CN113604034A - 一种阻燃环保发泡塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种阻燃环保发泡塑料及其制备方法。包括以下质量份数的原料异氰酸酯30～60份、复合聚醚多元醇30～60份、改性聚乙烯亚胺3～6份、碳酸钙5～20份、膨胀石墨5～20份、交联剂10～20份、泡沫稳定剂0.5～10份、催化剂0.05～1份；本发明发泡塑料环保，不会释放污染环境的有害气体，避免了生产过程中对环境的污染和臭氧层的破坏；增强聚氨酯发泡塑料的阻燃性能；增加了聚氨酯发泡塑料的机械性能和耐磨性能。

Description

一种阻燃环保发泡塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种阻燃环保发泡塑料及其制备方法。
背景技术
常用的发泡塑料有聚氯乙烯发泡塑料、聚氨酯发泡塑料、酚醛发泡塑料等。发泡塑料通常有以塑料为原料，经过物理或者化学发泡处理，使得塑料内部和表面形成大量的微孔结构，形成发泡塑料。聚氨酯发泡塑料具有质量轻、力学性能好、性价比高等特点被广泛使用在设备保温、建筑物外墙、特种轻量化塑料等行业。
发泡塑料的长期和广泛使用，暴露出其自身存在的问题，因发泡塑料孔结构中含有大量的空气，发泡塑料易燃，且燃烧时孔结构中的空气会助燃，增大燃烧不可控制性，严重时会危机人身或财产安全。此外，聚氨酯发泡塑料为产生较好的发泡效果，传统发泡剂通常使用一氟二氯甲烷、二氟甲烷等发泡剂，含氟气体会对臭氧层造成破坏，会对环境造成恶劣的影响。
为增加发泡塑料的阻燃性能，通常在发泡塑料中加入阻燃剂，添加型含磷、卤素阻燃剂在聚氨酯泡沫塑料中广泛使用。然而，长时间使用后，或者较高温时使用时，阻燃剂会挥发或者迁出，造成阻燃效果下降和环境污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃环保发泡塑料及其制备方法，塑料环保，不会释放污染环境的有害气体，避免了生产过程中对环境的污染和臭氧层的破坏；增强聚氨酯发泡塑料的阻燃性能；增加了聚氨酯发泡塑料的机械性能和耐磨性能。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种阻燃环保发泡塑料，包括以下质量份数的原料：
Figure BDA0003216742940000021
所述阻燃环保发泡塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取干燥的质量份数的异氰酸酯和复合聚醚多元醇加入到反应容器中，温度为80～90℃水浴加热，100～120r/min搅拌30～60min，再加入质量份数的催化剂和交联剂，100～120r/min搅拌1～2h，得到聚氨酯基体；
步骤二：将碳酸钙和膨胀石墨破碎过200目筛，称取过筛后质量份数的碳酸钙和膨胀石墨用甲醇分散成悬浊液，将悬浊液加入步骤一得到的聚氨酯基体中，再依次加入质量份数的改性聚乙烯亚胺和泡沫稳定剂，搅拌速度为60～80r/min，控制反应温度为60～80℃，搅拌时间为1～2h，搅拌后倒入模具中，将模具放入80～100℃的烘箱中，保温2～3h，得到阻燃环保发泡塑料。
所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种。
所述复合聚醚多元醇为含磷、含锑和含硼的复合聚醚多元醇。
所述改性聚乙烯亚胺为丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物，即为R-PEI-CO2，结构式为：
Figure BDA0003216742940000031
所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、五甲基二亚乙基三胺、四甲基亚乙基二胺、二甲基环己胺、N,N-二乙基哌嗪、六氢三嗪、三乙醇胺中的两种以上。
所述交联剂为甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷、乙二醇、2-甲硫基-2-咪唑啉中的一种或多种。
所述泡沫稳定剂为有机硅泡沫稳定剂，为二甲基硅氧烷、聚硅氧烷、聚醚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
所述改性聚乙烯亚胺制备方法为，丙醇和环氧氯丙烷反应获得环氧丙基丙基醚，然后环氧丙基丙基醚官能团与聚乙烯亚胺的氨基键发生开环反应，生成丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺，丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺平铺在表面皿上，用CO2吹扫2～5min后变成固体，将其磨成粉，在不锈钢反应釜中与0.5MPa CO2充分反应约2～4d，停止反应，得到丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物；反应式为：
Figure BDA0003216742940000041
