水性聚氨酯(WPU)以水为分散介质具有气味小、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。水性聚氨酯材料在使用过程中易发生火灾,容易造成重大的人员伤亡事故。因此有必要对水性聚氨酯进行阻燃处理,阻燃水性聚氨酯是水性聚氨酯功能化的重要方向之一。在人们对环保越来越重视的今天,卤系阻燃剂由于不符合环境保护的要求,在着火时,能放出使人窒息死亡的毒气,正逐步被取代。在寻求环保、安全阻燃剂的形势下,磷系阻燃剂、硅系阻燃剂作为无卤阻燃剂的重要品种,有效地克服了卤系阻燃剂的缺点,引起了人们的普遍关注。本文选用分子中含磷元素(P)的反应型阻燃剂[(双(2-羟乙基)氨基)甲基]磷酸二乙酯(FRC-6)、含硅元素(Si)的无机添加型阻燃剂纳米硅溶胶(SRJ)以及将这两种阻燃剂复配以达到协同阻燃目的三种方式来制备阻燃水性聚氨酯。本文以聚醚(N-210)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、FRC-6、一缩二乙二醇(EX)、二羟甲基丙酸(DMPA)、3-(2-氨乙基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷(KH-602)为主要原料合成了系列有机磷阻燃改性的水性聚氨酯。通过红外、吸水率、热分析(TGA)、极限氧指数(LOI)、微型燃烧量热(MCC)等测试研究了阻燃剂FRC-6的加入对聚氨酯(PU)耐水性、热性能、阻燃性能的影响。研究表明,FRC-6的加入使得聚氨酯的耐水性下降,起始热分解温度降低,但是热分解速率也降低,残炭率增加,当P元素在聚氨酯预聚体中的质量分数为2.31%时,氧指数为28%,聚氨酯材料由易燃变为难燃,阻燃性能得到很大提高,垂直燃烧测试显示PU的阻燃性能已达到UL-94V-2级。有机磷化合物主要是通过凝聚相阻燃机理发挥阻燃作用,聚合物首先要达到一定的温度才能燃烧,在这个受热过程中,聚合物中的C-P键由于键能较低而断裂,然后含P基团首先与氧气作用生成磷酸,磷酸脱水生成偏磷酸,偏磷酸不稳定,最后会聚合成为稳定的聚偏磷酸。它作为一种凝聚相,主要在以下两方面起阻燃作用：一方面,聚偏磷酸以一层类似玻璃膜的形式覆盖在聚合物的表面,因为隔绝了外界空气从而阻止了燃烧;另一方面,聚偏磷酸作为一种强酸,具有很强的脱水能力而且具备夺取聚合物酯链中的氧的能力,能够促进聚合物脱水炭化产生炭化层,减少或阻止了可燃性气体的产生,从而起到阻燃作用。采用机械分散的方式将纳米硅溶胶(Si02的水溶液)按计量加入到水性聚氨酯乳液中,得到一系列硅溶胶改性的WPU乳液。并对改性后的水性聚氨酯进行红外、吸水率、硬度、力学性能、热分析、氧指数等测试,表征其结构,同时研究了硅溶胶的加入对水性聚氨酯耐水性、热性能及阻燃性能的影响。测试结果表明,无机阻燃剂硅溶胶的加入,提高了材料的耐水性、硬度、力学性能,同时材料的耐热性能也得到很大提高,氧指数测试发现,当Si元素在聚氨酯预聚体中质量分数为3.41%时,其氧指数为26%。在合成出的有机磷阻燃改性的水性聚氨酯乳液中按计量加入纳米硅溶胶,制备出磷／硅(P/Si)协同阻燃改性的水性聚氨酯,测试了聚氨酯的阻燃和热稳定性,并通过傅立叶红外光谱表征了协同体系中主要的官能团,研究发现,当复配体系中的P、Si元素达到一定配比时,PU的极限氧指数从17%提高到33.5%,垂直燃烧测试最高可达UL-94V-0级,表明P、Si两种元素在PU中具有良好的协同阻燃效应。