阻燃聚氨酯的制备及其在皮革工业中的应用

庆达皮革

聚氨酯 (polyurethane, PU) 作为一种新型聚合物，以其优异的综合性能被广泛应用于皮革、合成革和纺织品中。然而，传统的 PU 易燃，且燃烧伴随着严重的材料熔化与滴落，从而产生危险的烟雾和气体。这一缺陷限制了 PU 在各个领域的应用。目前，磷 - 氮 (P-N) 反应型阻燃剂是聚氨酯阻燃领域的热门话题。在此基础上，中山大学陈旭东教授和四川大学范浩军教授团队对阻燃 PU 的制备及阻燃机理，以及阻燃 PU 在皮革行业的现状进行了综述。PU 材料的相关应用如图 1 所示。

图 1. PU 材料的相关应用。

研究内容

PU 的合成及结构特点

PU 的合成是基于异氰酸酯的化学反应，通过基础原料 (如多异氰酸酯和含活泼氢的化合物) 的逐步加成聚合获得。目前，工业 PU 通过二异氰酸酯和多元醇 (例如聚醚或聚酯多元醇、小分子扩链剂和 / 或交联剂) 反应生成 (见图 2)。通过选择不同类型的原料、调整单体配比、控制反应顺序以及使用不同的合成工艺条件，PU 的分子结构具有高度可调性。

图 2. PU 合成机理示意图。

阻燃 PU 的进展

本综述介绍了三种不同类型的阻燃 PU，同时讨论了使用阻燃聚氨酯对人体的健康风险，如图 3 所示：

图 3. 不同的阻燃剂类型。

添加型阻燃 PU 是在 PU 树脂中加入一种阻燃剂，通过物理复合的方式降低 PU 的可燃性，甚至达到不燃性。常用的添加型阻燃剂包括无机阻燃剂或含卤素的有机化合物，如磷和氮。反应型阻燃 PU 又称本征阻燃，是通过在 PU 分子中引入含多元醇的阻燃元素 (如卤素、磷、氮、硅、硼)、异氰酸酯、扩链剂或固化剂而获得的。PU / 纳米复合体系已得到广泛深入的研究，被认为是传统阻燃剂的最佳替代品。

PU 在皮革 / 合成革中的应用

皮革是一种天然高分子材料，具有优良的卫生性能、良好的外观、舒适的手感、优异的物理机械性能，已被广泛应用于日常生活和工业产品中，主要用作复鞣填料与涂饰剂。

几十年来，合成革经历了三代产品的更新，包括 PVC 人造革、PU 合成革 (PU 革) 和超细纤维合成革 (超细纤维革)。PU 主要被用作 PU 皮革的涂层树脂和超细纤维皮革基材的浸渍树脂。

皮革 / 合成革的阻燃性研究

在皮革工业中，各种添加剂与加工工艺均会导致皮革的阻燃性降低。因此，皮革的可燃性限制了其在对阻燃性要求较高领域中的应用，如森林防火装备、航空及汽车内饰、家具革等。目前的研究表明，通过单独优化和调整制革工艺获得高阻燃皮革的方法尚不可行。在优化工艺的基础上，需要进一步添加不同的商用阻燃剂进行皮革复鞣，以此处理后的皮革阻燃性能良好，但存在手感差、皮革粗糙等问题。近年来，科研人员进一步研究了添加各种 P-N 阻燃复鞣剂及纳米粒子以获得高阻燃皮革。对于合成革实现阻燃的方法有两种：一种是对基材进行阻燃处理，另一种是对 PU 树脂进行阻燃处理。

研究结论

针对 PU 行业的现状和问题，研究人员认为未来的研究重点应集中在水性、无溶剂的 PU 树脂和具有功能性、高性能、高附加值的 PU 产品上。本文从添加型和反应型阻燃剂两个方面总结了提高聚氨酯阻燃性能的策略。PU 浆料的阻燃处理是提供阻燃合成革的最常见方式。对于合成革的实际生产，重要的是要根据皮革和皮革化学品的特点，开发高效、无毒、耐用、多功能的阻燃剂，以实现高性能、高品质、功能性和多样化的合成。阻燃皮革 / 合成革的性能提升取决于阻燃聚氨酯基础研究的推进。针对上述问题，作者提出了一些观点和设想：(1) 环保是设计阻燃聚氨酯皮革制品应用必须考虑的问题；(2) 阻燃聚氨酯的发展还应考虑其具体应用；(3) 从目前的研究来看，P-N 阻燃剂和纳米材料阻燃剂是获得高质量皮革制品的发展方向。