CN109575355A - 一种阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂敷硬质聚氨酯泡沫材料，采用溶胶‑凝胶法和硅烷水解交联反应制备聚乙烯醇/海藻酸钠/蒙脱土复合交联水凝胶，涂覆在硬质聚氨酯泡沫材料表面，通过冷冻干燥法制备聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层阻燃硬质聚氨酯泡沫材料，本发明的聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层阻燃硬质聚氨酯泡沫材料表现为优异的阻燃性能，其极限氧指数高达45.0％，而且聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层对聚氨酯的发泡和隔热等物理性能影响小，该聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层阻燃硬质聚氨酯泡沫材料还具有优异的抑烟能力，在阻燃隔热应用领域具有非常重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯醇基气凝胶涂层阻燃硬质聚氨酯泡沫材料，具体涉及一种阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法。
背景技术
硬质聚氨酯泡沫(RPUF)是一种低密度多孔型结构材料，因具有较高的机械力学性能、绝缘性能、耐磨损、导热系数低等优异的综合性能，目前被广泛应用于冰箱绝热层、建筑保温材料、家具靠垫等领域，是聚氨酯制品中应用较多的材料，产量位居第二。随着人们对RPUF的需求日益增加，对RPUF的要求越来越高。由于RPUF在使用过程中极易引燃且燃烧后火焰蔓延迅速，这对于生命健康、财产安全都是一个隐患，所以解决RPUF材料的易燃性是拓展材料应用领域的关键所在。国际上对阻燃RPUF材料的研究也很重视，所以对于RPUF材料中添加的阻燃剂的要求也越来越高，不仅要求添加的阻燃剂满足低量、高效的条件，并且能够减少阻燃剂对环境的污染。
目前常见的提高RPUF材料阻燃的主要方法有：将含有阻燃元素(P、N、Si等)的添加型阻燃剂加入到材料中达到阻燃的效果；通过化学反应将阻燃元素以共价键的形式反应引入到RPUF材料中达到阻燃的结果；通过引入具有较高热稳定性的结构型阻燃剂来提高材料的阻燃性能。近些年来，科学家们采用许多不同的添加型和反应型的阻燃剂通过外添加法、化学反应接枝法以及新型方法(微胶囊法、Layer-by-Layer组装法、等离子体处理法等)来提高RPUF材料的阻燃性。
对于传统的添加型阻燃剂的相形态直接影响与多元醇间的相容性，在RPUF成型的过程中会造成“坍塌”从而降低泡沫材料的力学性能；对于通过化学反应合成含有阻燃元素的阻燃剂并引入到PU分子结构中而赋予RPUF材料阻燃性能的同时又能够保证物理机械性能不会受到影响，所以此法是目前比较常用的阻燃RPUF材料的方法；采用微胶囊化等新型方法先对阻燃剂进行改性，将改性后的阻燃剂添加到RPUF材料的制备过程中能明显改善阻燃剂的热稳定性及与多元醇的相容性，从而明显提高材料的阻燃性能，但是这种方法制备工艺复杂，成本较高。因此，在选择阻燃剂的时候，除考虑阻燃剂的阻燃效果，还要兼顾环保以及对加工和使用性能的影响。
气凝胶是一种用气体代替凝胶中的液体而本质上不改变凝胶本身的网络结构或体积的特殊凝胶，是水凝胶或有机凝胶干燥后的产物，具有微纳米级的多孔结构、高孔隙率、比表面积大等特点，是目前所知密度最小的固体材料之一，这些独特的性质不仅使得该材料在基础研究中引起人们兴趣，而且在许多领域蕴藏着广泛的应用前景。近些年来，气凝胶在阻燃方面的研究应用是科学家们的研究热点。
通过将纳米级的二氧化硅、蒙脱土(MMT)和锂皂石等加入到聚乙烯醇(PVA)中，冷冻干燥后制备了PVA基复合气凝胶，复合材料的压缩模量增加的同时阻燃性能显著提高。通过研究季戊四醇-四磷酸酯(PEPA)对PVA/黏土气凝胶复合材料的微观结构和性能的影响，发现随着阻燃剂PEPA含量的增加，气凝胶复合材料的泡孔尺寸变小、分布均匀、结构更完整，改善了材料的机械性能，使得材料的阻燃性能明显提高。本发明以聚乙烯醇(PVA)为基体，添加海藻酸钠(SA)和蒙脱土(MMT)，制备聚乙烯醇复合水凝胶，并采用硅烷对其交联，通过物理涂覆和冷冻干燥法在聚氨酯硬泡表面涂覆形成聚乙烯醇复合交联气凝胶阻燃涂层，最后制备得到聚乙烯醇复合交联气凝胶涂层阻燃硬质聚氨酯泡沫材料。
发明内容
为解决现有技术中硬质聚氨酯泡沫(RPUF)存在的极易燃烧而且在燃烧过程中能产生多种有毒性气体的缺点，本发明的目的在于提供一种阻燃聚乙烯醇(PVA)基复合交联气凝胶涂层，采用物理方法涂覆在硬质聚氨酯泡沫(RPUF)材料表面，并通过环境友好型的冷冻干燥技术制备阻燃聚乙烯醇复合交联气凝胶涂敷硬质聚氨酯泡沫材料。一方面可以提高RPUF材料的阻燃性，同时又不会影响RPUF的泡孔结构，；另一方面，通过硅烷交联聚乙烯醇基PVA复合交联气凝胶，增加聚乙烯醇复合交联气凝胶涂层强度，并能大幅度提高阻燃聚氨酯硬泡材料的抑烟能力，减少有毒气体的释放量，明显降低聚氨酯硬泡材料的火灾安全隐患。
为了达到上述的目的，本发明所采用的技术手段是：首先采用一步法自由发泡制备硬质聚氨酯泡沫(RPUF)试样；制备一种聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料，通过溶胶-凝胶法制备聚乙烯醇/蒙脱土/海藻酸钠复合水凝胶，加入硅烷对聚乙烯醇基复合水凝胶进行交联改性，采用物理方法在硬质聚氨酯泡沫(RPUF)材料表面均匀涂覆阻燃聚乙烯醇复合水凝胶涂层，通过冷冻干燥法制备得到阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂敷聚氨酯硬泡材料。
进一步的所述的阻燃聚乙烯醇复合交联气凝胶涂敷聚氨酯硬泡材料的制备方法，采用溶胶-凝胶法和硅烷水解交联反应制备聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层，具体的工艺过程是：将聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1～100倍的去离子水中在40～100℃加热溶解，依次加入海藻酸钠(SA)和钠基蒙脱土(MMT)持续搅拌0.5～12小时，使其充分发生凝胶化反应，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为8-12，滴加不同结构硅烷液体，机械搅拌2秒～120分钟至硅烷混合均匀，静置0.5～24小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇基复合交联水凝胶，然后将聚乙烯醇基复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，冷冻干燥2～48小时后制备得到聚乙烯醇复合交联气凝胶涂层阻燃聚氨酯硬泡材料。
