CN110105748A - 一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法 - Google Patents

一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。其制备方法是：先将上述原料充分混合，在室温条件下（20‑25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。本发明能够增强硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能，通过锥形量热仪、失重率、LOI指数测定等实验，验证其阻燃效果较好。

Description

一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备 方法
技术领域
本发明属于消防材料技术领域，涉及一种协同作用下的阻燃聚氨酯硬质泡沫的材料制备方法。
背景技术
聚氨酯硬质泡沫作为一种高分子材料，由于其良好的耐磨性、粘性、保温性、机械强度等，被广泛应用于煤矿业、建筑业、家具业、交通行业以及制鞋制革业等。聚氨酯硬质泡沫在使用的过程中容易出现易燃、易滴落、烟气较大等缺点，因此很多领域在选择使用聚氨酯硬质泡沫时，受到了限制。在煤矿地下开采过程中，经常利用聚氨酯的可塑性进行封孔，其易燃的危险性依然存在，因此，选择阻燃性聚氨酯硬质泡沫对于煤矿井下的安全生产有其深远的意义。
目前研究的硬质聚氨酯泡沫的阻燃剂主要分为三类，第一类是添加型阻燃剂，常用的有卤素化合物阻燃剂、磷系及氮系阻燃剂、多元醇及聚乙烯醇阻燃剂和无机阻燃剂；第二类是反应型阻燃剂，主要是以缩聚或者聚合反应进入高聚分子中的阻燃剂；第三类是协同效应的阻燃剂。
含卤素的阻燃剂在燃烧过程中产生的物质会破坏臭氧层，环保、高效的阻燃剂是未来研究的主要方向。本发明是针对单个物质的阻燃效果和多种阻燃剂的添加协同作用进行对比，研究出一种新型的具有阻燃效果较好的反应、协同式阻燃剂，并在煤矿井部开采中进行封孔试验，取得了较好的效果。
发明内容
本发明目的是提供一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法
，通过引入不同的比例，确定哪种比例的阻燃性能更好。
本发明采用的技术方案是：
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇15-25份、海藻酸钠2-8份、二乙基次膦酸铝3-6份、可膨胀石墨2-8份、改性聚合硅表面活性剂1-3份、二甲氨基乙氧基乙醇0.5-2份、多亚甲基多苯基异氰酸酯15-25份制备而成。
其制备方法是取聚醚多元醇15-25份、复合阻燃剂5-10份、改性聚合硅表面活性剂1-2份、二甲氨基乙氧基乙醇0.5-2份、多亚甲基多苯基异氰酸酯15-25份，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中（便于后面实验所需尺寸进行切割），用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时。
本发明采用上述技术方案具有如下的优点：海藻酸钠其主要成分是多糖，由于其内部结构中的碳原子和二乙基次膦酸铝结构中的氧原子发生脱羧反应后生产二氧化碳，其比例为3:2，在反应过程中生成水和磷化物，磷系化合物阻燃效果比较好，水在燃烧过程中起到稀释和吸热等作用，二氧化碳对于燃烧过程起到抑制作用，因此两者反应之后的产物对燃烧过程的抑制作用较为明显，在反应型阻燃剂中添加可膨胀石墨，使其在系统中形成的碳层起到协同作用，能够增强硬质聚氨酯泡沫的阻燃性能，通过锥形量热仪、失重率、LOI指数测定等实验，验证其阻燃效果较好。
具体实施方式
复合阻燃剂：海藻酸钠(C6H7NaO6)x，1%水溶液PH值为6-8；购买厂家：山东祥煜生物科技有限公司。
复合阻燃剂：二乙基次膦酸铝，型号：ADPO2；磷含量23-25%，密度1.35g/m3，平均粒径＜5um；购买厂家：广州市寅源新材料科技有限公司。
复合阻燃剂：可膨胀石墨，型号是YBKP10；80目；含碳量＞99.5%，厂家：青岛昱博石墨科技有限公司。
稳定剂：改性聚合硅表面活性剂，主要有效成份:≥94 %；粘度为3000-5000mpa.s，水白至微黄透明或微浑粘稠液体，厂家：山东嘉颖化工有限公司。
催化剂：二甲氨基乙氧基乙醇，密度：0.96g/m3，凝固点＜-40℃，上海德音化学有限公司。
聚醚多元醇为所选牌号为：bk001；厂家：东莞市惠豪化工有限公司。
多亚甲基多苯基异氰酸酯牌号为：bk001；厂家：东莞市惠豪化工有限公司。
实施例一
实施例一不为本发明内容，是现有技术没有添加阻燃剂的制备方法，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份混合；然后在加入多亚甲基多苯基异氰酸酯20份混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施例二
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份混合；然后在加入多亚甲基多苯基异氰酸酯20份混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施例三
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨2.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份；在多亚甲基多苯基异氰酸酯20份中加入可膨胀石墨2.5份，然后将上述原料充分混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施例四
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份；在多亚甲基多苯基异氰酸酯20份中加入可膨胀石墨5份，然后将上述原料充分混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施例五
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份；在多亚甲基多苯基异氰酸酯20份中加入可膨胀石墨7.5份，然后将上述原料充分混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施例六
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝2.5份、海藻酸钠3.75份、EG5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入二乙基次膦酸铝2.5份、海藻酸钠3.75份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份混合；然后在多亚甲基多苯基异氰酸酯20份中加入5份EG，两者混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施例七
