CN115895036A - 一种阻燃剂组合物、聚氨酯泡沫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及阻燃材料领域，尤其涉及一种阻燃剂组合物、聚氨酯泡沫及其制备方法，所述阻燃剂组合物包括乙烷基聚磷酸酯和第一液体阻燃剂；所述第一液体阻燃剂为磷酸三(2,3‑二氯丙基)酯、叔丁基聚磷酸酯、磷酸三(1‑氯‑2‑丙基)酯或间苯二酚双(二苯基磷酸酯)；还包括0.1‑1wt％的抗烧芯剂。本发明通过将乙烷基聚磷酸酯、第一液体阻燃剂和抗烧芯剂按比例混合来达到降低阻燃剂组合物的酸值的目的，进而解决了现有添加剂中乙烷基聚磷酸酯的酸值高抑制聚氨酯泡沫的催化剂活性，造成制备聚氨酯泡沫到顶时间延长，且使得聚氨酯泡沫容易烧芯的问题，并且本发明的制备方法简单，易实现，操控性强，适合广泛应用。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃材料技术领域，特别涉及一种阻燃剂组合物、聚氨酯泡沫及其制备方法。
背景技术
阻燃科学技术是为了适应社会安全生产和生活的需要，预防火灾发生，保护人民生命财产而发展起来的一门科学。阻燃剂是阻燃技术在实际生活中的应用，它是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊的化工助剂，广泛应用于各类装修材料的阻燃加工中。经过阻燃剂加工后的材料，在受到外界火源攻击时，能够有效地阻止、延缓或终止火焰的传播，从而达到阻燃的作用。
乙烷基聚磷酸酯(EPPE)，含磷量高、耐热性好、是一种高阻燃性能、无卤的液体阻燃剂，常用于聚氨酯泡沫、涂料、油墨等多个领域的阻燃剂。但是乙烷基聚磷酸酯与其他液体阻燃剂相比，现有乙烷基聚磷酸酯的酸值高、暴露在空气中酸值会大幅提高、聚氨酯泡沫烧芯现象明显，实际生产过程其酸值高抑制聚氨酯泡沫催化剂活性，进而造成制备阻燃材料时到顶时间延长。下游生产商需提高催化剂用量，以此缩短制备阻燃材料时的到顶时间。且聚氨酯泡沫烧芯会导致聚氨酯泡沫质量下降、严重会引起火灾。因此，造成聚氨酯泡沫成本提高、产量降低、产品质量次品率提高。
所以急需一种可以解决现有乙烷基聚磷酸酯的酸值高抑制聚氨酯泡沫的催化剂活性，造成制备聚氨酯泡沫到顶时间延长，且使得聚氨酯泡沫容易烧芯的阻燃剂组合物。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术不足之处而提供一种阻燃剂组合物、聚氨酯泡沫及其制备方法。
为实现上述目的，本发明首先提供了一种阻燃剂组合物，所述阻燃剂组合物包括乙烷基聚磷酸酯和第一液体阻燃剂；所述第一液体阻燃剂为磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、叔丁基聚磷酸酯、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯或间苯二酚双(二苯基磷酸酯)。
优选的，所述乙烷基聚磷酸酯和第一液体阻燃剂的重量比为3:7-7:3。
优选的，所述阻燃剂组合物还包括0.1-1wt％的抗烧芯剂。
优选的，所述抗烧芯剂包括β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或二甲苯基二丁基苯并呋喃酮中的一种或多种。
进一步的，本发明还提供了一种聚氨酯泡沫，制备所述聚氨酯泡沫的原料包括所述的一种阻燃剂组合物，且所述阻燃剂组合物的占比为5-15wt％。
优选的，制备所述聚氨酯泡沫的原料按重量份数计包括辛酸亚锡催化剂0.2-0.9份、有机硅油L5800.5-1.5份、聚醚多元醇PPG 50-100份、水2.5-4.5份和粗甲苯二异氰酸酯52-58份；所述有机硅油L580的主要组分是聚合硅氧烷。
进一步的，本发明还提供了一种聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
(1)将催化剂、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG和水在室温下混合均匀得到聚氨酯发泡混合物；
(2)将阻燃剂组合物加入所述聚氨酯发泡混合物中，以300-1000rad/min的速度搅拌1-5分钟制成混合料；
(3)将粗甲苯二异氰酸酯加入所述混合料中，以1000-2000rad/min的速度搅拌3-20s得到聚氨酯混合液；
