一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料及其制備方法，聚氨酯泡沫塑料由聚醚多元醇100份、異氰酸酯120-150份、磷酸鹽10-30份、水2-5份、發(fā)泡穩(wěn)定劑1-4份、發(fā)泡催化劑3-6份和空心玻璃微珠5-20份經混合、澆注發(fā)泡制備而成。本發(fā)明利用空心玻璃微珠的多孔和閉孔結構提高泡沫的壓縮強度及抗壓能力，利用磷酸鹽的氣相和凝聚相阻燃機理，在燃燒下與空心玻璃微珠形成熔融阻燃隔熱層，達到阻燃效果。從而得到壓縮強度高、抗壓能力強、熱釋放速率低、點燃時間推遲和氧指數高的硬質聚氨酯泡沫。
【專利說明】一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沬塑料及其制備方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發(fā)明屬于發(fā)泡材料【技術領域】，具體涉及一種高抗壓阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料及其制備方法。
[0003]
【背景技術】
[0004]聚氨酯泡沫塑料是一種應用廣泛的工程材料，是使用特殊的發(fā)泡工藝制作而成，其具有相對密度低，比模量、比強度高，以及較好的絕熱、隔音、耐化學腐蝕性，受到工程界的普遍重視。聚氨酯泡沫塑料作為一種理想的輕質結構材料，它廣泛用于航空結構件、航海結構件及體育運動器材等方面。但在實際使用過程中，硬質聚氨酯泡沫塑料的抗壓強度較低，并且聚氨酯泡沫極易燃，在空氣中的氧指數僅為20.0%，在許多特殊的工作條件下達不到使用要求，特別作為結構材料的 輔料，如夾心材料。
[0005]目前在泡沫塑料中應用較廣的增強體是玻璃纖維，使用玻璃纖維增強后的泡沫塑料的強度大大提高，但泡沫材料的密度隨之增加。因此，希望在其中間添加一些增強相來達到既不增大泡沫的密度又能提高硬質聚氨酯泡沫材料的性能的目的。
[0006]空心玻璃微珠的抗沖擊性能強、導熱系數低且質輕，是塑料行業(yè)近年來發(fā)展的一種增強粉末。中國專利CN 102964555 A公開了一種空心玻璃微珠改性的硬質聚氨酯泡沫塑料，較好地增大了泡沫材料的抗壓強度，使其在承受較大的負荷時可以恢復到初始狀態(tài)；同時泡沫材料的密度基本不增大。Nikhil Gupta研究了空心微珠的內徑比對合成泡沫的密度、機械性能的影響。研究結果表明，空心微珠的內徑降低，合成泡沫的機械性能和模量都有提高，室溫下泡沫的吸水率都低于1% [ Nikhil Gupta, etc.Composites: Part A ,2004，35: 103-111.]。
[0007]

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種同時改善抗壓能力和燃燒性能的改性聚氨酯硬泡材料及其制備方法。在提高聚氨酯硬質泡沫的抗壓能力，壓縮強度的同時，降低聚氨酯泡沫的熱釋放速率，推遲點燃時間，提高氧指數，使阻燃性能得到提高。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現的:
一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:由以下組份按重量份制備而成:聚醚多元醇100份，異氰酸酯120-150份，空心玻璃微珠5-20份，磷酸鹽10-30份，水2_5份，發(fā)泡穩(wěn)定劑1-4份，發(fā)泡催化劑3-6份。
[0010]進一步，所述的磷酸鹽為磷酸二氫銨或磷酸二氫鉀，其熔點為190-240 °C。
[0011]所述的空心玻璃微珠經偶聯劑3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)進行表面處理，其粒徑為 40-120 μ m、表觀密度 0.11-0.23 g/cm3。
[0012]所述的聚醚多元醇是羥基值為350-450 mg KOH /g、25 °C粘度為2500-4000 mpa.s的以丙三醇為起始劑的聚醚多元醇。