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份混合；然后在加入多亚甲基多苯基异氰酸酯20份混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施八
一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫，是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨5份、二甲氨基乙氧基乙醇2份、改性聚合硅表面活性剂3份制备而成。
其制备方法是：先将聚醚多元醇20份中分别加入海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂3份混合；然后在加入多亚甲基多苯基异氰酸酯20份混合，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中，用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时即为聚氨酯硬质泡沫原料成品。
实施例1作为没有添加任何阻燃剂的原料，在实施例2和实施例3的原料成品分别进行底部加热点燃，分别加热1s,5s,10s,15s观察其燃烧现象，实施例2和实施例3的原料成品阻燃效果和实施例1对比明显。实施例2的原料成品燃烧程度比实施例3的要严重一些，由此可以推断出，在经过加入反应型阻燃剂海藻酸钠和二乙基次膦酸铝之后，加入可膨胀石墨具有协同作用，阻燃效果比没有加入可膨胀石墨的好。
实施例4和实施例5分别为了验证，在不改变海藻酸钠和二乙基次膦酸铝的基础上，加入不同量的可膨胀石墨，哪种份数是最佳比例，通过燃烧实施例4和实施例5 的原料成品发现，当可膨胀石墨加入5份，同时海藻酸钠为7.5份，二乙基次膦酸铝为5份时，其碳化程度较少，实施例5的燃烧程度相比，没有很明显的区别，进而初步判定实施例4的配比性价比最佳。
然后通过对实施例6，同等比例缩小实施例4的二乙基次膦酸铝、海藻酸钠和可膨胀石墨的份数，观察其燃烧现象，发现火焰移走后，2s后燃烧火焰熄灭，碳化程度比实施例4明显增加2倍以上。
对实施例7和实施例4形成鲜明对比，考查海藻酸钠和加入二乙基次膦酸铝反应之后的复合阻燃剂之间的阻燃效果，实施例4阻燃效果明显。
对实施例8和实施例2的原料成品进行燃烧之后现象比较，发现未加入二乙基次膦酸铝的实施例7，有一定阻燃效果，但是阻燃效果没有实施例2明显。
对实施例试样均进行了LOI氧指数测定和在10℃/min升温速率下，加温到600℃的TGA失重仪中进行测试，并对其燃烧热值通过锥形量热仪进行了实验，在大约20s时，其HRR达到峰值；大约120s时，其THR不再发生变化，具体数值如下所示：
表1
试样 极限氧指数/% 600℃时失重率/% 20s时HRR/（KW/m<sup>2</sup>） 120s时THR/（MJ/m<sup>2</sup>）
实施例1 17.0 98.5 145 6.8
实施例2 19.0 72.0 235 8.1
实施例3 22.0 65.5 215 6.6
实施例4 25.0 58.5 138 6.3
实施例5 25.5 52.0 122 6.2
实施例6 22.5 64.5 132 7.2
实施例7 20.5 79.0 250 13.8
实施例8 23.0 67.0 165 9.7
通过以上数值可以看出，实施例2和实施例3的失重率明显下降，而且实施例3的失重率下降更明显。在加入可膨胀石墨之后，其燃烧速率明显下降，氧指数值也在增加，实施例4和实施例3相比，碳化程度明显降低，失重率下降明显。但是继续增加EG的量，发现实施例5的氧指数值和实施例4相比虽然有所上升，但是不明显；其失重率变化也不是很明显。按照实施例4的比例，应用到煤矿井下封孔工艺，其效果良好。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征是由聚醚多元醇15-25份、海藻酸钠2-8份、二乙基次膦酸铝3-6份、可膨胀石墨2-8份、改性聚合硅表面活性剂1-3份、二甲氨基乙氧基乙醇0.5-2份、多亚甲基多苯基异氰酸酯15-25份制备而成；
其制备方法是取聚醚多元醇15-25份、复合阻燃剂5-10份、改性聚合硅表面活性剂1-2份、二甲氨基乙氧基乙醇0.5-2份、多亚甲基多苯基异氰酸酯15-25份，在室温条件下（20-25℃），常压条件下，放入15cm×15cm×5cm的箱体中（便于后面实验所需尺寸进行切割），用电动搅拌器快速搅拌发泡，待发泡稳定后，置于80℃烘干箱中烘干30min，室温静置24小时。
2.根据权利要求1所述的一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征在于是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
3.根据权利要求1所述的一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征在于是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨2.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
4.根据权利要求1所述的一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征在于是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
5.根据权利要求1所述的一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征在于是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝5份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
6.根据权利要求1所述的一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征在于是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、二乙基次膦酸铝2.5份、海藻酸钠3.75份、可膨胀石墨5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
7.根据权利要求1所述的一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征在于是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、海藻酸钠7.5份、二甲氨基乙氧基乙醇1份、改性聚合硅表面活性剂2份制备而成。
8.根据权利要求1所述的一种具有反应与协同作用的高效阻燃聚氨酯硬质泡沫及制备方法，其特征在于是由聚醚多元醇20份、多亚甲基多苯基异氰酸酯20份、海藻酸钠7.5份、可膨胀石墨5份、二甲氨基乙氧基乙醇2份、改性聚合硅表面活性剂3份制备而成。
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