CN104861196A - 复合阻燃发泡剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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本发明涉及一种复合阻燃发泡剂及其制备方法和应用，其解决了现有无机阻燃剂(如红磷、氢氧化镁)与聚醚多元醇组分不相容、易沉淀等技术问题，其含有如下组分：红磷、氢氧化镁、聚丙烯酰胺、乳化剂、水、环戊烷。本发明同时提供了其制备方法。本发明可用于聚氨酯泡沫材料的制备。

Description

复合阻燃发泡剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及聚氨酯泡沫材料，具体说是复合阻燃发泡剂的制备方法及其应用。
背景技术
发泡聚氨酯由于其优良的隔热性和成熟的喷涂施工方法，逐渐在墙体保温材料中得到运用。但是聚氨酯在不添加阻燃剂的情况下，其氧指数只有17左右，通常情况下极易燃烧，给其保温的建筑物带来安全隐患。随着发泡聚氨酯的推广，对发泡聚氨酯的阻燃性提出更高的要求。
现有发泡聚氨酯的阻燃方法是通过添加大量的氯磷、溴磷、磷酸酯系列阻燃剂。其代表物有：磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP)、磷酸三乙酯(TEP)、甲基磷酸二甲酯(DMMP)，这类阻燃剂均为有机液体，与发泡聚氨酯组分中的组合聚醚多元醇等互溶，易分散不分层。然而这些物质都存在一定的毒性，并且属于小分子单体型阻燃剂，具有一定挥发性，属于半挥发性有机物质(SVOC)，容易对空气产生污染。同时，这些物质中磷含量较低(5-10％)，阻燃效率低；其含有的卤族元素(氯、溴)虽然能提高其阻燃效率，但是其在阻燃过程中产生大量的有毒烟雾(含氯化氢、溴化氢)易导致火灾二次灾害和污染。
无机阻燃剂如红磷、氢氧化镁具有阻燃过程中无烟或低烟且无毒的优点，特别是红磷阻燃剂磷含量很高(80-95％)。但是其在聚醚多元醇组分的分散性差、易沉降、团聚等缺点阻碍了其运用。
聚氨酯发泡剂最常用的是一氟三氯甲烷(CFC-11)、二氟二氯甲烷(CFC-12)、二氯一氟乙烷(HCFC-141b)、五氟丙烷(HFC-245fa)、五氟丁烷(HFC-365mfc)等，随着人们对其破坏臭氧、导致全球变暖等危害的认识，欧洲已经普遍采用环戊烷作为发泡剂生产冰箱用聚氨酯发泡材料，其GWP(全球变暖潜能)值和ODP(消耗臭氧潜能)值均为零。
同时，采用水与异氰酸酯反应生成二氧化碳发泡也逐渐受到重视和运用。但是通常水作为自由水添加到聚醚多元醇中不相容，易沉底；同时易导致与异氰酸酯反应过快生成脲导致发泡聚氨酯变脆。
因此，发泡聚氨酯用阻燃剂、发泡剂是发展发泡聚氨酯的关键，人们一直在寻找更好的解决方法。
发明内容
本发明的就是为了解决现有无机阻燃剂(如红磷、氢氧化镁)与聚醚多元醇组分不相容、易沉淀等技术问题，提供一种复合阻燃发泡剂的制备方法。
本发明中，一种复合阻燃发泡剂含有如下质量份数比的组分：红磷50～216份、氢氧化镁100～1900份、聚丙烯酰胺100～420份、乳化剂10～30份、水200～500份、环戊烷600～1300份。
优选地，乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯。
