锂辉石粉中的至少一种；所述硼化合物为硼酐、硼砂、硼酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于，由以下组分组成：/n

【技术特征摘要】
1.一种低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于，由以下组分组成：





2.根据权利要求1所述的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于：所述热塑性聚氨酯弹性体为聚醚型热塑性聚氨酯弹性体和聚酯型热塑性聚氨酯弹性体中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于：所述改性次磷(膦)酸盐阻燃剂为改性次磷酸铝、改性次磷酸钙、改性次磷酸锌、改性二乙基次膦酸铝、改性二乙基次膦酸锌、改性二乙基次膦酸钙中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于：所述改性次磷(膦)酸盐阻燃剂经偶联剂进行表面处理，所述偶联剂为异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-101)、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-102)、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(NDZ-105)、异丙基三(十二烷基苯磺酰基)钛酸酯(NDZ-109)、三硬酯酸钛酸异丙酯(NDZ-130)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-201)、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯(NDZ-311)、二硬脂酰氧基异丙氧基铝酸酯(SG-AL821)、异丙基二油酸酰氧基铝酸酯(SG-AL827)中的至少一种，优选的，所述偶联剂是由异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-102)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(NDZ-201)和异丙基二油酸酰氧基铝酸酯(SG-AL827)以重量比1:0.4-0.8:0.4-0.8组成的混合物。


5.根据权利要求1所述的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于：所述改性抑烟剂为改性羟基锡酸锌、改性羟基锡酸铁、改性羟基锡酸钴、改性羟基锡酸钙、改性羟基锡酸镁、改性羟基锡酸铜中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于：所述改性抑烟剂经偶联剂进行表面处理，所述偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-540)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、γ-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)、γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)、N-(beta-氨乙基)-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(SG-Si602)、N-(氨乙基)-氨丙基三甲氧基硅烷(SG-Si900)、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(SG-Si902)中的至少一种，优选的，所述偶联剂是γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)和γ-巯丙基三甲氧基硅烷(KH-590)以重量比1:0.4-0.7:0.5-0.8组成的混合物。


7.根据权利要求1所述的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于：所述改性瓷化粉是由硼化合物、低软化点玻璃粉、玻璃纤维中的至少一种和矿物填料组成。


8.根据权利要求1所述的低烟无卤可陶瓷化阻燃热塑性聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于：所述矿物填料为凹凸棒土、膨润土、高岭土、蒙脱土、陶土、黏土、云母粉、滑石粉、长石粉、水镁石粉、硼镁石粉、镁橄榄石粉、硅钙硼石粉、绿泥石粉、叶腊石粉、蒙脱石粉、方解石粉、石灰石粉、钾长石粉、硅灰石粉、锂辉石粉和透锂辉石粉中的至少一种；所述硼化合物为硼酐、硼砂、硼酸铵、硼酸锌和硼熔块中的至少一种；所述低软化点玻璃粉为氧化铅玻璃粉、氧化钙玻璃粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐刚，彭建文，宋强，彭中朝，李端生，
申请(专利权)人：博硕科技江西有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36