阻燃热塑性聚氨酯树脂及其制备方法及其应用和防护服技术

本发明专利技术提供了一种阻燃热塑性聚氨酯树脂，其中，该聚氨酯树脂至少包括以下结构单元：其中，R1为多元醇，R2为异氰酸酯。本发明专利技术提供的聚氨酯树脂含有大量的具有阻燃性能的异氰脲酸酯结构，其阻燃等级大于或等于UL

Flame retardant thermoplastic polyurethane resin and its preparation method, application and protective clothing

【技术实现步骤摘要】
阻燃热塑性聚氨酯树脂及其制备方法及其应用和防护服


[0001]本专利技术涉及一种阻燃热塑性聚氨酯树脂，该阻燃热塑性聚氨酯树脂的制备方法，所述阻燃热塑性聚氨酯树脂在制备正压式防护服中的应用，以及正压式防护服。

技术介绍

[0002]现有的核电一次性用正压式防护服产品采用PVC材质作为阻燃面料，PVC材质本身含有卤素，在废物处理(深埋和燃烧)时都产生较大的环境污染，尤其是燃烧时释放的含氯酸性物质以及二噁英具有较强的腐蚀性和致癌性，引起环境污染、设备破坏和人类安全问题。目前市场上的无卤阻燃聚氨酯树脂(TPU)多采用含磷类的阻燃剂与TPU树脂粒子共混后进行压延成膜。要达到产品阻燃等级需求UL
‑
94VTM
‑
0级，阻燃剂的添加比例就需要超过20％的比例，在达到阻燃等级的添加比例下，压延膜通常透明性较差或放置后透明度下降的问题。另外，含磷类阻燃剂具有吸湿性，长期放置会存在阻燃等级下降，材料性能明显衰减。
[0003]专利技术专利内容
[0004]本专利技术为了克服现有技术的缺陷，提供了一种本身具有阻燃性能的聚氨酯树脂，该阻燃热塑性聚氨酯树脂不含磷元素，并且长时间放置后，透明度基本不变。
[0005]一方面，本专利技术提供了一种阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，该透明阻燃热塑性聚氨酯树脂至少包括以下结构单元：
[0006]其中，R1为多元醇，R2为异氰酸酯。
[0007]另一方面，本专利技术还提供了一种制备阻燃热塑性聚氨酯树脂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0008]a.在搅拌以及氮气保护条件下，将脂肪族二异氰酸酯、苯酐聚酯多元醇和增塑剂混合，获得混合物1；其中，脂肪族二异氰酸酯的摩尔数大于苯酐聚酯多元醇的摩尔数；将混合物1升温至60
‑
100℃，并在该温度下反应10
‑
60分钟，获得反应混合物1；
[0009]b.在搅拌以及氮气保护条件下，向反应混合物1中添加催化剂，获得混合物2，将混合物2升温到100
‑
140℃，并在该温度下反应10
‑
60分钟，获得带有NCO封端的异氰脲酸酯结构聚氨酯预聚体的混合物；
[0010]c.在搅拌以及氮气保护条件下，在100
‑
140℃下，向带有NCO封端的异氰脲酸酯结
构聚氨酯预聚体的混合物中添加扩链剂，与获得混合物3，并在100
‑
140℃下反应40
‑
80分钟，获得阻燃热塑性聚氨酯树脂。
[0011]本专利技术提供的阻燃热塑性聚氨酯树脂含有大量的具有阻燃性能的异氰脲酸酯结构，其阻燃等级大于或等于UL
‑
94VTM
‑
1，具有良好的透明性能；不含卤素，对环境友好；不含磷元素，长期放置后，不会因为容易吸水使阻燃等级下降，材料性能不会明显衰减。
[0012]本专利技术提供的制备阻燃热塑性聚氨酯树脂的方法，制备的聚氨酯树脂的阻燃性能良好，性能在产品保质期内保持稳定无衰减。本专利技术制备阻燃热塑性聚氨酯树脂的方法，首先加入脂肪族二异氰酸酯和苯酐聚酯多元醇之间形成氨基甲酸酯结构即聚氨酯树脂主体结构；然后再添加催化剂，在氮气保护和温度作用下，过量的异氰酸酯结构发生三聚反应形成异氰脲酸酯结构，最后在扩链剂的作用下扩链形成大分子聚氨酯树脂。并且，在该制备方法中，采用增塑剂作为反应的溶剂，简化制备过程并调整制备的聚氨酯树脂的韧性，对环境友好。