本发明同时提供复合阻燃发泡剂的制备方法，其包括如下步骤：(1)先将如下质量份的无机阻燃剂红磷50～216份、氢氧化镁100～1900份与丙烯酰胺单体100～420份、乳化剂5～20份分散于环戊烷500～800份、水200～500份中，放置于超声波分散槽中超声分散1～2小时，备用；(2)然后将(1)步骤得到的分散体系逐渐滴加到装有环戊烷100～500份、乳化剂5～10份、过氧化物引发剂1.5～2份到反应容器中，反应温度40～50℃，搅拌速度100～200转/min，滴加完毕后，加入高活性偶氮类引发剂0.5～1份，再继续反应0.5～2小时，将丙烯酰胺单体充分反应完毕后，冷却过滤出料，即得到反相聚丙烯酰胺乳液型发泡聚氨酯用复合阻燃发泡剂。
优选地，乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯；过氧化物引发剂为过氧化二苯甲酰；高活性偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
本发明同时提供复合阻燃发泡剂在制备发泡聚氨酯中的应用，其质量份数比的配方如下：聚醚10～20份、硅油0.1～0.5份、有机锡0.1～0.3份、三乙醇胺0.1～0.3份、三乙烯二胺溶液1～5份、三(二甲氨甲丙基)六氢三嗪0.5～1.5份、复合阻燃发泡剂10～30份、黑料21.8～57.6份。
本发明以无机阻燃剂红磷、氢氧化镁为阻燃剂主要成分，采用聚丙烯酰胺反相乳液为载体，使无机阻燃剂粉末颗粒均匀包覆在纳米尺寸的分散乳胶粒内，保证无机阻燃剂粉末能均匀分散于组合聚醚多元醇体系中，且不易沉降。同时采用反相聚丙烯酰胺乳液的分散相环戊烷和聚丙烯酰胺中的水为发泡剂，能较好的解决发泡聚氨酯的环保问题，同时可以减轻或消除聚氨酯喷涂过程中的静电危害。
具体实施方式
下面结合实例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明中所用的反相聚丙烯酰胺乳液型发泡聚氨酯用复合阻燃剂、发泡剂的制备方法如下：
(1)：先将无机阻燃剂红磷133g、氢氧化镁100g与丙烯酰胺单体260g、乳化剂(失水山梨醇脂肪酸酯,下同)20g分散于800g环戊烷、350g水中，放置于超声波分散槽中超声分散1.5小时，备用。
(2)：然后将(1)步骤得到的分散体系逐渐滴加到装有200g环戊烷、10g乳化剂、1.5g过氧化物引发剂(过氧化二苯甲酰，下同)并带有搅拌、加热和冷却夹套、温度计、回流冷却管的反应容器中。反应温度40℃，搅拌速度100转/min，4h滴加完毕。待上述阻燃剂、丙烯酰胺、乳化剂的分散体系全部滴加完毕后，加入0.5g偶氮类高活性引发剂(偶氮二异丁脒盐酸盐，下同)再继续反应1h，将丙烯酰胺单体充分反应完毕后冷却至25℃过滤出料即得到反相聚丙烯酰胺乳液型发泡聚氨酯用复合阻燃剂、发泡剂。
上述步骤(1)-(2)中所使用原材料均购于成都科龙化学试剂厂，分析纯。
实施例2：
将复合阻燃发泡剂运用到发泡聚氨酯中，具体配方见下表。
基本配方
阻燃等级：B1。
密度：墙、顶喷涂泡沫密度37kg/m3。
实施例3
(1)：先将无机阻燃剂红磷50g、氢氧化镁500g与丙烯酰胺单体100g、乳化剂(失水山梨醇脂肪酸酯)10g分散于500g环戊烷、200g水中，放置于超声波分散槽中超声分散1小时，备用。
(2)：然后将(1)步骤得到的分散体系逐渐滴加到装有100g环戊烷、5g乳化剂、1.5g过氧化物引发剂(过氧化二苯甲酰)并带有搅拌、加热和冷却夹套、温度计、回流冷却管的反应容器中。反应温度45℃，搅拌速度200转/min，4h滴加完毕。待上述阻燃剂、丙烯酰胺、乳化剂的分散体系全部滴加完毕后，加入0.5g偶氮类高活性引发剂再继续反应0.5h，将丙烯酰胺单体充分反应完毕后冷却至25℃过滤出料即得到反相聚丙烯酰胺乳液型发泡聚氨酯用复合阻燃剂、发泡剂。
实施例4：
