CN104211893A

CN104211893A - 低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料及制备方法

Info

Publication number: CN104211893A
Application number: CN201410439154.0A
Authority: CN
Inventors: 叶根林
Original assignee: STARWAY INTERNATIONAL HOME-LIVING Co Ltd
Current assignee: STARWAY INTERNATIONAL HOME-LIVING Co Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2014-12-17

Abstract

低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料及制备方法，成分按重量比组成，聚醚：30—45%，异氰酸酯：20—40%，无碱长玻纤：10—40%，发泡剂：2—10%，阻燃剂2—15%，催化剂：1—5%；其制备方法为：无碱玻纤在高压浇注机混合头附近割长度5-20cm无碱长玻纤后，与偶联剂置反应釜反应0.5-2h，得玻纤初料；常温，将异氰酸酯、聚醚比例装干燥容器，搅拌，得混合原料；玻纤初料置混合原料中浸润，依次加阻燃剂、催化剂、发泡剂，混合均匀，得混合次料；混合次料注入模腔，经LFI工艺注射成型，得聚氨酯发泡材料。本发明聚氨酯发泡材料密度低、阻燃性好、力学性能佳，该方法操作简单、周期短、玻纤损耗低。

Description

低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料及制备方法

技术领域

本发明涉及聚氨酯泡沫塑料技术领域，更具体的说，涉及一种低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料及制备方法。

背景技术

聚氨酯是国外近十年来，为适应环保需求而研制开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工材料。传统聚氨酯泡沫由于其内部反应温度高、强度低、阻燃差等问题，导致我国每年都会发生数起因房屋倒塌或自燃而造成的安全事故；另一方面，目前国内常用的发泡剂是环戊烷和HFC-365mfc，两种发泡剂各自存在缺点：在采用环戊烷时，应重点考虑发泡剂安全性，同时制备的泡沫密度较高，且泡沫的绝热性能略差；在采用HFC-365mfc制备泡沫时，泡沫的导热系数低，泡沫的绝热性能好，但同样存在闪点问题，发泡剂的安全性能不佳。HFC-365mfc的原料价格较高，制得的泡沫成本明显增加。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术存在的缺点，提供一种密度低、阻燃性好、成本低、力学性能佳，材料安全、性能优异，适用于建筑外墙等产业化推广的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料及制备方法。

本发明低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于，由以下成分按重量比组成，聚醚：30%—45%，异氰酸酯：20%—40%，无碱长玻纤：10%—40%，发泡剂：2%—10%，阻燃剂2%—15%，催化剂：1%—5%。

进一步，所述的无碱长玻纤长度为5—20cm，已经表面偶联剂改性。

进一步，所述的偶联剂为KH550偶联剂、KH560偶联剂、KH570偶联剂、KH792偶联剂中的一种或多种组合而成。

进一步，所述的发泡剂为有机和无机混合发泡剂。

进一步，所述的阻燃剂为氢氧化镁、氧化钙、氧化铝中的一种或多种组合而成。

进一步，所述的催化剂为N,N’,N"-四甲基-1,6己二胺、N,N—二甲基苄胺、N,N—二甲基乙醇胺、N,N—二乙基乙醇胺中的一种或多种组合而成。

进一步，所述的有机发泡剂为异戊烷、正戊烷中的一种或两种组合而成，无机发泡剂为硬质碳酸钙、层状蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米滑石粉中的一种或多种组合而成。

本发明低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料的制备方法，包括以下制备步骤：

A、将无碱玻纤在高压浇注机混合头附近切割成长度为5-20cm的无碱长玻纤，将无碱长玻纤与偶联剂置于反应釜中反应0.5-2h，得玻纤初料，待用；

B、常温下，将异氰酸酯、聚醚按比例装入干燥容器中，充分搅拌，得混合原料，待用；

C、将玻纤初料置于混合原料中充分浸润，然后依次加入阻燃剂、催化剂、发泡剂，继续充分搅拌，使得溶液混合均匀，未发生分层现象，得混合次料；

D、将混合次料注入模腔，经LFI工艺注射成型，即可得聚氨酯发泡材料。

进一步，所述的LFI工艺采用德国Krauss-Maffei公司生产的LFI注射成套加工设备，产品可利用三维结构形成特定结构的增强阻燃聚氨酯发泡材料，可用于家具或建筑保温隔热材料中。