(4)所述聚氨酯混合液浇灌到模具中固化1-2小时，然后在90-120℃下固化20-60分钟，获得聚氨酯泡沫。
优选的，所述步骤(1)内，催化剂为辛酸亚锡和三乙烯二胺溶液。
优选的，所述步骤(2)内，搅拌速度为300-800rad/min，搅拌时间为1-3min。
优选的，所述步骤(3)内，搅拌速度为1200-1800rad/min，搅拌时间为5-15s。
优选的，所述步骤(4)内，固化条件为在90-120℃下固化20-40min。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过将乙烷基聚磷酸酯、第一液体阻燃剂和抗烧芯剂按比例混合来达到降低阻燃剂组合物的酸值的目的，进而解决了现有添加剂中乙烷基聚磷酸酯的酸值高抑制聚氨酯泡沫的催化剂活性，造成制备聚氨酯泡沫到顶时间延长，且使得聚氨酯泡沫容易烧芯的问题，并且本发明的制备方法简单，易实现，操控性强，适合广泛应用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。
实施例1
一种阻燃剂组合物，所述阻燃剂组合物按重量百分比计，包括乙烷基聚磷酸酯49.5％、液体阻燃剂49.5％和抗烧芯剂1％；
将阻燃剂组合物应用于制备聚氨酯泡沫中，按重量百分比计，聚氨酯泡沫包括阻燃剂组合物10％和聚氨酯发泡物90％。
聚氨酯发泡物的原料包括辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯；
所述辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯的重量比为0.2:0.3:1:100:3:55。
(1)将辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG和水在室温下混合均匀得到聚氨酯发泡混合物；
(2)将乙烷基聚磷酸酯和液体阻燃剂在室温下混合均匀，再加入抗烧芯剂共混合均匀得到阻燃剂组合物，然后将阻燃剂组合物加入步骤(1)所述的聚氨酯发泡混合物中，在室温下以500rad/min的速度搅拌5分钟制成混合料；
(3)将粗甲苯二异氰酸酯加入步骤(2)所述的混合料中，在室温下以1600rad/min的速度搅拌15秒得到聚氨酯混合液；
(4)再将步骤(3)得到的聚氨酯混合液浇灌到模具中，在室温下固化2小时，最后在110℃下固化40分钟，即制成聚氨酯泡沫。
所述液体阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯。
所述抗烧芯剂为二甲苯基二丁基苯并呋喃酮。
所述聚醚多元醇PPG为PPG 3000。
实施例2
一种阻燃剂组合物，所述阻燃剂组合物按重量百分比计，包括乙烷基聚磷酸酯49.6％、液体阻燃剂49.6％和抗烧芯剂0.8％；
将阻燃剂组合物应用于制备聚氨酯泡沫中，按重量百分比计，聚氨酯泡沫包括阻燃剂组合物10％和聚氨酯发泡物90％。
聚氨酯发泡物的原料包括辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯；
所述辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯的重量比为0.1:0.4:1:100:4:53。
(1)将辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG和水在室温下混合均匀得到聚氨酯发泡混合物；
(2)将乙烷基聚磷酸酯和液体阻燃剂在室温下混合均匀，再加入抗烧芯剂共混合均匀得到阻燃剂组合物，然后将阻燃剂组合物加入步骤(1)所述的聚氨酯发泡混合物中，在室温下以800rad/min的速度搅拌4分钟制成混合料；
(3)将粗甲苯二异氰酸酯加入步骤(2)所述的混合料中，在室温下以1800rad/min的速度搅拌15秒得到聚氨酯混合液；
(4)再将步骤(3)得到的聚氨酯混合液浇灌到模具中，在室温下固化2小时，最后在120℃下固化20分钟，即制成聚氨酯泡沫。
所述液体阻燃剂为磷酸三(2,3-二氯丙基)酯。
所述抗烧芯剂为二甲苯基二丁基苯并呋喃酮。
所述聚醚多元醇PPG为PPG 3000。
实施例3
一种阻燃剂组合物，所述阻燃剂组合物按重量百分比计，包括乙烷基聚磷酸酯49.7％、液体阻燃剂49.7％和抗烧芯剂0.6％；
将阻燃剂组合物应用于制备聚氨酯泡沫中，按重量百分比计，聚氨酯泡沫包括阻燃剂组合物10％和聚氨酯发泡物90％。
