CN110591042A - 一种阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚氨酯硬质泡沫的制备方法，具体由以下几种组分反应制得：(A)阻燃型聚醚多元醇或聚醚酯多元醇，(B)多异氰酸酯基化合物或几种的混合物，(C)发泡剂，(D)催化剂，(E)表面活性剂，(F)偶联剂，(G)其他助剂，如稳定剂等，各组分均按质量份计，其中A组分100份，B组分110‑200份，C组分5‑50份，D组分0.5‑10份，E组分0.5‑10份，F组分0.01‑10份，G组分0.5‑20份。所得硬质泡沫质地坚硬，阻燃性好，密度适中。

Description

一种阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法
技术领域
本发明涉及一种硬质聚氨酯泡沫的制备方法，尤其是一种具有阻燃性质的硬质聚氨酯泡沫。
背景技术
硬质聚氨酯泡沫是聚氨酯材料中应用最为广泛的重要品种之一，具有导热系数低、防水效果好等突出优点，主要应用于墙体保温，管道保温绝热，缝隙填充、建筑防水等领域。但由于普通聚氨酯硬泡的分子结构以碳氢键为主，键能较低，受热易断裂，导致未经阻燃的材料高温下易燃，极易引发大规模火灾，而由于建筑材料阻燃性考虑不足，导致近年来接连出现高楼大规模火灾事件，如2017年天津盛捷大火事件、2018年迪拜摩天大楼火灾事件等，给社会生产和居民人身财产安全造成了巨大威胁。为有效减少上述事件的发生概率，阻燃型聚氨酯泡沫材料的研究刻不容缓。
目前，聚氨酯硬泡的阻燃改性方式主要有添加型和反应型。其中，添加型主要包括无机阻燃剂和磷卤系阻燃剂等，反应型阻燃剂主要为磷氮系和硼系化合物，前者主要存在无机填料比重过大(影响泡沫材料比重)，磷卤系化合物毒性大的问题，后者对泡沫材料氧指数提升幅度有限。对此有许多研究提出添加型和反应型协同的研究思路，以期实现两者优势互补，在气相和聚集相实现协同阻燃，并取得了一定进展，YAO Yuan等研究了以含磷多元醇(BHPP)和含氮多元醇(MADP)提高聚氨酯泡沫的阻燃性能，发现BHPP和MADP的比例在1∶1时，若乙二醇的含量达15％时能够极大的提高聚氨酯泡沫的氧指数，进一步研究发现主要是含磷、氮的碳层与乙二醇的膨胀碳层结合形成更为致密结实的碳层起到了阻燃作用。
三聚氰胺，俗称密胺、蛋白精，化学名称为1，3，5-三嗪-2，4，6-三胺，是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，由于其优异的阻燃性能，近年来在阻燃材料中应用日益普遍，可用于制备阻燃型硬泡聚醚树脂。
三聚氰胺及其衍生物是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，因其结构中含有稳定的环状结构，耐热性好，常被作为一类无卤阻燃剂，已有研究将三聚氰胺和磷酸盐进行协同添加阻燃，而以三聚氰胺树脂与多异氰酸酯、多元醇共聚制备阻燃型聚氨酯硬泡的研究却不多，具有很大的研究和应用潜力。
发明内容
解决的技术问题：本发明旨在解决现有技术中硬质聚氨酯泡沫阻燃性差的问题，提供了一种兼具优异阻燃性、适宜密度和较高强度的聚氨酯硬质泡沫的制备方法。
技术方案：一种阻燃型聚氨酯硬质泡沫，由以下几个组份反应制得，各组分均按质量份计：(A)100份阻燃型聚醚多元醇或聚醚酯多元醇，(B)80-200份单一多异氰酸酯基化合物或几种的混合物，(C)5-50份发泡剂，(D)0.5-10份催化剂，(E)0.5-10份表面活性剂，(F)偶联剂0.01-10份，(G)0.5-20份其他助剂，如稳定剂等；
上述阻燃型聚醚多元醇为三聚氰胺树脂基聚醚多元醇，主要由三聚氰胺树脂与环氧烷烃、小分子多元醇共聚而成，其中，环氧烷烃主要为环氧丙烷、环氧乙烷和环氧丁烷中的一种或几种的混合物，小分子多元醇主要为丙三醇、乙二醇、二乙二醇、山梨醇、环氧化山梨酸、季戊四醇中的一种或几种的混合物；
上述阻燃型聚酯醚多元醇为苯代三聚氰胺树脂基聚酯醚多元醇，先由酸酐类化合物与小分子多元醇反应，而后其与苯代三聚氰胺树脂、氧化烯烃反应制成，其中，酸酐类化合物主要为苯酐、4-甲基苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸二酐中的一种或几种的混合物，氧化烯烃为氧化乙烯、氧化丙烯和氧化丁烯中的一种或几种的混合物。
上述多异氰酸酯基化合物为二异氰酸酯类化合物及其各类改性体和三异氰酸酯类化合物及其各类改性体中的一种或几种的混合物。
上述发泡剂为甲酸、正丁烷、异丁烷、异戊烷、水、液态二氧化碳、二甲氧基甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、三氟丙烷、四氟丙烷、五氟丙烷、四氟丁烷、五氟丁烷、六氟丁烷和聚硅氧烷-聚烷氧基醚共聚物中的一种或几种的混合物。
上述催化剂为三氯化铁、氯化钴、辛基亚锡、辛酸锡、二辛酸钴、二乙基己酸钴、二月桂酸二丁基锡、二乙胺、三乙醇胺、双(二乙氨基乙基)醚、五甲基二乙烯三胺、四甲基戊二胺、异辛酸钾、愈创木酚、三苯酚、苄基二乙胺、二甲基乙醇胺、四甲基乙醇胺、四甲基丙二胺四甲基庚二胺、二甲基苄胺、二乙基环己胺、N-异丙基吗啉、N，N-二甲胺基哌嗪、双(二乙胺基乙基)醚、六氢化三嗪中的任意一种或几种的混合物。
上述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯基醚系列、脂肪醇硫酸酯盐、脂肪醇蓖麻油硫酸酯盐和脂肪醇磺酸酯盐中的一种或几种的混合物。
上述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。
上述聚氨酯硬质泡沫的具体制备方法为按配比将各组分混合后在密闭模具中发泡并高温固化，所得硬质泡沫的氧指数可达27％以上，闭孔率可达80％以上，密度为40-60kg/m3，压缩强度为0.20MPa-0.30MPa，在墙体阻燃材料方面具有巨大应用潜力。
上述硬质聚氨酯泡沫的制备可按本领域通用反应设备和技术实施，相应操作规范及工艺条件均为本领域内技术人员所熟知，反应可控性好，产物转化率高，后续应用方便。
有益效果：
本发明具有以下有益效果：
1.本发明涉及的聚氨酯硬质泡沫阻燃性好，可用作墙体保护阻燃材料；
2.本发明涉及的聚氨酯硬质泡沫平衡了阻燃性、泡沫密度和压缩强度之间此消彼长的矛盾关系，所得泡沫材料兼顾了适宜的阻燃性、泡沫密度和压缩强度。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的效果：
实施例在本发明技术方案前提下进行实施，不应理解为对本发明的限制，所使用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
基本配比：
将各组分按上述配比混合后加入密封模具发泡，而后置于80℃下熟化1h，得到成品。所得泡沫性能如下：
氧指数26.4％，压缩强度0.27MPa，密度41kg/m3，闭孔率78.4％。
实施例2：
基本配比：
将各组分按上述配比混合后加入密封模具发泡，而后置于90℃下熟化1h，得到成品。所得泡沫性能如下：
氧指数27.8％，压缩强度0.25MPa，密度42kg/m3，闭孔率82.3％。
实施例3：
基本配比：
将各组分按上述配比混合后加入密封模具发泡，而后置于75℃下熟化3h，得到成品。所得泡沫性能如下：
氧指数28.8％，压缩强度0.30MPa，密度48kg/m3，闭孔率80.8％。。
实施例4：
基本配比：
将各组分按上述配比混合后加入密封模具发泡，而后置于80℃下熟化2h，得到成品。所得泡沫性能如下：
氧指数27.4％，压缩强度0.28MPa，密度50kg/m3，闭孔率82.8％。