附图说明
[0013]图1为本申请实施例1制备的阻燃热塑性聚氨酯树脂的红外图谱；其中，在1635
‑
1742cm
‑1之间的吸收峰是异氰尿酸酯结构吸收峰，随着含量的高低位置发生偏移，峰强高低存在差异，3310
‑
3500cm
‑1处出现的宽峰是氨基(或脲基)甲酸酯N
‑
H的伸缩振动，1550cm
‑1处为N
‑
H弯曲振动，1742.24cm
‑1处为氨基(或脲基)甲酸酯C＝O的伸缩振动，这三个吸收峰是氨基(或脲基)甲酸酯键的特征峰，表明合成产物确实为聚氨酯结构，其中C＝O键的伸缩振动峰出现在1742.24cm
‑1而不是1716cm
‑1处表明该聚氨酯为聚酯型聚氨酯而非聚醚型聚氨酯。
具体实施方式
[0014]本专利技术提供了一种阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，该透明阻燃热塑性聚氨酯树脂至少包括以下结构单元：
[0015]其中，R1为多元醇，R2为异氰酸酯。
[0016]在一种优选的实施方式中，R1为聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸
‑
1,6
‑
己二醇酯二醇和聚邻苯二甲酸新戊二醇酯二醇中的一种或几种。
[0017]为了获得更好的阻燃性能，在一种优选的实施方式中，所述异氰脲酸酯占所述阻燃热塑性聚氨酯树脂的摩尔质量为15
‑
35％，优选为20
‑
30％。
[0018]为了获得具有优异韧性的阻燃热塑性聚氨酯树脂，在一种优选的实施方式中，该阻燃热塑性聚氨酯树脂还含有增塑剂。
[0019]为了获得更好的韧性，在一种优选的实施方式中，所述增塑剂占所述阻燃热塑性聚氨酯树脂的质量的20
‑
50％，优选为30
‑
40％。
[0020]在一种优选的实施方式中，该阻燃热塑性聚氨酯树脂通过一下方法制备：
[0021]a.在搅拌情况下以及在氮气氛围下，将脂肪族二异氰酸酯、苯酐聚酯多元醇和增塑剂混合，获得混合物1；其中，脂肪族二异氰酸酯和苯酐聚酯多元醇的摩尔比为3
‑
6：1，增塑剂的用量为脂肪族二异氰酸酯和苯酐聚酯多元醇总量的20
‑
50重量％，优选为30
‑
40％；将混合物1升温至70
‑
90℃，并在该温度下反应20
‑
40分钟，获得反应混合物1；
[0022]b.在搅拌情况下以及在在氮气氛围下，向反应混合物1中添加催化剂，获得混合物2，将混合物2升温到110
‑
130℃，并在该温度下反应20
‑
40分钟，获得带有NCO封端的异氰脲酸酯结构聚氨酯预聚体的混合物；
[0023]c.在搅拌情况下以及在在氮气氛围下，在110
‑
130℃下，向带有NCO封端的异氰脲酸酯结构聚氨酯预聚体的混合物中添加扩链剂，所述扩链剂的加入量与所述带有NCO封端的异氰脲酸酯结构聚氨酯预聚体的混合物的摩尔比为1：0.5
‑
1，获得混合物3，并在110
‑
130℃下反应50
‑
70分钟，获得阻燃热塑性聚氨酯树脂。
[0024]优选地，在a步骤中，脂肪族二异氰酸酯和苯酐聚酯多元醇的摩尔比为4
‑
5：1；
[0025]优选地，在a步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，该透明阻燃热塑性聚氨酯树脂至少包括以下结构单元：其中，R1为多元醇，R2为异氰酸酯。2.根据权利要求1所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，R1为聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸
‑
1,6
‑
己二醇酯二醇和聚邻苯二甲酸新戊二醇酯二醇中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，所述异氰脲酸酯结构占所述阻燃热塑性聚氨酯树脂的摩尔质量的15
‑