环氧丙基丙基醚与聚乙烯亚胺的的质量份数比为3：1～6：1；丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物反应时，CO2气压全程过量。
所述复合聚醚多元醇的制备方法为：将聚醚多醇放入密闭容器中，水浴加热到65～85℃，再分别缓慢滴加三氯氧磷、五氧化二磷、四羟甲基氯化磷、五氧化二锑、吡啶、四氢呋喃、三甲氧基硼氧六环，磁力搅拌1～3h，减压释放反应多出的氯化氢气体，控制反应温度70～80℃，再加入氧化丙烯，进行开环反应，得到含磷、含锑和含硼的复合聚醚多元醇；其中聚醚多醇：三氯氧磷：五氧化二磷：四羟甲基氯化磷：五氧化二锑：吡啶：四氢呋喃：三甲氧基硼氧六环：氧化丙烯＝10：3：3：3：3：3：3：3：6。
本发明的有益效果：
1、本发明采用复合聚醚多元醇对聚氨酯主链进行改性，复合聚醚多元醇为含磷、含锑和含硼的复合聚醚多元醇，聚氨酯软段使用改性的复合聚醚多元醇代替，使得聚氨酯软段具有阻燃性能，在软段与异氰酸反应形成的聚氨酯分子主链上加入具有阻燃元素，增大了聚氨酯发泡塑料的阻燃性能。改性后的聚氨酯塑料具有阻燃作用，同时添加碳酸钙和膨胀石墨，增强了阻燃效果；本发明采用改性聚乙烯亚胺代替含氟发泡剂对聚氨酯进行发泡处理，避免生产过程中消耗臭氧层物质的释放，使得发泡塑料生产过程更加环保；本发明不采用卤素，即使发泡塑料长时间使用后，也不会释放污染环境的卤化氢等物质。
2、本发明改性聚乙烯亚胺为丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物，用作发泡剂，丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物分子链上含有大量活性基团，易于与聚氨酯分子链相连接，一方面增加各材料间的相容性，另一方面，在一定温度下，-COO-官能团易于断裂，释放CO2，释放的CO2对聚氨酯均匀地进行发泡造孔，残余的CO2存留在闭合的孔道内和半闭合的孔隙间，增加聚氨酯发泡塑料的阻燃效果；以改性聚乙烯亚胺为发泡剂，代替传统含氟发泡剂对聚氨酯塑料进行发泡，避免了生产过程中对环境的污染和臭氧层的破坏。
3、在聚氨酯发泡塑料中添加不可燃的碳酸钙和膨胀石墨，进一步增强聚氨酯发泡塑料的阻燃性能，而且，碳酸钙和膨胀石墨的使用，在发泡过程中均匀分布在孔隙的内部或间隙间，给孔隙提供骨架支撑作用，增加了聚氨酯发泡塑料的机械性能和耐磨性能。
4、催化剂的使用，对异氰酸和复合聚醚多元醇的反应过程起催化作用，有利于反应更加温和的进行，形成稳定的聚氨酯；交联剂使得聚氨酯主链结构稳定，且使得碳酸钙、膨胀石墨穿插在聚氨酯主链间，与聚氨酯形成交联的网状结构，有利于聚氨酯发泡塑料的稳定；泡沫稳定剂的使用，在聚氨酯发泡塑料的泡沫之间形成支撑结构，使得泡沫结构稳定存在，且增加聚氨酯发泡塑料的机械性能。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种阻燃环保发泡塑料，包括以下质量份数的原料：异氰酸酯30份，复合聚醚多元醇30份，改性聚乙烯亚胺3份，碳酸钙5份，膨胀石墨5份，交联剂10份，泡沫稳定剂0.5份，催化剂0.05份；
所述阻燃环保发泡塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取干燥的质量份数的异氰酸酯和复合聚醚多元醇加入到反应容器中，温度为80℃水浴加热，100r/min搅拌30min，再加入质量份数的催化剂和交联剂，100r/min搅拌1h，得到聚氨酯基体；
步骤二：将碳酸钙和膨胀石墨破碎过200目筛，称取过筛后质量份数的碳酸钙和膨胀石墨用甲醇分散成悬浊液，将悬浊液加入步骤一得到的聚氨酯基体中，再依次加入质量份数的改性聚乙烯亚胺和泡沫稳定剂，搅拌速度为60r/min，控制反应温度为60℃，搅拌时间为1h，搅拌后倒入模具中，将模具放入80℃的烘箱中，保温2h，得到阻燃环保发泡塑料。
实施例2
一种阻燃环保发泡塑料，包括以下质量份数的原料：异氰酸酯60份，复合聚醚多元醇60份，改性聚乙烯亚胺6份，碳酸钙20份，膨胀石墨20份，交联剂20份，泡沫稳定剂10份，催化剂1份；
所述阻燃环保发泡塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取干燥的质量份数的异氰酸酯和复合聚醚多元醇加入到反应容器中，温度为90℃水浴加热，120r/min搅拌60min，再加入质量份数的催化剂和交联剂，120r/min搅拌2h，得到聚氨酯基体；
步骤二：将碳酸钙和膨胀石墨破碎过200目筛，称取过筛后质量份数的碳酸钙和膨胀石墨用甲醇分散成悬浊液，将悬浊液加入步骤一得到的聚氨酯基体中，再依次加入质量份数的改性聚乙烯亚胺和泡沫稳定剂，搅拌速度为80r/min，控制反应温度为80℃，搅拌时间为2h，搅拌后倒入模具中，将模具放入100℃的烘箱中，保温3h，得到阻燃环保发泡塑料。
实施例3
一种阻燃环保发泡塑料，包括以下质量份数的原料：异氰酸酯45份，复合聚醚多元醇45份，改性聚乙烯亚胺5份，碳酸钙15份，膨胀石墨15份，交联剂15份，泡沫稳定剂5份，催化剂0.5份；
所述阻燃环保发泡塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取干燥的质量份数的异氰酸酯和复合聚醚多元醇加入到反应容器中，温度为85℃水浴加热，110r/min搅拌50min，再加入质量份数的催化剂和交联剂，110r/min搅拌1.5h，得到聚氨酯基体；