进一步的，所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂敷聚氨酯硬泡材料的制备方法，聚乙烯醇基复合水凝胶中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土的重量浓度范围为0.1％～20wt％：0.1～20wt％：0.1～20wt％。
进一步的，所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂敷聚氨酯硬泡材料的制备方法，聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量含量比为10.0％～79.9％：30％～10％：30％～10％：30％～0.1％。
进一步的，所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂敷聚氨酯硬泡材料,聚乙烯醇复合交联气凝胶涂层的厚度为0.05～50mm。
进一步的，所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂敷聚氨酯硬泡材料，所述的硅烷为甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，氨丙基-氨乙基-甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷中的任一种。
本发明的有益技术效果是：通过将聚乙烯醇水溶液中添加海藻酸钠(SA)、蒙脱土(MMT)等阻燃材料，并采用硅烷水解交联制备聚乙烯醇基复合交联水凝胶，涂覆到硬质聚氨酯泡沫材料表面形成具有高阻燃性的聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层，显著提高了RPUF的极限氧指数(Limiting Oxygen Index，LOI)；制备高阻燃的硬质聚氨酯泡沫材料；其次，采用聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层在硬质聚氨酯泡沫表面进行涂覆，对其泡孔结构没有明显影响，不改变RPUF自身的物理性能；更重要的是，聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层可以大大降低聚氨酯硬泡材料燃烧时产出的大量的烟雾和有毒气体，赋予硬质聚氨酯泡沫材料优异的抑烟性。
具体的实施方式 以下通过实施例对本发明进行具体描述，有必要指出的是以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。实施例1
采用一步法自由发泡制备RPUF试样，称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将40g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入40g海藻酸钠和40g蒙脱土高速搅拌1小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为4wt％、4wt％和4wt％,采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为10，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中滴加10g甲基三甲氧基硅烷，机械搅拌1min至硅烷混合均匀，静置0.5小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇基复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量含量比为30.77％：30.77％：30.77％：7.69％,然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为0.6mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能，密度为0.0468g/cm3，LOI值为28.0％。
实施例2
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将5g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入10g海藻酸钠和10g蒙脱土高速搅拌0.5小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为0.5wt％、1wt％和1wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为9，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中滴加0.1g甲基三乙氧基硅烷，机械搅拌2min至硅烷混合均匀，静置0.5小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量含量比为19.92％：39.84％：39.84％：0.4％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为0.05mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥2h，测定其阻燃性能，密度为0.0556g/cm3，LOI值为24.5％。
实施例3
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将20g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入40g海藻酸钠和40g蒙脱土高速搅拌0.5小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为2wt％、4wt％和4wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为9，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中滴加10g氨丙基-氨乙基-甲基三甲氧基硅烷，机械搅拌10min至硅烷混合均匀，静置2小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量含量比为18.18％：36.365％：36.365％：9.09％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为0.5mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能。密度为0.0538g/cm3，LOI值为29.0％。
实施例4
