CN105440237A - 一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，涉及一种聚氨酯泡沫保温材料，特别的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法。其特征在于其制备过程是在组合聚醚多元醇中加入阻燃剂，进行均匀混合；然后加入多异氰酸酯，搅拌至泡体发白时，立即倒入到模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，进行常温熟化，制得硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料。本发明的方法制备的采用湿法改性的方法成功改性了氢氧化铝粉体，使氢氧化铝粉体和聚氨酯基体有良好的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料，不易燃烧、阻燃性能好、火焰传播速度慢、不产烟；同时采用一步发泡法，添加型阻燃剂，工艺流程简单，成本低廉，便于进行工艺放大，适合工业化生产。

Description

一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法
技术领域
一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，涉及一种聚氨酯泡沫保温材料，特别的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法。
背景技术
在社会的发展过程中，发生火灾的频率和造成的危害越来越大，而采用阻燃材料是减少和防止火灾的重要措施之一。硬质聚氨酯泡沫材料，最大优点是质轻、隔热保温性好、吸音及缓冲抗震性优良、压缩强度和尺寸稳定性高；同时加工方式灵活，成型施工方便，固化速度快。因此，硬质聚氨酯泡沫材料广泛应用于交通、建筑及国防等国民经济各部门。但是，硬质聚氨酯泡沫材料具有极易燃烧、阻燃性能差、火焰传播速度快、产烟量大的缺点，其应用受到了很大的限制。
用于提高硬质聚氨酯泡沫材料阻燃性能的阻燃剂分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两种。添加型阻燃剂是以物理方式分散于聚氨酯基体中，与聚氨酯基体及其反应原料之间不发生化学反应。如氢氧化铝，氧化锑，红磷，三聚氰胺，聚磷酸铵，三(2-氯乙基)磷酸酯，甲基膦酸二甲酯等。反应型阻燃剂是指在聚合或者缩聚过程中参加反应并且结合到聚合物的主链或者侧链上、起阻燃作用的一类阻燃剂。如磷酸酯类阻燃聚醚多元醇，卤代耐燃聚醚多元醇，含锑含氯耐燃聚醚多元醇，芳香族、杂环系聚醚多元醇等。
氢氧化铝兼有阻燃、消烟、填充等多重功能，能与磷等多种物质产生协同阻燃效应，已成为用量最大的环保型无机阻燃剂。但是，氢氧化铝的阻燃效率比较低，而且未经表面处理的氢氧化铝粉体表面呈“亲水疏油”的极性状态，与聚合物基体的相容性很差。因此，需要对氢氧化铝表面进行有机改性，改善其表面的物理化学性质，达到“疏水亲油”的效果，增强与聚合物基体的相容性。例如，材料研究与应用(2012, 6(1):42-45)报道了氢氧化铝粉体表面改性的研究，实验证明钛酸酯偶联剂TC-114改性氢氧化铝粉体的效果良好。中国粉体技术(2005. 2:15-17)提供了氢氧化铝粉体的湿法改性方法，并用改性后的氢氧化铝粉体填充PVC，提高了PVC的氧指数。
磷系阻燃剂以红磷及磷酸酯类作为主要的品种，主要是起固相阻燃作用。用红磷做的高分子材料阻燃剂具有低毒、高效、廉价的优点，且对材料制品的性能影响甚小。但是红磷易吸潮、易氧化、颜色深、与聚合物集体相容性差，从而限制了它的应用。为了实现用红磷做阻燃剂的目的，必须将红磷进行包覆。红磷以微胶囊化的形式做阻燃剂添加到聚合物中，能克服以上的缺点，同时达到阻燃效果。例如，塑料(2004, 33(6):37-40)提供了氢氧化铝单层包覆红磷的方法，制备的微胶囊化红磷性能良好。Polymer International (2003, 52:1326-1331)报道了三聚氰胺-甲醛树脂单层包覆红磷的方法，并研究了其在聚烯烃中的阻燃机理。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种不易燃烧、阻燃性能好的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于其制备过程是在组合聚醚多元醇中加入阻燃剂，进行均匀混合；然后加入多异氰酸酯，搅拌至泡体发白时，立即倒入到模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，进行常温熟化，制得硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料。
