CN107722911B - 一种建筑用聚氨酯防火胶 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种建筑用聚氨酯防火胶，由预聚物组分和多元醇组分组成，其中，预聚物组分由二异氰酸酯、三氧化二锑、石棉纤维、聚碳酸亚丙酯多元醇、催化剂组成，多元醇组分由聚碳酸亚丙酯多元醇、扩链剂、交联剂，含溴多元醇组成。其中，三氧化二锑、石棉纤维、含溴多元醇具有协同阻燃的效果，并且所得到的防火胶能够同时兼顾阻燃性能、阻燃持久性、力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯防火胶领域，特别涉及一种能够同时兼顾阻燃性能、阻燃持久性、力学性能的建筑用聚氨酯防火胶。
背景技术
聚氨酯胶黏剂具有优良的弹性、耐低温、耐磨和良好的粘接等性能。因此，广泛应用于建筑、汽车、家装、防水和船舶等领域。
然而，聚氨酯胶黏剂易燃，而且在受到外界热源而燃烧时，存在火焰大、燃烧速度快、滴落严重、产生浓烟及有毒气体等问题，严重威胁人们生命财产安全。随着人们对建筑领域防火性能要求的提高，聚氨酯防火胶的阻燃性能越来越受到重视。
现有技术中，为了制备聚氨酯防火胶，提高阻燃性能，通常采用在制备过程中添加金属氢氧化物阻燃剂、红磷阻燃剂、硼酸锌、APP等添加型阻燃剂，例如CN105504354A中公开了一种压敏胶用高效无卤素阻燃剂组合物，其包括： 氢氧化铝25-90％。CN104893641A公开了一种高强阻燃聚氨酯密封胶的制备方法，所述密封胶由A、B组分组成，以重量份表示，其中组分A有下列组份组成：聚氨酯预聚物60-70份，硬脂酸3-5份，-200目氧化硅22-24份，纳米钛白粉12-14份，-400目二氧化锆18-20份、增塑剂6-8份、增粘剂12-14份、阻燃氢氧化铝3-5份、阻燃硼酸锌5-7份、三聚氰胺氰尿酸盐6-8份。传统的无机氢氧化物阻燃剂的阻燃效率低，需要很大的添加量才能达到阻燃目的。普通的添加型阻燃剂易析出，阻燃性能随着使用过程的延长会损失。
反应型阻燃剂作为一种反应成分，会参与到反应中，其有利于得到阻燃持久性好的聚氨酯防火胶，例如CN106221654A涉及一种阻燃双组分聚氨酯胶黏剂及其制备方法，其中，采用软硬段共阻燃改性聚氨酯的方法，分别制备异氰酸酯基A组分与多元醇B组分，其中，A组分由二异氰酸酯、含阻燃基团的多元醇、反应型阻燃剂组成；B组分由扩链剂、交联剂、含阻燃基团的多元醇、反应型阻燃剂组成,将A、B双组分按一定比例混合、固化后得到一种阻燃性能良好的聚氨酯胶黏剂材料。CN104232006A提供了一种新型阻燃聚氨酯胶粘剂及其制备方法，所述的聚氨酯胶粘剂由聚四氢呋喃二醇1000、甲苯二异氰酸酯、反应型阻燃剂、扩链剂和交联剂制备而成，所述的反应型阻燃剂为二溴新戊二醇，所述的扩链剂为1,4-丁二醇，所述的交联剂为三羟甲基丙烷。但是完全采用反应型阻燃剂，成本高，影响聚氨酯的配比，而且也会对性能产生一定影响。
传统的聚氨酯胶黏剂，大多采用聚醚多元醇作为多元醇成分，其具有耐水解的优点，但是阻燃性能不如聚酯多元醇，选择聚酯多元醇又会面临不耐水解的问题，目前已经有一些报道指出聚碳酸亚丙酯多元醇具有优异的耐水解性能，例如CN105482068A、CN1865311A、CN106589300A等，但是还没有文献尝试将聚碳酸亚丙酯多元醇用于制备建筑用聚氨酯防火胶。
综上所述，提供一种能够同时兼顾阻燃性能、阻燃持久性、力学性能的建筑用聚氨酯防火胶具有很重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的主要在于避免现有聚氨酯防火胶技术中的不足，提供一种能够同时兼顾阻燃性能、阻燃持久性、力学性能的建筑用聚氨酯防火胶。
本发明的建筑用聚氨酯防火胶通过以下技术方案实现：
一种建筑用聚氨酯防火胶，所述防火胶由预聚物组分和多元醇组分组成，其中，预聚物组分由二异氰酸酯30-70质量份、三氧化二锑1-5质量份、石棉纤维1-5质量份，聚碳酸亚丙酯多元醇5-30质量份，催化剂0.01-0.2质量份组成，多元醇组分由聚碳酸亚丙酯多元醇50-80质量份、扩链剂3-7质量份、交联剂2-4质量份，含溴多元醇5-10份组成。
其中，所述预聚物组分中的聚碳酸亚丙酯多元醇为数均分子量1000-2000的聚碳酸亚丙酯二醇。
所述多元醇组分中的聚碳酸亚丙酯多元醇为数均分子量5000-6000的聚碳酸亚丙酯二醇。
所述二异氰酸酯可以是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或几种，优选多苯基多亚甲基多异氰酸酯（如PM-100，PM-200等）。
所述含溴多元醇为firemaster 520，其溴含量46.0%，羟值195-217mgKOH/g。
所述扩链剂为1,4-丁二醇、1,6-己二醇中的一种。
所述交联剂是甘油、三羟甲基丙烷中的一种。
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡中的一种。
预聚物组分和多元醇组分混合时，预聚物组分质量分数约为40%-50%，多元醇组分约为60%-50%。
预聚物组分中二异氰酸酯用量优选为60-70质量份，聚碳酸亚丙酯多元醇用量优选为5-10质量份。
多元醇组分中聚碳酸亚丙酯多元醇用量优选为50-60质量份、扩链剂用量优选为3-4质量份、交联剂用量优选为2-3质量份，含溴多元醇用量优选为5-8质量份。
制备聚氨酯防火胶的方法，包括以下步骤：