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将50g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入30g海藻酸钠和30g蒙脱土高速搅拌0.5小时，使其充分发生凝胶化反应，，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为5wt％、3wt％和3wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为10，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中滴加2g氨丙基-氨乙基-甲基三甲氧基硅烷，机械搅拌30min至硅烷混合均匀，静置4小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量含量比为44.64％：26.79％：26.79％：1.78％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为0.8mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能。密度为0.0598g/cm3，LOI值为30.0％。
实施例5
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将50g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入10g海藻酸钠和10g蒙脱土高速搅拌0.5小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为5wt％、1wt％和1wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为9，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中滴加7.75g乙烯基三甲氧基硅烷，机械搅拌20min至硅烷混合均匀，静置4小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量浓度比为64.31％：12.86％：12.86％：9.97％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为1.0mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能。密度为0.0440g/cm3，LOI值为26.0％。
实施例6
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将100g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入50g海藻酸钠和45g蒙脱土高速搅拌0.5小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为10.0wt％、5wt％和4.5wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为9，滴加5g乙烯基三乙氧基硅烷，机械搅拌10min至硅烷混合均匀，静置12小时后，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量浓度比为50.0％：25％：22.5％：2.5％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为20.0mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥48h，测定其阻燃性能。密度为0.0650g/cm3，LOI值为35.0％。
实施例7
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将79.9g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入10g海藻酸钠和10g蒙脱土高速搅拌2小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为7.99wt％、1wt％和1wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为9，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中滴加0.1gγ-氨丙基三乙氧基硅烷，机械搅拌10min至硅烷混合均匀，静置0.5小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量浓度比为79.9％：10％：10％：0.1％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为2.0mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能。密度为0.0560g/cm3，LOI值为27.5％。
实施例8
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将20g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入30g海藻酸钠和30g蒙脱土高速搅拌0.5小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为2wt％、3wt％和3wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为11，滴加5g苯基三乙氧基硅烷，机械搅拌30min至硅烷混合均匀，静置2小时后，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量浓度比为23.53％％：35.29％：35.29％：5.89％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为5.0mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能。密度为0.0552g/cm3，LOI值为31.0％。
实施例9
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将200g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入50g海藻酸钠和50g蒙脱土高速搅拌12小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为20wt％、5wt％和5wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为9，滴加20gγ-氨丙基三甲氧基硅烷，机械搅拌1小时至硅烷混合均匀，静置24小时后，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量浓度比为62.5％：15.625％：15.625％：6.25％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为10.0mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能。密度为0.0835g/cm3，LOI值为39.0％。
