水性聚氨酯以水為介質(zhì)，由于水不燃、不爆、無毒、無味，不污染環(huán)境，不會危害操作人員的身體健康,能顯著降低產(chǎn)品的成本，故越來越引起人們的重視，被稱為綠色環(huán)保材料，廣泛應(yīng)用于輕紡、皮革加工、印染、涂料、粘合劑等行業(yè)。但是一個迫切的問題是，絕大多數(shù)水性聚氨酯是可以燃燒的，在使用過程中不可避免的存在火災(zāi)隱患，阻燃劑也就成了聚氨酯助劑中不可缺少的一種，阻燃級分為鹵素阻燃劑和非鹵屬阻燃劑，目前鹵素阻燃劑仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，因為其阻燃效果好，可以滿足很多聚氨酯產(chǎn)品的阻燃需求。但它在燃燒過程中產(chǎn)生較多的煙霧和有毒的腐蝕性氣體（如溴化氫），這種氣體在火災(zāi)中非常危險，因為它擴散速度極快，在火災(zāi)中嚴(yán)重妨礙了消防人員的撲救工作，給人民的生命財產(chǎn)造成了極大的危害。鑒于有鹵阻燃劑的嚴(yán)重弊端，尋找有鹵阻燃劑的替代品-無鹵阻燃劑就提上日程，另外選擇無鹵阻燃劑還是環(huán)保的要求。本文以兩種自制的無鹵阻燃劑為添加劑，以甲苯二異氰酸酯TDI，聚醚N-220為基本原料合成WPU，采用本體復(fù)合法制備WPU/OMT/LDH納米復(fù)合材料，討論了這種混合阻燃劑對WPU的阻燃性能的影響。

1、實驗部分

1.1 Mg/Al-PNBA-LDH的制備及結(jié)構(gòu)檢測

      合成過程采用離子交換法， 3份的MgCl2·6H2O和1份的AlCl3·6H2O溶解在300mL去離子水中，加入1份對硝基苯甲酸，攪勻，記為溶液A。配制0.1mol/L的NaOH溶液若干，記為溶液B。在40℃恒溫條件下，將B緩慢滴加入A中并劇烈攪拌，調(diào)試PH到適當(dāng)，產(chǎn)生淺黃色沉淀。把淺黃色沉淀密閉陳化72h后，取出過濾并用去離子水洗3次，烘干，得到淺黃色固體，研磨成粉末后用X-射線衍射(XRD)表征，記為Mg/AlPNBA。用X-射線衍射(XRD)表征和分析(所有去離子水均經(jīng)煮沸后使用)。

1.2 改性O(shè)MT的制備及結(jié)構(gòu)檢測

1.2.1 磷酸蜜胺鹽的制備

      三聚氰胺的結(jié)構(gòu)式是，它與磷酸反應(yīng)便可得磷酸蜜胺鹽，反應(yīng)如下：

      首先在1000ml的三口燒瓶中加入蒸餾水500ml，然后用電子天平稱取0.3mol的三聚氰胺，緩慢加入上述三口燒瓶中。三口燒瓶中裝入電動攪拌機中等速度攪拌，同時插入溫度計，利用水浴鍋進行加熱，直至溫度升至90℃，保持這個溫度恒定。待三聚氰胺完全溶解后，用電子天平稱取0.4mol的磷酸，用滴定管緩慢滴加入三聚氰胺溶液中為并且同時提高攪拌的速度，以防止反應(yīng)生成的鹽結(jié)塊，變成固體。磷酸滴加完后，保持溫度恒定，反應(yīng)1.5小時。反應(yīng)完全之后，將裝置拆除，所得產(chǎn)物放置冷卻，待到常溫時進行抽真空過濾，將所得濾餅放入燒杯中進行干燥，隨后又放入真空烘箱中進行干燥，之后便得蓬松的白色粉狀固體磷酸蜜胺鹽（ MPP）。

1.2.2 蒙脫土的處理

      首先在1000ml的三口燒瓶中加入500ml的蒸餾水，其中加入攪拌子放在恒溫磁力攪拌器上進行攪拌，恒定25℃常溫。用電子天平稱取20g的鈉基蒙脫土加入三口燒瓶中，加大攪拌力度，劇烈攪拌3小時，使其制成蒙脫土的懸浮液，放置一天待用。