将复合阻燃发泡剂运用到发泡聚氨酯中，具体配方见下表。
基本配方
阻燃等级：B1。
密度：墙、顶喷涂泡沫密度30kg/m3。
实施例5
本发明中所用的反相聚丙烯酰胺乳液型发泡聚氨酯用复合阻燃剂、发泡剂的制备方法如下：
(1)：先将无机阻燃剂红磷216g、氢氧化镁1900g与丙烯酰胺单体420g、乳化剂(失水山梨醇脂肪酸酯)5g分散于800g环戊烷、500g水中，放置于超声波分散槽中超声分散2小时，备用。
(2)：然后将(1)步骤得到的分散体系逐渐滴加到装有500g环戊烷、5g乳化剂、2g过氧化物引发剂(过氧化二苯甲酰)并带有搅拌、加热和冷却夹套、温度计、回流冷却管的反应容器中。反应温度50℃，搅拌速度120转/min，4h滴加完毕。待上述阻燃剂、丙烯酰胺、乳化剂的分散体系全部滴加完毕后，加入1g偶氮类高活性引发剂再继续反应2h，将丙烯酰胺单体充分反应完毕后冷却至25℃过滤出料即得到反相聚丙烯酰胺乳液型发泡聚氨酯用复合阻燃剂、发泡剂。
上述步骤(1)-(2)中所使用原材料均购于成都科龙化学试剂厂，分析纯。
实施例6：
将复合阻燃发泡剂运用到发泡聚氨酯中，具体配方见下表。
基本配方
阻燃等级：B1。
密度：墙、顶喷涂泡沫密度40kg/m3。
聚氨酯硬泡具有各种特点：
1、相对密度小，比强度高，尺寸稳定性好；
2、独立封闭结构，导热系数低，绝热保温效果优良；
3、受潮不发霉；
4、与多种基面材质粘结性好；
5、密封性好；
6、吸水率低；
7、阻燃性好；
8、耐化学溶剂性能优越；
9、具有较好的弹性模量。
聚氨酯硬泡应用特点：
1、发泡配方调整灵活
2、施工方式灵活、快速、工期短；
3、粘结能力强；
4、喷涂或浇注施工减少运输费用；
5、成品无污染；
6、制品可机械加工。

Claims (5)

1.一种复合阻燃发泡剂，其特征是含有如下质量份数比的组分：红磷50～216份、氢氧化镁100～1900份、聚丙烯酰胺100～420份、乳化剂10～30份、水200～500份、环戊烷600～1300份。
2.根据权利要求1所述的复合阻燃发泡剂，其特征在于所述乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯。
3.根据权利要求1所述的复合阻燃发泡剂的制备方法，其特征是包括如下步骤：
(1)先将如下质量份的无机阻燃剂红磷50～216份、氢氧化镁100～1900份与丙烯酰胺单体100～420份、乳化剂5～20份分散于环戊烷500～800份、水200～500份中，放置于超声波分散槽中超声分散1～2小时，备用；
(2)然后将(1)步骤得到的分散体系逐渐滴加到装有环戊烷100～500份、乳化剂5～10份、过氧化物引发剂1.5～2份到反应容器中，反应温度40～50℃，搅拌速度100～200转/min，滴加完毕后，加入高活性偶氮类引发剂0.5～1份，再继续反应0.5～2小时，将丙烯酰胺单体充分反应完毕后，冷却过滤出料，即得到复合阻燃发泡剂。
4.根据权利要求3所述的复合阻燃发泡剂的制备方法，其特征在于所述乳化剂为失水山梨醇脂肪酸酯；所述过氧化物引发剂为过氧化二苯甲酰；所述高活性偶氮类引发剂为偶氮二异丁脒盐酸盐。
5.根据权利要求3所述的复合阻燃发泡剂在制备发泡聚氨酯中的应用，其特征是质量份数比的配方如下：聚醚10～20份、硅油0.1～0.5份、有机锡0.1～0.3份、三乙醇胺0.1～0.3份、三乙烯二胺溶液1～5份、三(二甲氨甲丙基)六氢三嗪0.5～1.5份、复合阻燃发泡剂10～30份、黑料21.8～57.6份。
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