聚氨酯发泡物按重量份数计包括辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯；
所述辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯的重量比为0.4:0.5:1.5:100:2.5:52。
(1)将辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG和水在室温下混合均匀得到聚氨酯发泡混合物；
(2)将乙烷基聚磷酸酯和液体阻燃剂在室温下混合均匀，再加入抗烧芯剂共混合均匀得到阻燃剂组合物，然后将阻燃剂组合物加入步骤(1)所述的聚氨酯发泡混合物中，在室温下以1000rad/min的速度搅拌3分钟制成混合料；
(3)将粗甲苯二异氰酸酯加入步骤(2)所述的混合料中，在室温下以2000rad/min搅拌5秒得到聚氨酯混合液；
(4)再将步骤(3)得到的聚氨酯混合液浇灌到模具中，在室温下固化1.5小时，最后在120℃下固化20分钟，即制成聚氨酯泡沫。
所述液体阻燃剂为R2002。
所述抗烧芯剂为二甲苯基二丁基苯并呋喃酮。
所述聚醚多元醇PPG为PPG 3000。
实施例4
一种阻燃剂组合物，所述阻燃剂组合物按重量百分比计，包括乙烷基聚磷酸酯49.7％、液体阻燃剂49.7％和抗烧芯剂0.6％；
将阻燃剂组合物应用于制备聚氨酯泡沫中，按重量百分比计，聚氨酯泡沫包括阻燃剂组合物10％和聚氨酯发泡物90％。
聚氨酯发泡物按重量份数计包括辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯；
所述辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯的重量比为0.1:0.1:0.5:100:2.5:52。
(1)将辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG和水在室温下混合均匀得到聚氨酯发泡混合物；
(2)将乙烷基聚磷酸酯和液体阻燃剂在室温下混合均匀，再加入抗烧芯剂共混合均匀得到阻燃剂组合物，然后将阻燃剂组合物加入步骤(1)所述的聚氨酯发泡混合物中，在室温下以800rad/min的速度搅拌1分钟制成混合料；
(3)将粗甲苯二异氰酸酯加入步骤(2)所述的混合料中，在室温下以1600rad/min的速度搅拌15秒得到聚氨酯混合液；
(4)再将步骤(3)得到的聚氨酯混合液浇灌到模具中，在室温下固化1小时，最后在120℃下固化30分钟，即制成聚氨酯泡沫。
所述液体阻燃剂为磷酸三(1-氯-2-丙基)酯。
所述抗烧芯剂为迈图CS16。
所述聚醚多元醇PPG为PPG 3000。
实施例5
一种阻燃剂组合物，所述阻燃剂组合物按重量百分比计，包括乙烷基聚磷酸酯49.7％、液体阻燃剂49.7％和抗烧芯剂0.6％；
将阻燃剂组合物应用于制备聚氨酯泡沫中，按重量百分比计，聚氨酯泡沫包括阻燃剂组合物10％和聚氨酯发泡物90％。
聚氨酯发泡物按重量份数计包括辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯；
所述辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG、水和粗甲苯二异氰酸酯的重量比为0.4:0.5:1.5:100:4.5:58。
(1)将辛酸亚锡、三乙烯二胺溶液、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG和水在室温下混合均匀得到聚氨酯发泡混合物；
(2)将将乙烷基聚磷酸酯和液体阻燃剂在室温下混合均匀，再加入抗烧芯剂共混合均匀得到阻燃剂组合物，然后将阻燃剂组合物加入步骤(1)所述的聚氨酯发泡混合物中，在室温下以300rad/min的速度搅拌5分钟制成混合料；
(3)将粗甲苯二异氰酸酯加入步骤(2)所述的混合料中，在室温下以2000rad/min的速度搅拌3秒得到聚氨酯混合液；
(4)再将步骤(3)得到的聚氨酯混合液浇灌到模具中，在室温下固化2小时，最后在90℃下固化60分钟，即制成聚氨酯泡沫。
所述液体阻燃剂为磷酸三(2,3-二氯丙基)酯。
所述抗烧芯剂为迈图CS16、SX101共混制成。
所述聚醚多元醇PPG为PPG 3000。
对比例1