1.2.3有機蒙脫土的合成

      將 上 述 制 得 的 磷 酸 蜜 胺 鹽 （ M P P ） 重 新 置 于1000ml裝有500ml的蒸餾水中，攪拌時之溶解完全，并加熱至90℃。同時將蒙脫土的懸浮液也加熱到90℃，并高速攪拌。此時緩慢加入90℃的磷酸蜜胺鹽溶液（防止結(jié)塊）反應(yīng)3小時，完全反應(yīng)后，結(jié)束反應(yīng)。冷卻過濾，并用蒸餾水清洗，得濾餅即為磷酸蜜胺鹽-蒙脫土（ MPM）。將其先放入鼓風(fēng)干燥箱中干燥，之后磨成粉末，放入真空干燥箱干燥，以備用。

1.3 WPU/OMT/LDH的制備及結(jié)構(gòu)檢測

      ①將改性LDH和OMT按1： 1的比例混合均勻，并用研缽研碎。

      ②將上步所得混合物與聚醚N-220在室溫下快速攪拌4小時，以使混合物在N-220中分散，制得納米膠體復(fù)合物。

      ③將異氰酸酯，如甲苯二異氰酸酯與上步所得的聚醚納米復(fù)合物在85℃下反應(yīng)2小時，制得NCO端基的預(yù)聚物，將此預(yù)聚物在高真空下脫氣2小時，以除去其中的空氣，水汽及未反應(yīng)的游離單體。

      ④向上步產(chǎn)物中加入擴鏈劑（一縮二乙二醇）、交聯(lián)劑(TMP)、催化劑（辛酸亞錫），控制在60℃反應(yīng)4.5小時。

      ⑤將上步所得物料傾入一平模中，在真空干燥箱中100℃以下處理24小時，即得產(chǎn)物WPU/OMT/LDH。

2 、實驗結(jié)果及討論

2.1 Mg/Al-PNBA-LDH的結(jié)構(gòu)分析

      從圖2可以看出未經(jīng)改性的Mg/Al的（ 003）峰在12左右，改性過后， Mg/Al-PNBA-LDH（003）峰為5.93，如圖2。 MPM的衍射峰出現(xiàn)在5.93處。由Bragg方程2dsinθ =Kλ可得Mg/Al的層間距為1.20nm，經(jīng)改性后的Mg/Al間距變?yōu)?.55nm，層間之間的距離變大，實現(xiàn)了離子的交換。

2.2 磷酸蜜胺鹽-蒙脫土阻燃劑的表征

      由圖3可以知道,MPM的衍射峰出現(xiàn)在5.805處。鈉基蒙脫土的衍射峰出現(xiàn)在7.06處。而X射線衍射的波長為0.154nm。我們由Bragg方程2dsinθ =Kλ可得鈉基蒙脫土的層間距為1.25nm，經(jīng)改性后的蒙脫土層間距變?yōu)?.52nm，層間之間的距離變大時因為磷酸蜜胺鹽置換出了其中的Na+，實現(xiàn)了離子的交換。而磷酸蜜胺鹽的體積比鈉離子大，所以層間距離變大。反過來，我們由XRD圖中峰的位置的變化又進一步證明，磷酸蜜胺鹽已經(jīng)插層到了蒙脫土中。

2.3 WPU/OMT/LDH納米復(fù)合材料的氧指數(shù)測定

      極限氧指數(shù)是衡量材料阻燃性能的一個重要指標(biāo)。所謂極限氧指數(shù)是指在規(guī)定條件下，固體材料在氧、氮混合氣流中，維持平穩(wěn)燃燒需的最低氧含量稱為氧指數(shù)。材料的氧指數(shù)表示材料燃燒的難易程度。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒。一般認(rèn)為，氧指數(shù)＜ 22屬易燃材料，氧指數(shù)在22-27之間屬可燃材料，氧指數(shù)＞27屬難燃材料。

      本實驗中采用了兩種阻燃劑混合使用，希望起到良好的協(xié)同作用，實驗證明，混合阻燃劑對提高材料的阻燃性能是有效的，實驗中各個樣品的氧指數(shù)均較WPU有較大提高。實驗也表明，當(dāng)阻燃劑的量加大到一定劑量時，繼續(xù)增加，不會提高材料的氧指數(shù)。

3、 結(jié)論

      （ 1）通過共沉淀法，用氫氧化鎂和氫氧化鋁改性LDH是可行的，經(jīng)改性后的Mg/Al間距變?yōu)?.55nm，層間之間的距離變大，實現(xiàn)了離子的交換。

      （ 2）用改性磷酸蜜胺鹽蒙脫土，磷酸蜜胺鹽能夠成功的插層到蒙脫土中，實現(xiàn)對蒙脫土的有機改性。

      （ 3）通過本體復(fù)合法合成WPU/OMT/LDH是可行的，通過氧指數(shù)測定，混合阻燃劑的協(xié)同效應(yīng)良好，有效的提高了材料的阻燃性能。

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