步骤二：将碳酸钙和膨胀石墨破碎过200目筛，称取过筛后质量份数的碳酸钙和膨胀石墨用甲醇分散成悬浊液，将悬浊液加入步骤一得到的聚氨酯基体中，再依次加入质量份数的改性聚乙烯亚胺和泡沫稳定剂，搅拌速度为70r/min，控制反应温度为70℃，搅拌时间为1.5h，搅拌后倒入模具中，将模具放入90℃的烘箱中，保温2h，得到阻燃环保发泡塑料。
检测结果：
Figure BDA0003216742940000071
Figure BDA0003216742940000081
由以上结果可知，本发明制备的阻燃环保发泡塑料具有较好的阻燃效果。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：
Figure FDA0003216742930000011
所述阻燃环保发泡塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：取干燥的质量份数的异氰酸酯和复合聚醚多元醇加入到反应容器中，温度为80～90℃水浴加热，100～120r/min搅拌30～60min，再加入质量份数的催化剂和交联剂，100～120r/min搅拌1～2h，得到聚氨酯基体；
步骤二：将碳酸钙和膨胀石墨破碎过200目筛，称取过筛后质量份数的碳酸钙和膨胀石墨用甲醇分散成悬浊液，将悬浊液加入步骤一得到的聚氨酯基体中，再依次加入质量份数的改性聚乙烯亚胺和泡沫稳定剂，搅拌速度为60～80r/min，控制反应温度为60～80℃，搅拌时间为1～2h，搅拌后倒入模具中，将模具放入80～100℃的烘箱中，保温2～3h，得到阻燃环保发泡塑料。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、赖氨酸二异氰酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述复合聚醚多元醇为含磷、含锑和含硼的复合聚醚多元醇。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述改性聚乙烯亚胺为丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物，即为R-PEI-CO2，结构式为：
Figure FDA0003216742930000021
5.根据权利要求1所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、五甲基二亚乙基三胺、四甲基亚乙基二胺、二甲基环己胺、N,N-二乙基哌嗪、六氢三嗪、三乙醇胺中的两种以上。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述交联剂为甘油、季戊四醇、三羟甲基丙烷、乙二醇、2-甲硫基-2-咪唑啉中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述泡沫稳定剂为有机硅泡沫稳定剂，为二甲基硅氧烷、聚硅氧烷、聚醚二甲基硅氧烷中的一种或多种。
8.根据权利要求1或4所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述改性聚乙烯亚胺制备方法为，丙醇和环氧氯丙烷反应获得环氧丙基丙基醚，然后环氧丙基丙基醚官能团与聚乙烯亚胺的氨基键发生开环反应，生成丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺，丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺平铺在表面皿上，用CO2吹扫2～5min后变成固体，将其磨成粉，在不锈钢反应釜中与0.5MPa CO2充分反应约2～4d，停止反应，得到丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物；反应式为：
Figure FDA0003216742930000031
9.根据权利要求8所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：环氧丙基丙基醚与聚乙烯亚胺的的质量份数比为3：1～6：1；丙醇丙醚接枝的聚乙烯亚胺的CO2加合物反应时，CO2气压全程过量。
10.根据权利要求1或3所述的一种阻燃环保发泡塑料，其特征在于：所述复合聚醚多元醇的制备方法为：将聚醚多醇放入密闭容器中，水浴加热到65～85℃，再分别缓慢滴加三氯氧磷、五氧化二磷、四羟甲基氯化磷、五氧化二锑、吡啶、四氢呋喃、三甲氧基硼氧六环，磁力搅拌1～3h，减压释放反应多出的氯化氢气体，控制反应温度70～80℃，再加入氧化丙烯，进行开环反应，得到含磷、含锑和含硼的复合聚醚多元醇；其中聚醚多醇：三氯氧磷：五氧化二磷：四羟甲基氯化磷：五氧化二锑：吡啶：四氢呋喃：三甲氧基硼氧六环：氧化丙烯＝10：3：3：3：3：3：3：3：6。
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