Claims (6)

1.一种阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法，其特征在于，由以下几个组份反应制得，各组分均按质量份计：(A)100份阻燃型聚醚多元醇或聚醚酯多元醇，(B)80-200份单一多异氰酸酯基化合物或几种的混合物，(C)5-50份发泡剂，(D)0.5-10份催化剂，(E)0.5-10份表面活性剂，(F)偶联剂0.01-10份，(G)0.5-20份其他助剂，如稳定剂等；
上述阻燃型聚醚多元醇为三聚氰胺树脂基聚醚多元醇，主要由三聚氰胺树脂与环氧烷烃、小分子多元醇共聚而成，其中，环氧烷烃主要为环氧丙烷、环氧乙烷和环氧丁烷中的一种或几种的混合物，小分子多元醇主要为丙三醇、乙二醇、二乙二醇、山梨醇、环氧化山梨酸、季戊四醇中的一种或几种的混合物；
上述阻燃型聚酯醚多元醇为苯代三聚氰胺树脂基聚酯醚多元醇，先由酸酐类化合物与小分子多元醇反应，而后其与苯代三聚氰胺树脂、氧化烯烃反应制成，其中，酸酐类化合物主要为苯酐、4-甲基苯酐、顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、均苯四甲酸二酐中的一种或几种的混合物，氧化烯烃为氧化乙烯、氧化丙烯和氧化丁烯中的一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法，其特征在于：所述的多异氰酸酯基化合物为二异氰酸酯类化合物及其各类改性体和三异氰酸酯类化合物及其各类改性体中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法，其特征在于：所述的发泡剂为甲酸、正丁烷、异丁烷、异戊烷、水、液态二氧化碳、二甲氧基甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、三氟丙烷、四氟丙烷、五氟丙烷、四氟丁烷、五氟丁烷、六氟丁烷和聚硅氧烷-聚烷氧基醚共聚物中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法，其特征在于：所述催化剂为三氯化铁、氯化钴、辛基亚锡、辛酸锡、二辛酸钴、二乙基己酸钴、二月桂酸二丁基锡、二乙胺、三乙醇胺、双(二乙氨基乙基)醚、五甲基二乙烯三胺、四甲基戊二胺、异辛酸钾、愈创木酚、三苯酚、苄基二乙胺、二甲基乙醇胺、四甲基乙醇胺、四甲基丙二胺四甲基庚二胺、二甲基苄胺、二乙基环己胺、N-异丙基吗啉、N，N-二甲胺基哌嗪、双(二乙胺基乙基)醚、六氢化三嗪中的任意一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯基醚系列、脂肪醇硫酸酯盐、脂肪醇蓖麻油硫酸酯盐和脂肪醇磺酸酯盐中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的阻燃型聚氨酯硬质泡沫的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或几种的混合物。
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