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水性聚氨酯(WPU)具有优良的环保性、稳定性和物理性能等优点,广泛应用在各个领域。WPU是高分子材料具有易燃的危险,缺少优异的阻燃性能会一定程度限制其使用,具有阻燃性能的WPU的研制、生产和使用越来越受到人们的重视和关注。在WPU中,可以从链段引入阻燃成分或者通过物理共混添加阻燃剂的方式提高其阻燃性能。随着科技的进步,寻求环保、安全阻燃剂变得越来越重要,其中磷系阻燃剂、无机阻燃剂作为无卤阻燃剂使用越来越多且越来越成熟,有效地克服了卤系阻燃剂的缺点。本文通过以含磷(P)阻燃剂环状磷酸酯(FR-1036)与WPU物理共混制备阻燃WPU、以改性9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)制备的扩链剂通过共聚制备阻燃WPU和以改性高岭土(KA)与含磷聚碳酸酯(BY3009T)制备阻燃WPU三种方式制备了系列阻燃水性聚氨酯,研究了阻燃剂种类和改性方法对水性聚氨酯阻燃等性能的影响。本文主要内容有以下三个部分:(1)FR-1036阻燃剂物理共混制备阻燃WPU以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)等为主要原料合成水性聚氨酯(WPU),然后用阻燃添加剂FR-1036和WPU物理共混制备阻燃水性聚氨酯(WPUP),研究了FR-1036含量对WPU性能的影响。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧试验(UL-94)、锥形量热仪(CCT)和扫描电子显微镜(SEM)等进行测试,研究表明随着FR-1036含量的增加,WPUP胶膜的硬度下降,拉伸强度不断下降,当FR-1036质量分数为15%时制备的阻燃水性聚氨酯综合性能最佳,LOI为27%达到难燃级别,UL-94测试显示的阻燃性能达到V-0级。(2)改性9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)作为扩链剂制备阻燃WPU为了在阻燃性和热稳定性以及水性聚氨酯(WPU)的力学性能之间保持平衡,通过一步合成含磷和氮的反应型阻燃剂(DOPODEA)并将其引入聚氨酯预聚体中以制备一系列阻燃扩链剂改性的水性聚氨酯材料(DWPU)。采用核磁氢谱(~1HNMR)、傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧试验(UL-94)、锥形量热仪(CCT)和扫描电子显微镜(SEM)等测试,研究了不同DOPODEA含量对DWPU阻燃性能的影响。测试结果表明,随着阻燃扩链剂含量的增加,水性聚氨酯极限氧指数(LOI)从19%增大到33%,垂直燃烧(UL-94)测试显示阻燃性能达到V-0级。当DOPODEA与1,4-丁二醇(BDO)摩尔质量比1∶1时制备阻燃水性聚氨酯(DWPU3)综合性能最优,锥形量热仪测试表明DWPU3的热释放速率峰值(PHRR)降低到491.45kW/m~2、总热释放速率(THR)降低达到41.17 MJ/m~2,具有良好的阻燃效果。(3)BY3009T和KA共同制备阻燃水性聚氨酯(KBWPU)复合材料以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、含磷聚碳酸酯二醇(BY3009T)和异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)等为主要原料,将BY3009T代替PBA大分子二醇,合成出一系列有机磷阻燃改性水性聚氨酯(BWPU),随后将改性高岭土(KA)添加到BWPU中制备复合阻燃水性聚氨酯(KBWPU)。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、热重分析(TGA)、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧试验(UL-94)、锥形量热仪(CCT)和扫描电子显微镜(SEM)等测试,研究了不同BY3008T、KA含量对水性聚氨酯性能的影响。结果表明,当BY3009T与PBA质量比为20∶20时,阻燃水性聚氨酯(BWPU20)的极限氧指数(LOI)增大到26%,垂直燃烧(UL-94)测试达到V-2级别,阻燃效果不理想。随着KA加入BWPU20中质量分数的增加,阻燃性能提高,当KA的含量占BWPU20的质量分数为1.5%(KBWPU20-1.5%)时阻燃等性能最好,其LOI为30%,垂直燃烧测试显示的阻燃性能达到V-0级。