（1）预聚物组分的制备：将聚碳酸亚丙酯多元醇5-30质量份在90-100℃下真空干燥1-3小时除水，降温至60-80℃后加入二异氰酸酯30-70质量份、三氧化二锑1-5质量份、石棉纤维1-5质量份、催化剂0.01-0.2质量份，搅拌混合，反应2-6小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取聚碳酸亚丙酯多元醇50-80质量份、扩链剂3-7质量份、交联剂2-4质量份，含溴多元醇5-10份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数约为40%-50%，多元醇组分约为60%-50%。
有益效果：
1、添加型阻燃剂易析出，阻燃性能随着使用过程的延长会损失，并且传统的无机氢氧化物阻燃剂的阻燃效率低，需要很大的添加量才能达到阻燃目的；反应型阻燃剂作为一种反应成分，会参与到反应中，但是完全采用反应型阻燃剂，成本高，影响聚氨酯的配比，而且也会对性能产生一定影响。为了取得较为平衡的效果，本发明首先选择含溴多元醇，尤其是筛选了firemaster 520，其相对于一般的阻燃多元醇来说，粘度较低，较为适合混配；除了反应性阻燃剂外，本发明还筛选了两种无机添加型阻燃剂与之配合。石棉纤维可以提高防火胶的耐高温和阻燃性能，并且借助其特殊的形貌，将有助于进一步提高阻燃性能；三氧化二锑本身阻燃性能并不突出，但是本发明通过对大量阻燃剂进行反复筛选，发现含溴多元醇、石棉纤维、三氧化二锑三者配合，阻燃效果非常好，具有协同阻燃的效果，这一点从实施例可以得到证实。
2、将起阻燃效果的三氧化二锑、石棉纤维、含溴多元醇分别放入到软硬段组分中，其中，三氧化二锑、石棉纤维在预聚物制备过程中，会包裹到预聚物中，保证硬段中有一部分阻燃成分，含溴多元醇放在多元醇成分中，后续进入聚氨酯软段，最终保证整个聚氨酯分子中存在较多的阻燃成分，而且相比于全部混入一个组分中而言，可以确保混合时更加均匀，而且制备结束后阻燃成分后期在聚氨酯中能够均匀分布，并且对阻燃效果也有一定的提升。
3、传统的聚氨酯胶黏剂，大多采用聚醚多元醇作为多元醇成分，其具有耐水解的优点，但是阻燃性能不如聚酯多元醇，选择聚酯多元醇又会面临不耐水解的问题，目前已经有一些报道指出聚碳酸亚丙酯多元醇具有优异的耐水解性能，例如CN105482068A、CN1865311A、CN106589300A等，但是还没有文献尝试将聚碳酸亚丙酯多元醇用于制备建筑用聚氨酯防火胶，本发明采用聚碳酸亚丙酯多元醇，提高了阻燃性能，克服了水解问题，并且发现预聚物制备中采用数均分子量1000-2000范围内的聚碳酸亚丙酯二醇，多元醇成分中采用数均分子量5000-6000的聚碳酸亚丙酯二醇，性能效果最佳。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例1
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量1000的聚碳酸亚丙酯二元醇10质量份在100℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、三氧化二锑5质量份、石棉纤维3质量份、辛酸亚锡0.01质量份，搅拌混合，反应5小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷2质量份，含溴多元醇firemaster 520 5份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
实施例2
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量2000的聚碳酸亚丙酯二元醇5质量份在100℃下真空干燥2小时除水，降温至70℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯60质量份、三氧化二锑4质量份、石棉纤维4质量份、二月桂酸二丁基锡0.2质量份，搅拌混合，反应5小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇50质量份、1,6-己二醇3质量份、甘油2质量份，含溴多元醇firemaster 520 10质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为50%，多元醇组分质量分数为50%。
实施例3
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量1500的聚碳酸亚丙酯二元醇10质量份在95℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、三氧化二锑5质量份、石棉纤维4质量份、辛酸亚锡0.1质量份，搅拌混合，反应6小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷3质量份，含溴多元醇firemaster 520 7质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
对比例1
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量1000的聚碳酸亚丙酯二元醇10质量份在100℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、三氧化二锑8质量份、辛酸亚锡0.01质量份，搅拌混合，反应5小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷2质量份，含溴多元醇firemaster 520 5质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
对比例2