35％。4.根据权利要求1所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，该阻燃热塑性聚氨酯树脂含有增塑剂。5.根据权利要求1所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，所述增塑剂占所述阻燃热塑性聚氨酯树脂的质量的20
‑
50％。6.根据权利要求1所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，该阻燃热塑性聚氨酯树脂通过一下方法制备：a.在搅拌和氮气保护条件下，将脂肪族二异氰酸酯、苯酐聚酯多元醇和增塑剂混合，获得混合物1；其中，脂肪族二异氰酸酯和苯酐聚酯多元醇的摩尔比为3
‑
6：1，增塑剂的用量为脂肪族二异氰酸酯和苯酐聚酯多元醇总量的20
‑
50重量％；将混合物1升温至70
‑
90℃，并在该温度下反应20
‑
40分钟，获得反应混合物1；b.在搅拌以及氮气保护条件下，向反应混合物1中添加催化剂，获得混合物2，将混合物2升温到110
‑
130℃，并在该温度下反应20
‑
40分钟，获得带有NCO封端的异氰脲酸酯结构聚氨酯预聚体的混合物；c.在搅拌以及氮气保护条件下，在110
‑
130℃下，向带有NCO封端的异氰脲酸酯结构聚氨酯预聚体的混合物中添加扩链剂，所述扩链剂的加入量与所述带有NCO封端的异氰脲酸酯结构聚氨酯预聚体的混合物的摩尔比为1：0.5
‑
1，获得混合物3，并在110
‑
130℃下反应50
‑
70分钟，获得阻燃热塑性聚氨酯树脂。7.根据权利要求6所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，所述苯酐聚酯多元醇选自聚邻苯二甲酸一缩二乙二醇酯二醇、聚邻苯二甲酸
‑
1,6
‑
己二醇酯二醇和聚邻苯二甲酸新戊二醇酯二醇中的一种或几种；所述脂肪族二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯和1,4环己烷二异氰酸酯中的一种或几种；所述增塑剂选自对苯二甲酸二辛酯、苯二甲酸二甲氧基乙二醇酯，磷酸三甲苯酯，苯二甲酸二丙
二醇酯和三乙二醇壬酸酯中的一种或几种；所述扩链剂为二元醇或者二元胺。8.根据权利要求6所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，所述的苯酐聚酯多元醇分子量为1000
‑
3000道尔顿。9.根据权利要求6所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，所述二元醇选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇和己二醇中的一种或几种。10.根据权利要求6所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，所述二元胺选自乙二胺、丙二胺、己二胺、对苯二胺、邻苯二胺、间苯二胺、联苯胺中的一种或几种。11.根据权利要求6
‑
10中任意一项所述的阻燃热塑性聚氨酯树脂，其特征在于，在步骤a中，搅拌转速为700
‑
900转/分钟；在步骤b中，搅拌转速为1100
‑
1300转/分钟；在步骤c中，搅拌转速为1900
‑
2100转/分钟。12.一种制备阻燃热塑性聚氨酯树脂的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：a.在搅拌以及氮气保护条件下，将脂肪族二异氰酸酯、苯酐聚酯多元醇和增塑剂混合，获得混合物1；其中，脂肪族二异氰酸酯的摩尔数大于苯酐聚酯多元醇的摩尔数；将混合物1升温至60
‑
100...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏炳忠，张靖，
申请(专利权)人：安丹达工业技术上海有限公司，
类型：发明
国别省市：