本发明的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于制备过程中，组合聚醚多元醇与多异氰酸酯的质量比为1:(1~1.3)。
本发明的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于制备过程中，阻燃剂的添加量为组合聚醚多元醇质量的0~40%。
本发明的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于发泡时间为10~15s，常温发泡，熟化时间为4 h。
本发明的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于所述的阻燃剂为改性氢氧化铝，双层包覆的红磷，聚磷酸铵，甲基膦酸二甲酯中的一种或几种。
本发明所用组合聚醚多元醇和多异氰酸酯由郑州信联科技有限公司市售的产品。
本发明所用氢氧化铝粉体由中国铝业股份有限公司中州分公司市售的产品。
本发明所用红磷由天津市化学试剂六厂三分厂市售的产品。
本发明所用聚磷酸铵和甲基膦酸二甲酯由北京市津同乐泰化工产品有限公司市售的产品。
改性氢氧化铝的制备方法可如下但不仅限于如下进行：
预先把氢氧化铝粉体样品干燥，称取一定量的超细氢氧化铝样品，置于250mL三口烧瓶中；称取为氢氧化铝粉体质量5%的钛酸酯偶联剂TC-114，用80mL乙醇稀释；将混合液倒入三口烧瓶中，在80oC油浴中恒温，搅拌反应2h后取出，将经改性后的样品离心或抽滤，40oC下真空干燥。
双层包覆红磷的制备方法可如下但不仅限于如下进行：
1、氢氧化铝单层包覆红磷的制备。将1g红磷，4.5g硫酸铝，60mL蒸馏水加入到250mL三口烧瓶中搅拌30min，使红磷在溶液中分散均匀，得溶液Ⅰ；在溶液Ⅰ中缓慢滴加10%NaOH溶液，当溶液的Ph值为6时，停止滴加，得溶液Ⅱ；滴加完成后，将溶液Ⅱ放人60℃水浴中保温2h，使包覆层充分凝聚、沉积，得溶液Ⅲ；将溶液Ⅲ离心或抽滤，用蒸馏水洗涤三次，40oC下真空干燥。
2、三聚氰胺-甲醛树脂的制备。将3.15g三聚氰胺，4.7g甲醛溶液（含甲醛37%-40%）和20mL蒸馏水加入到250mL三口烧瓶中，用10%碳酸氢钠溶液调节悬浮液pH值至8.5，水浴加热混合物至70◦C，当悬浮液变透明，相同温度下保持30min，空气中冷却至室温。
3、双层包覆红磷的制备。在三口烧瓶中加入1g氢氧化铝包覆后的红磷粉末和40mL蒸馏水，加入（2）步骤中制备的三聚氰胺-甲醛树脂，用10%盐酸溶液调节pH值至5.5左右，在60◦C水浴中搅拌加热2h，冷却至室温，离心或抽滤，用蒸馏水洗涤三次，40oC下真空干燥。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
1、本发明采用湿法改性的方法成功改性了氢氧化铝粉体，使氢氧化铝粉体和聚氨酯基体有良好的相容性；改性方法简单，便于进行工艺放大。
2、本发明成功制备了氢氧化铝和三聚氰胺-甲醛树脂双层包覆的红磷，双层包覆的红磷外观呈浅粉红色，微观结构呈圆球形；
3、本发明制备的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料不易燃烧、阻燃性能好、火焰传播速度慢、不产烟；同时采用一步发泡法，添加型阻燃剂，工艺流程简单，成本低廉，便于进行工艺放大，适合工业化生产。
具体实施方式
一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其制备过程是在组合聚醚多元醇中加入阻燃剂，阻燃剂的添加量为组合聚醚多元醇质量的0~40%，进行均匀混合；然后加入多异氰酸酯，其组合聚醚多元醇与多异氰酸酯的质量比为1:(1~1.3)，搅拌至泡体发白时，立即倒入到模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，发泡时间为10~15s，进行常温熟化，熟化时间为4 h，制得硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料；制备过程中，。
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备配方：组合聚醚多元醇50g，多异氰酸酯50g，甲基膦酸二甲酯10g。
1、硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备
将组合聚醚多元醇倒入烧杯中，然后将甲基膦酸二甲酯加入到组合聚醚多元醇中，搅拌均匀；然后加入多异氰酸酯，搅拌10s，当看到泡体发白时立即倒入到自制模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，常温熟化4h。
2、阻燃性能的测试
根据国标GB2406-80，采用HC-2型氧指数测试仪测定制备的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的氧指数，并进行点燃试验，观察现象。
