基于电子产品应用的无卤涂料制备研究

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1、基于电子产品应用的无卤涂料制备研究第一章绪论1.1课题来源聚氨基甲酸酯简称聚氨酯(PU)，一般将在高分子链的主链上含有重复的氨基甲酸酯键结构单元-NH-CO-O-的高分子化合物称为聚氨酯，它的结构为-CO-NH-R-NH-CO-O—R(n)，通常是由二元或多元异氰酸酯与含有两个或多个活泼氢的化合物通过逐步聚合反应聚合而成，属于缩聚反应，除了生成氨基甲酸酯键外，还生成脲、缩二脲等基团。聚氨酯可以分为溶剂性聚氨酯和水性聚氨酯两大类。与溶剂性聚氨酯相比，水性聚氨酯(WPU)是以水替代有机溶剂，具有气味小、环保、操作简便

2、，节约资源等优点，可与多种水性树脂复合以改进性能和降低成本。水性聚氨酯作为一种新型的绿色环保材料，目前已经广泛应用于轻纺、印染、皮革加工、木材加工和建筑涂料等方面，如此多的用途所涉及的几乎都是易燃材料，如果不对这些材料在使用时进行阻燃处理，必然存在引发火灾的潜在隐患。所以为了减少火灾的危险并能更好的保护人们的财产安全，这就对材料的阻燃性提出更高的要求，水性聚氨酯的阻燃化能满足这方面的要求，这也是水性聚氨酯功能化的重要方向之一。目前，对水性聚氨酯的阻燃化研究主要有两种方法，一种是通过添加大量的阻燃剂来提高水性聚氨酯

3、的阻燃效果；另一种是采用含卤素的聚醚多元醇或聚醚二元醇作为反应单体或是含卤素的小分子二元醇或二元胺作为扩链剂来参与合成反应，尽管含有卤素的阻燃剂阻燃效果好，阻燃效能高，可以满足很多聚氨酯产品的阻燃要求，但它在燃烧过程中会产生许多烟雾和有毒有害的腐蚀性气体(如溴化氢)，因为这种气体扩散速度非常快，毒性非常大，在火灾中非常危险，严重妨碍了消防人员的扑救工作。鉴于有卤阻燃剂的严重弊端，寻找有卤阻燃剂的替代品无卤阻燃剂就提上日程，另外选择无卤阻燃剂还是环保的要求。本文从无卤阻燃的角度出发，一方面通过含磷的小分子二醇参与扩

4、链，另一方面通过添加硅溶胶与水性聚氨酯共混，合成无卤阻燃水性聚氨酯，旨在提高水性聚氨酯的阻燃性能，这既具有研究意义又具有实用价值。1.2国内外研究现状水性聚氨酯的研究开发可以追溯到上个世纪40年代，P．Schlack首次制备了阳离子型水性聚氨酯，此后由于水性聚氨酯本身所具有的优异特征而得到了快速发展。1967年，水性聚氨酯开始实现工业化生产，1972年由水性聚氨酯行业的带头人一德国Bayer公司率先开发了水性聚氨酯皮革涂饰剂，1975年由安徽大学的研究者们向聚氨酯分子链中引入亲水成分二羟甲基丙酸，使之在水中实现内

5、乳化，从而得到了性能更高的水性聚氨酯，其应用领域也随之拓广。进入20世纪80年代以后，德国、美国、荷兰、日本等一些先进国家的水性聚氨酯开始从实验室制备阶段逐步发展为规模生产和应用阶段。现在国外许多公司都有水性聚氨酯产品，著名的有Bayer、BASF、DOW、Stahl、DSM、Mace、Wyandotte、日本光洋、大日本油墨等，其中，绝大多数的都是单组分阴离子型水性聚氨酯。我国从1972年开始研究水性聚氨酯，先后有多家研究机构和生产厂家参与了研究开发，较早的如安徽大学、成都科技大学、晨光化工研究所等，并有多篇学

6、术论文发表，其研究方向主要为水性聚氨酯皮革涂饰剂。如1976年首先对水性聚氨酯皮革涂饰剂进行研究的沈阳皮革所，以及北京5号乳液和天津皮革所的PU．1型乳液皮革涂饰材料等。20世纪90年代是我国水性聚氨酯皮革化材技术科研成果转化的高峰期，最具代表性的有：安徽大学首先采用二羟甲基丙酸制备水性聚氨酯，其研究成果作为国家火炬项目，成功地转化给安徽大学科招精细化工厂，所生产的PU．II型PUD皮革涂饰剂，1991年被评为国家级新产品，投产后水性聚氨酯最高产值曾达4000余万元，目前产能约2000t／a以上；安徽安庆月山化工

7、厂目前产能约3000t／a，最高年产值可达3000万--4000万元；扬州神龙化工厂，最高年产值2000万元；安徽郎溪化工二厂，最高年产值2000万元。同一时期，丹东轻化研究院、四川成都科技大学的技术成果也分别被转化，如浙江三门聚氨酯制品厂、河南开封树脂厂、上海皮革化工厂等，产能约306-600t／a，浙江东化最高产值3000t／a，目前产能约5000t／a。20世纪90年代末，龙头企业德国Bayer公司在江苏无锡投资2400万美元，建成拜耳无锡皮革化工厂，除生产皮革涂饰剂外，还生产鞣剂、各种助剂等；中国台湾宏麟

8、华行在浙江嘉兴投资5000万元人民币，专门生产皮化产品，包括水性聚氨酯产品。目前我国皮化企业有200多家，一半以上集中在沿海城市，28％在中部地区，16％在北方。总量的45％来自皮化企业，55％来自化工企业。1.3当前存在的问题在以往的研究中，主要存在以下三方面的问题：从制备水性聚氨酯的基本原料来看，异氰酸酯组分主要使用芳香族异氰酸酯，脂肪族以及脂环族异氰酸酯是最近几年刚