与实施例1-5相比，对比例1未使用液体阻燃剂，只选用了乙烷基聚磷酸酯、抗烧芯剂和聚氨酯发泡物，使用与实施例1相同的制备方法进行聚氨酯发泡制得聚氨酯发泡型阻燃剂。按照《硬质泡沫压缩性能测试标准》(GB/T 8814-2010)、《塑料泡沫和橡胶表观密度的测定》(GB/T 6343-2009)标准检测实施例1-5制得的聚氨酯发泡型阻燃剂组合物和对比例1制得聚氨酯发泡型阻燃剂的到顶时间、酸值、密度、压缩强度以及烧芯情况，检测结果如表1所示。
表1实施例1-5和对比例1的检测结果
由表1可知，本发明制得的阻燃剂组合物的到顶时间均小于对比例1的到顶时间；本发明制得的阻燃剂组合物制备的聚氨酯泡沫酸值均低于对比例1的酸值；本发明制得的阻燃剂组合物制备的聚氨酯泡沫的密度整体上高于对比例1的密度；本发明制得的阻燃剂组合物制备的聚氨酯泡沫的压缩强度均高于对比例1的压缩强度。
本发明实施例1-3制得的阻燃剂组合物制备的聚氨酯泡沫无烧芯情况，实施例4和实施例5制得的阻燃剂组合物制备的聚氨酯泡沫烧芯程度较小，烧芯不明显，对比例1制得的阻燃剂具有明显的烧芯情况。
因此，表明了本发明阻燃剂组合物制备的聚氨酯泡沫具有较好的性能，使用的原料组合方式解决了现有乙烷基聚磷酸酯制成的聚氨酯泡沫的酸值高、烧芯和到顶时间长的问题，并且本发明的制备方法简单，易实现，操控性强，适合广泛应用。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本公开的具体案例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本公开的精神和范围。
Claims (10)
1.一种阻燃剂组合物，其特征在于，所述阻燃剂组合物包括乙烷基聚磷酸酯和第一液体阻燃剂；所述第一液体阻燃剂为磷酸三(2,3-二氯丙基)酯、叔丁基聚磷酸酯、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯或间苯二酚双(二苯基磷酸酯)。
2.如权利要求1所述的一种阻燃剂组合物，其特征在于，所述乙烷基聚磷酸酯和第一液体阻燃剂的重量比为3:7-7:3。
3.如权利要求1所述的一种阻燃剂组合物，其特征在于，所述阻燃剂组合物还包括0.1-1wt％的抗烧芯剂。
4.如权利要求3所述的一种阻燃剂组合物，其特征在于，所述抗烧芯剂包括β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸异辛醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯或二甲苯基二丁基苯并呋喃酮中的一种或多种。
5.聚氨酯泡沫，其特征在于，制备所述聚氨酯泡沫的原料包括如权利要求1-4中任一项所述的一种阻燃剂组合物，且所述阻燃剂组合物的占比为5-15wt％。
6.如权利要求5所述的聚氨酯泡沫，其特征在于，制备所述聚氨酯泡沫的原料按重量份数计包括催化剂0.2-0.9份、有机硅油L5800.5-1.5份、聚醚多元醇PPG 50-100份、水2.5-4.5份和粗甲苯二异氰酸酯52-58份。
7.如权利要求6所述的聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将催化剂、有机硅油L580、聚醚多元醇PPG和水在室温下混合均匀得到聚氨酯发泡混合物；
(2)将阻燃剂组合物加入所述聚氨酯发泡混合物中，以300-1000rad/min的速度搅拌1-5分钟制成混合料；
(3)将粗甲苯二异氰酸酯加入所述混合料中，以1000-2000rad/min的速度搅拌3-20s得到聚氨酯混合液；
(4)所述聚氨酯混合液浇灌到模具中固化1-2小时，然后在90-120℃下固化20-60分钟，获得聚氨酯泡沫。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)内，搅拌速度为300-800rad/min，搅拌时间为1-3min。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)内，搅拌速度为1200-1800rad/min，搅拌时间为5-15s。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)内，固化条件为在90-120℃下固化20-40min。
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