工艺技术
第41卷第10期 2011年10月
涂料工业
PAINT & COATINGS INDUSTRY
无卤阻燃硅溶胶改性水性聚氨酯的研究
李俊梅，王萃萃，王焕，黄毅萍，许戈文
（安徽大学化学化工学院，安徽省绿色高分子材料重点实验室，合肥230039）
Vol.41No.10
Oet.2011
摘要：以聚醛(N-210）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI)为基本单体，一缩二乙二醇（EX)为扩链剂，二羟甲基丙酸（DMPA)为亲水扩链剂，制备出固含量为30%的水性聚氨酯（WPU)乳液。采用机械分散的方式将纳米硅溶胶按计量加人到WPU乳液中，得到一系列硅溶胶改性的WPU乳液。研究表明，硅溶胶在WPU中分散得比较均匀，硅溶胶粒子和聚氨酯（PU)粒子间存在相互作用，硅溶胶的加人可提高PU的力学性能、耐水性和硬度；TGA测试表明硅溶胶的加入可以提高PU的热稳定性：燃烧测试表明，硅溶胶的加人很大程度上提高了PU的阻燃性，当硅溶胶的加人量为20% 时，其氧指数可达到26%。
关键词：水性聚氨酯；硅溶胶；阻燃；氧指数
中图分类号：TQ630.4
文献标识码：A
文章编号：02534312(2011)10003806
StudyofWaterbornePolyurethaneModifiedwith
Halogen--Free Silica SolFlame Retardant Li Junmei, Wang Cuicui, Wang Huan,Huang Yiping,Xu Gewen
( School of Chemistry and Chemical Engineering ,Anhui University; Key Laboratory o Enatironment Friendly Polymer Materials of Anhui Prouince, Hefei 230039, China)
Abstract:The waterborne polyurethane (WPU) emulsion with solid content of 30% was synthesized with polyether 210 (N 210), isophorone disocyanate (IPDI) as basic monomers, diethylene glycol (EX) as chain extender, dimethylol propionic acid (DMPA) as the hydrophilic chain extender. A series of WPU e-mulsions modified with silica sol were prepared by mechanical dispersion of silica sol in WPU emulsion at a specified amount. The results showed that silica sol was evenly dispersed in the WPU. There was interaction between silica particles and polyurethane( PU) particles. The addition of silica sol could enhance the me-chanical properties, water resistance,hardness of PU. TGA tests showed that the addition of silica sol could improve the thermal stability of PU. Combustion tests showed that the addition of silica sol greatly improved the flame retardancy of PU. The oxygen index could achieve 26% when the quantity of the silica sol was20%.
Key Words:waterborne polyurethane;silica sol;flame retardant; oxygen index
水性聚氨酯（WPU)以水为分激介质，具有气味小、不污染环境、节能等优点，随着环境保护法规的不断完善，水性聚氨酯的开发和应用越来越受到重视。阻燃水性聚氨酯是水性聚氨酯功能化的重要方向之一1-2}。水性聚氨酯主要应用于皮革加工、纺织印染、造纸业、建筑涂料、胶粘剂等方面，所涉及的几乎都是易燃材料，这些材料在使用时如未经阻燃处理，必然成为引发火灾的安全隐患3，而目前关于无卤阻燃水性聚氨酯的研究并不多，特别是添加型阻燃聚氨酯，因为共混加人极易造成聚氨酯乳液的不稳定，导致破乳，或者是阻燃剂难于稳定分散在水性聚氨酯中，易产生沉积。
硅系阻燃剂因有害性低而引起世人的重视。按组成结构可分为无机硅和有机硅阻燃剂。前者主要为SiO，，兼有补强 38
和阻燃作用。有机硅阻燃剂主要有硅油、硅树脂、硅橡胶及有机硅烷醇酰胺等(4)。硅溶胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的白色或蓝色微带蓝色乳光的胶体溶液，又名硅酸溶胶，或二氧化硅水溶胶。它呈现出化学情性，无臭、无味、无毒、无离蚀，分子式可表示为mSiO，'nH,O。硅溶胶具有许多优良性质，如大比表面、高吸附性、高分散度几纳米到几十纳米、高耐火绝缘性、高耐温抗氧化性等，此外生产原料来源广泛、便于生产，价格低廉[3-6]。
本研究考虑到纳米硅溶胶的高耐火性，选择纳米硅溶胶来改性水性聚氨酯材料，将纳米硅溶胶以物理共混的方式加人到已合成出的水性聚氮酯乳液中，研究表明：硅溶胶的加人很大程度上提高了PU的阻燃性能，同时提高了PU的力学性