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量1000的聚碳酸亚丙酯二元醇10质量份在100℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、石棉纤维8质量份、辛酸亚锡0.01质量份，搅拌混合，反应5小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷2质量份，含溴多元醇firemaster 520 5质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
对比例3
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量1000的聚碳酸亚丙酯二元醇10质量份在100℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、硼酸锌5质量份、石棉纤维3质量份、辛酸亚锡0.01质量份，搅拌混合，反应5小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷2质量份，含溴多元醇firemaster 520 5质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
对比例4
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量1000的聚碳酸亚丙酯二元醇10质量份在100℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、三氧化二锑5质量份、石棉纤维3质量份、辛酸亚锡0.01质量份，搅拌混合，反应5小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷2质量份，甲基膦酸二甲酯5份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
对比例5
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量2000的聚碳酸亚丙酯二元醇5质量份在100℃下真空干燥2小时除水，降温至70℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯60质量份、二月桂酸二丁基锡0.2质量份，搅拌混合，反应5小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚碳酸亚丙酯二元醇50质量份、1,6-己二醇3质量份，甘油2质量份，含溴多元醇firemaster 520 10质量份，三氧化二锑4质量份，石棉纤维4质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为50%，多元醇组分质量分数为50%。
对比例6
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量7000的聚碳酸亚丙酯二元醇10质量份在95℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、三氧化二锑5质量份、石棉纤维4质量份、辛酸亚锡0. 1质量份，搅拌混合，反应6小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量1000的聚碳酸亚丙酯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷3质量份，含溴多元醇firemaster 520 7质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
对比例7
一种建筑用聚氨酯防火胶，制备如下：
（1）预聚物组分的制备：将数均分子量1500的聚氧化丙烯二元醇10质量份在95℃下真空干燥3小时除水，降温至80℃后加入多苯基多亚甲基多异氰酸酯70质量份、三氧化二锑5质量份、石棉纤维4质量份、辛酸亚锡0. 1质量份，搅拌混合，反应6小时后得到预聚物；
（2）多元醇组分的制备：称取数均分子量6000的聚氧化丙烯二元醇60质量份、1,4-丁二醇3质量份、三羟甲基丙烷3质量份，含溴多元醇firemaster 520 7质量份，搅拌混合均匀，获得多元醇组分；
（3）防火胶的制备：将步骤（1）获得的预聚物组分和步骤（2）获得的多元醇组分混合，得到防火胶，其中，预聚物组分质量分数为40%，多元醇组分质量分数为60%。
表1 聚氨酯防火胶性能测试结果
以上对本发明做了详尽的描述，实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述防火胶由预聚物组分和多元醇组分组成，其中，预聚物组分由二异氰酸酯30-70质量份、三氧化二锑1-5质量份、石棉纤维1-5质量份，聚碳酸亚丙酯多元醇5-30质量份、催化剂0.01-0.2质量份组成，多元醇组分由聚碳酸亚丙酯多元醇50-80质量份、扩链剂3-7质量份、交联剂2-4质量份，含溴多元醇5-10份组成；
所述预聚物组分中的聚碳酸亚丙酯多元醇为数均分子量1000-2000的聚碳酸亚丙酯二醇；所述多元醇组分中的聚碳酸亚丙酯多元醇为数均分子量5000-6000的聚碳酸亚丙酯二醇；
所述含溴多元醇为firemaster 520。
2.根据权利要求1所述的建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述二异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、多苯基多亚甲基多异氰酸酯中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述二异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述扩链剂为1,4-丁二醇、1,6-己二醇中的一种。