实施例10
首先采用一步法自由发泡制备RPUF试样。称取一定量的聚醚多元醇(4110)、发泡剂置于纸杯中，在2000rpm下搅拌30s混合均匀后加入一定量的异氰酸酯(MDI)搅拌20s后，将混合物快速倒入到模具中，即可得到自由发泡的RPUF，将RPUF材料在80℃下熟化12h，制备得到硬质聚氨酯泡沫样品。
将50g聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1000g的去离子水中在80℃加热溶解，依次加入200g海藻酸钠和200g蒙脱土高速搅拌6小时，使其充分发生凝胶化反应，聚乙烯醇溶液、海藻酸钠溶液、蒙脱土水分散液的重量百分浓度分别为5wt％、20wt％和20wt％，采用氨水调节聚乙烯醇复合水凝胶的pH为9，滴加50g苯基三甲氧基硅烷，机械搅拌1小时至硅烷混合均匀，静置24小时后，然后在聚乙烯醇复合水凝胶体系中使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇复合交联水凝胶，其中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量浓度比为10.0％％：40.0％：40.0％：10.0％；然后将聚乙烯醇复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，涂层厚度为50.0mm，用液氮冷冻，在真空冷冻干燥机中干燥24h，测定其阻燃性能。密度为0.0978g/cm3，LOI值为45.0％。
本发明的一种聚乙烯醇气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料，硬质聚氨酯泡沫材料按标准尺寸裁成测试用的标准样条，其物理性能分别按我国国家标准测试，如表1所示。聚乙烯醇气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料中各组分及其重量份数见表2，相应的物理、阻燃性能见表3。
表3所列的是聚乙烯醇气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料的物理、阻燃性能，由表可以看出本发明的聚乙烯醇气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料在提高极限氧指数的同时未影响泡孔的结构，而且材料的密度有所增加。本发明采用不同含量的填料以及通过硅烷交联制备PVA气凝胶涂层，提高与聚合物基体的相容性，大幅度提高RPUF材料的阻燃性能，本发明的聚乙烯醇气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料表现为优异的阻燃性能，其极限氧指数达到45％，远远高于纯RPUF(19％)，同时对聚氨酯的发泡影响程度不大，并且具有很好的抑制烟毒性能。这对于发展新型硬质聚氨酯泡沫材料在阻燃的应用具有非常重要的应用与使用价值。
表1聚乙烯醇气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料的物理、阻燃性能测试标准
| 性能 | 测试方法 | 单位 |
| 密度 | GB/T6343—95 | g/cm<sup>3</sup> |
| UL-94 | ||
| 极限氧指数 | ASTM D2863-2009 | ％ |
表2对照例RPUF和实施例中对应的聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆阻燃硬质聚氨酯泡沫材料的配方
表3对照例RPUF和聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆阻燃RPUF样品的物理和阻燃性能比较
Claims (6)
1.一种阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂敷硬质聚氨酯泡沫材料，其特征在于，通过物理涂覆和冷冻干燥法在聚氨酯硬泡表面涂覆聚乙烯醇基复合交联气凝胶阻燃涂层，用于制备聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层阻燃硬质聚氨酯泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征与于，阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法采用溶胶-凝胶法和硅烷水解交联反应，具体的制备方法如下：
(1)将聚乙烯醇加入到聚乙烯醇重量1～100倍的去离子水中在40～100℃加热溶解，依次加入海藻酸钠和蒙脱土持续搅拌0.5～12小时，使聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土水分散体系之间充分发生凝胶化反应制备聚乙烯醇基复合水凝胶；
(2)采用氨水调节聚乙烯醇基复合水凝胶的pH为8-12，滴加不同结构的硅烷液体，机械搅拌2秒～2小时至硅烷混合均匀，静置0.5～12小时后，使硅烷的交联化反应完全，制备聚乙烯醇基复合交联水凝胶；
(3)将聚乙烯醇基复合交联水凝胶均匀涂覆在硬泡聚氨酯材料表面，形成一定厚度的聚乙烯醇基复合交联水凝胶涂层；冷冻干燥2～48小时后制备得到聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层阻燃聚氨酯硬泡材料。
3.根据权利要求2所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征是聚乙烯醇基复合水凝胶中聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土的重量浓度范围为0.1％～10wt％：0.1～20wt％：0.1～20wt％。
4.根据权利要求2所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征是聚乙烯醇、海藻酸钠、蒙脱土、硅烷的重量含量比为10.0％～79.9％：40％～10％：40％～10％：10％～0.1％。
5.根据权利要求2所述的阻燃聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征是聚乙烯醇基复合交联气凝胶涂层的厚度为0.05～50mm。
6.根据权利要求2所述的阻燃聚乙烯醇复合交联气凝胶涂覆硬质聚氨酯泡沫材料的制备方法，其特征是硅烷为甲基三甲氧基硅烷，甲基三乙氧基硅烷，氨丙基-氨乙基-甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三甲氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，苯基三甲氧基硅烷，苯基三乙氧基硅烷中的一种。
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