制备的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的氧指数为28，点燃后自熄时间为2s，无烟无熔滴。
实施例2
硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备配方：组合聚醚多元醇50g，多异氰酸酯60g，改性氢氧化铝15g、甲基膦酸二甲酯5g。
将组合聚醚多元醇倒入烧杯中，然后将改性氢氧化铝、甲基膦酸二甲酯加入到组合聚醚多元醇中，搅拌均匀；然后加入多异氰酸酯，搅拌12s，当看到泡体发白时立即倒入到自制模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，常温熟化4h。
制备的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的氧指数为27，点燃后自熄时间为4s，无烟无熔滴。
实施例3
硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备配方：组合聚醚多元醇50g，多异氰酸酯55g，改性氢氧化铝10g、甲基膦酸二甲酯10g。
将组合聚醚多元醇倒入烧杯中，然后将改性氢氧化铝、甲基膦酸二甲酯加入到组合聚醚多元醇中，搅拌均匀；然后加入多异氰酸酯，搅拌11s，当看到泡体发白时立即倒入到自制模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，常温熟化4h。
制备的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的氧指数为29，点燃后自熄时间为1s，无烟无熔滴。
实施例4
硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备配方：组合聚醚多元醇50g，多异氰酸酯57g，改性氢氧化铝8g、双层包覆红磷8g，聚磷酸铵4g。
将组合聚醚多元醇倒入烧杯中，然后将改性氢氧化铝、双层包覆红磷、聚磷酸铵加入到组合聚醚多元醇中，搅拌均匀；然后加入多异氰酸酯，搅拌14s，当看到泡体发白时立即倒入到自制模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，常温熟化。
制备的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的氧指数为25，点燃后自熄时间为5s，无烟无熔滴。
实施例5
硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备配方：组合聚醚多元醇50g，多异氰酸酯53g，改性氢氧化铝10g、双层包覆红磷5g，甲基膦酸二甲酯5g。
将组合聚醚多元醇倒入烧杯中，然后将改性氢氧化铝、双层包覆红磷、甲基膦酸二甲酯加入到组合聚醚多元醇中，搅拌均匀；然后加入多异氰酸酯，搅拌13s，当看到泡体发白时立即倒入到自制模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，常温熟化4h。
制备的硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的氧指数为28，点燃后自熄时间为2s，无烟无熔滴。

Claims (5)

1.一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于其制备过程是在组合聚醚多元醇中加入阻燃剂，进行均匀混合；然后加入多异氰酸酯，搅拌至泡体发白时，立即倒入到模具中进行发泡，待泡体涨定成型后，取出泡体，进行常温熟化，制得硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料。
2.根据权利要求1所述的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于制备过程中，组合聚醚多元醇与多异氰酸酯的质量比为1:(1~1.3)。
3.根据权利要求1所述的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于制备过程中，阻燃剂的添加量为组合聚醚多元醇质量的0~40%。
4.根据权利要求1所述的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于发泡时间为10~15s，常温发泡，熟化时间为4 h。
5.根据权利要求1所述的一种硬质阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于所述的阻燃剂为改性氢氧化铝，双层包覆的红磷，聚磷酸铵，甲基膦酸二甲酯中的一种或几种。
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