本发明采用有机戊烷类发泡剂和无机发泡剂复配使用，材料泡沫密度低，绝热性好；同时，采用长玻纤和阻燃剂有效提高泡沫材料力学性能和阻燃性，解决现有技术聚氨酯泡沫塑料闪点、强度低、阻燃性不佳的缺点；产品阻燃剂采用常规有机阻燃剂，成本较传统有机阻燃剂降低了25%，在发泡过程中起到一定的异相成核的作用，使得发泡更加均匀。目前，国内涉及有机戊烷类和无机复配聚氨酯发泡剂、长玻纤和无机纳米阻燃剂用于改善聚氨酯发泡材料先无报道。

同时，本发明成功在聚氨酯发泡中实现LFI技术，LFI工艺与传统工艺相比，LFI工艺有明显优点：不需在模腔内预置玻璃纤维毡，而是通过机械手把两步法变成单一操作，生产周期可缩短，操作人员劳动条件也得到明显改善，还可根据需要调整提高产品中纤维含量；LFI工艺使用的玻璃纤维比用传统工艺的玻璃纤维毡成本降低一半左右，加工经济；混合头对于形状复杂的大型汽车部件加工较适用，并可减少废料；制品密度相对均匀，力学性能较高。LFI工艺和传统工艺相比，一般可节省费用15%-20%。

本发明通过新型复配发泡剂、阻燃剂和LFI工艺制备的低密度长玻纤纤维增强聚氨酯发泡材料，具有密度低、阻燃性好、成本低、力学性能佳等优点，可用于家居和建筑材料保温隔热材料中。

说明书附图

图1是各实施例中测试数据对比。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明进一步说明，但发明的保护范围不限于此。

实施例1：

一种低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其配方按重量比组成，由以下成分按重量比组成，聚醚：30%，异氰酸酯：20%，无碱长玻纤：30%，异戊烷和纳米二氧化硅(0.1um)混合发泡剂(质量比例为1：1)：5%，阻燃剂氧化钙：12%，催化剂N,N’,N"-四甲基-1,6己二胺：3%。

低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料的制备方法，包括以下步骤：

A、将无碱玻纤在高压浇注机混合头附近切割成长度为5cm的长玻纤，将无碱长玻纤与KH550偶联剂置于反应釜中反应0.5h，得玻纤初料，待用；

B、常温下，将异氰酸酯、聚醚上述比例装入干燥容器中，充分搅拌，得混合原料，待用；

C、将玻纤原料置于异氰酸酯和聚醚的混合原料中充分浸润，然后依次按比例加入阻燃剂氧化钙、催化剂N,N’,N"-四甲基-1,6己二胺：3%、异戊烷和纳米二氧化硅(0.1um)混合发泡剂，继续充分搅拌，使得溶液混合均匀，未发生分层现象，得混合次料；

D、将混合次料注入模腔，经LFI工艺注射成型，即得聚氨酯发泡材料。

实施例2：

一种低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其配方按重量比组成，由以下成分按重量比组成，聚醚：45%，异氰酸酯：35%，无碱长玻纤：10%，正戊烷和纳米滑石粉(1um)混合发泡剂(质量比例为2:3)：2%，阻燃剂氢氧化镁：3%，催化剂N,N—二甲基苄胺、N,N—二甲基乙醇胺：5%。

低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料的制备方法：包括以下步骤：

A、将无碱玻纤在高压浇注机混合头附近切割成长度为10cm的无碱长玻纤，将无碱长玻纤与KH560偶联剂置于反应釜中反应1h，得玻纤初料，待用；

B、常温下，将异氰酸酯、聚醚按上述比例装入干燥容器中，充分搅拌，得混合初料，待用；

C、将玻纤初料置于异氰酸酯和聚醚的混合初料中充分浸润，然后依次加入阻燃剂氢氧化镁、催化剂N,N—二甲基苄胺、N,N—二甲基乙醇胺、正戊烷和纳米滑石粉(1um)混合发泡剂，继续充分搅拌，使得溶液混合均匀，未发生分层现象，得混合次料；

D、将混合次料注入模腔，经LFI工艺注射成型，得聚氨酯发泡材料。

实施例3：

一种低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其配方按重量比组成，由以下成分按重量比组成，聚醚：40%，异氰酸酯：25%，无碱长玻纤：20%，异戊烷和层状蒙脱土(10um)混合发泡剂(质量比例为3:1)：8%，阻燃剂氧化铝：5%，催化剂N,N-二乙基乙醇胺：2%。

A、将无碱玻纤在高压浇注机混合头附近切割成长度为20cm的长玻纤，将长玻纤与KH570偶联剂置于反应釜中反应2h，得玻纤初料，待用；

B、常温下，将异氰酸酯、聚醚按上述比例装入干燥容器中，充分搅拌，得混合原料，待用；

C、将玻纤初料置于异氰酸酯和聚醚的混合原料中充分浸润，然后依次加入阻燃剂氧化铝、催化剂N,N-二乙基乙醇胺、异戊烷和层状蒙脱土(10um)混合发泡剂，继续充分搅拌，使得溶液混合均匀，未发生分层现象，得混合次料；