5.根据权利要求1所述的建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述交联剂是甘油、三羟甲基丙烷中的一种。
6.根据权利要求1所述的建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述预聚物组分和所述多元醇组分混合时，预聚物组分质量分数为40%-50%，多元醇组分为60%-50%。
7.根据权利要求1所述的建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述预聚物组分中二异氰酸酯为60-70质量份，聚碳酸亚丙酯多元醇为5-10质量份。
8.根据权利要求1所述的建筑用聚氨酯防火胶，其特征在于：所述多元醇组分中聚碳酸亚丙酯多元醇为50-60质量份、扩链剂3-4质量份、交联剂2-3质量份，含溴多元醇5-8质量份。
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Denomination of invention: A polyurethane fireproof adhesive for building Effective date of registration: 20201020 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Shandong Rushan rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: WEIHAI CHENGJING SILICONE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980006949 |
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Date of cancellation: 20210816 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Shandong Rushan rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: WEIHAI CHENGJING SILICONE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020980006949 |
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Denomination of invention: Polyurethane fireproof adhesive for building Effective date of registration: 20210817 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Shandong Rushan rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: WEIHAI CHENGJING SILICONE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021370010071 |
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Date of cancellation: 20230721 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Shandong Rushan rural commercial bank Limited by Share Ltd. Pledgor: WEIHAI CHENGJING SILICONE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021370010071 |
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Denomination of invention: A type of polyurethane fireproof adhesive for construction Effective date of registration: 20230927 Granted publication date: 20191115 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Rushan City Branch Pledgor: WEIHAI CHENGJING SILICONE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980059499 |
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Granted publication date: 20191115 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Rushan City Branch Pledgor: WEIHAI CHENGJING SILICONE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980059499 |