对比实施例1：

一种低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其配方按重量比组成，由以下成分按重量比组成，聚醚：40%，异氰酸酯：40%，正戊烷和硬质碳酸钙(5um)混合发泡剂(质量比例为2:1)：7%，阻燃剂氧化铝和氧化钙混合物(质量比例为1:1)：10%，催化剂N,N’,N"-四甲基-1,6己二胺：3%。

A、常温下，将异氰酸酯、聚醚上述比例装入干燥容器中，充分搅拌，得混合原料，待用；

B、在混合原料中依次按比例加入阻燃剂氧化铝和氧化钙混合物、催化剂N,N’,N"-四甲基-1,6己二胺、正戊烷和硬质碳酸钙混合发泡剂，继续充分搅拌，使得溶液混合均匀，未发生分层现象，得混合次料；

对比实施例2：

一种低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其配方按重量比组成，由以下成分按重量比组成，聚醚：35%，异氰酸酯：35%，无碱长玻纤：15%，异戊烷发泡剂：4%，阻燃剂氧化镁：9%，催化剂N,N-二乙基乙醇胺：2%。

A、将无碱玻纤在高压浇注机混合头附近切割成长度为12cm的无碱长玻纤，将无碱长玻纤与KH792偶联剂置于反应釜中反应1.5h，得玻纤初料，待用；

C、将玻纤初料置于异氰酸酯和聚醚的混合初料中充分浸润，然后依次加入阻燃剂阻燃剂氧化镁、催化剂N,N-二乙基乙醇胺、异戊烷发泡剂，继续充分搅拌，使得溶液混合均匀，未发生分层现象，得混合次料；

对比实施例3：

一种低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其配方按重量比组成，由以下成分按重量比组成，聚醚：25%，异氰酸酯：30%，无碱长玻纤：35%，异戊烷和纳米滑石粉(8um)混合发泡剂(质量比例为1:4)：7%，催化剂N,N-二甲基乙醇胺：3%。

A、将无碱玻纤在高压浇注机混合头附近切割成长度为18cm的长玻纤，将长玻纤与KH560偶联剂置于反应釜中反应1.2h，得玻纤初料，待用；

C、将玻纤初料置于异氰酸酯和聚醚的混合原料中充分浸润，然后依次加入催化剂N,N-二甲基乙醇胺、异戊烷和纳米滑石粉混合发泡剂，继续充分搅拌，使得溶液混合均匀，未发生分层现象，得混合次料；

Claims

1.低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于：由以下成分按重量比组成，聚醚：30%—45%，异氰酸酯：20%—40%，无碱长玻纤：10%—40%，发泡剂：2%—10%，阻燃剂2%—15%，催化剂：1%—5%。

2.根据权利要求1所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于：无碱长玻纤长度为5—20cm，已经表面偶联剂改性。

3.根据权利要求2所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于所述的偶联剂为KH550偶联剂、KH560偶联剂、KH570偶联剂、KH792偶联剂中的一种或多种组合而成。

4.根据权利要求1所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于：发泡剂为有机和无机混合发泡剂。

5. 根据权利要求1所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于：阻燃剂为氢氧化镁、氧化钙、氧化铝中的一种或多种组合而成。

6.根据权利要求1所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于：催化剂为N,N’,N"-四甲基-1,6己二胺、N,N-二甲基苄胺、N,N-二甲基乙醇胺、N,N-二乙基乙醇胺中的一种或多种组合而成。

7.根据权利要求4所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于：有机发泡剂为异戊烷、正戊烷中的一种或两种组合而成，无机发泡剂为硬质碳酸钙、层状蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米滑石粉中的一种或多种组合而成。

8.根据权利要求7所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料，其特征在于：无机发泡剂粒径为0.1—10um，包含纳米结构。

9.根据权利要求1所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、将无碱玻纤在高压浇注机混合头附近切割成长度为5—20cm的无碱长玻纤，将无碱长玻纤与偶联剂置于反应釜中反应0.5—2h，得玻纤初料，待用；

10.根据权利要求9所述的低密度长玻纤纤维增强阻燃聚氨酯发泡材料的制备方法，其特征在于：LFI工艺采用德国Krauss-Maffei公司生产的LFI注射成套加工设备，产品可利用三维结构形成特定结构的增强阻燃聚氨酯发泡材料，可用于家具或建筑保温隔热材料中。