[0013]所述的異氰酸酯的粘度為150-300 mpa.s (25 °C)。
[0014]所述的發(fā)泡穩(wěn)定劑為聚硅氧烷。
[0015]所述的發(fā)泡催化劑為二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物。
[0016]本發(fā)明的另一個目的是提供一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料的制備方法，包括如下步驟:
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑3-氨丙基三乙氧基硅烷按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按配比將經表面處理后的空心玻璃微珠分步加入聚醚多元醇與磷酸鹽中，在室溫下以2500-3000 r/min的轉速攪拌均勻，再加入水、發(fā)泡穩(wěn)定劑和發(fā)泡催化劑一起攪拌均勻得混合物；
(3 )按配比將異氰酸酯倒入(2 )的混合物中，于23-25°C溫度下攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型， 并在65-80 0C熟化脫模即得到高抗壓阻燃的硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0017]所述步驟(2)中空心玻璃微珠分三次加入聚醚多元醇和磷酸鹽中進行攪拌，每次攪拌2-4min。將空心玻璃微珠平均分成三等分，分三次加入聚醚多元醇、磷酸鹽中進行攪拌，從而使空心玻璃微珠在聚氨酯泡沫中分散更加均勻，并在燃燒中得到均勻的磷酸鹽和空心玻璃微珠的熔融阻燃隔熱層。
[0018]本發(fā)明的阻燃原理是:由于磷酸鹽在燃燒時吸熱分解成偏磷酸和磷酸，其熔點較低，在低溫下熔融產生一層玻璃狀薄膜殘留覆蓋物，再與不燃物空心玻璃微珠形成熔融隔熱層覆蓋在基體表面與空氣隔絕，從而降低泡沫材料的熱釋放速率；當覆蓋物達到一定厚度時能夠阻止其復燃，阻止燃燒進行，從而提高了聚氨酯泡沫材料的阻燃性能。
[0019]本發(fā)明的高抗壓原理:在聚氨酯泡沫材料中加入空心玻璃微珠后，使其發(fā)泡過程受到約束，不能使泡孔隨著發(fā)泡的方向被拉長；并在發(fā)泡的過程中，空心玻璃微珠在一定程度上起到了成核劑的作用，限制泡孔的尺寸，減小了材料內部的缺陷。所以在聚氨酯泡沫材料受到外力的作用時，通過空心玻璃微珠的支撐作用，使材料能承受比未增強的泡沫體更大的壓縮載荷的作用，從而使泡孔不易受力失穩(wěn)而變形。
[0020]所以本發(fā)明利用空心玻璃微珠的多孔和閉孔結構提高聚氨酯泡沫的壓縮強度及抗壓能力；利用磷酸鹽的氣相和凝聚相阻燃機理，在燃燒下與空心玻璃微珠形成熔融阻燃隔熱層，達到阻燃效果。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明利用空心玻璃微珠的增強作用對聚氨酯泡沫塑料進行增強，有效的提高了聚氨酯泡沫的壓縮強度和抗壓能力，并使泡沫的密度不會明顯增加；
2、利用磷酸鹽的氣相和凝聚相阻燃機理，在燃燒過程中熔融后與空心玻璃微珠在基體表面形成熔融阻燃隔熱層，對聚氨酯硬泡進行阻燃，提高了泡沫的氧指數，降低其熱釋放速率，使點燃時間推遲，阻燃效果得到提高。
[0022]3、本發(fā)明制備的泡沫可應用于壓力較大、阻燃要求較高的工程領域。
[0023]【具體實施方式】
[0024]下面結合具體的實施例對本發(fā)明進一步說明 實施例1
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑KH550按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按重量份，將經表面處理后的空心玻璃微珠5份分三次加入聚醚多元醇100份與磷酸二氫銨10份中，在室溫下2500 r/min的轉速攪拌均勻，每次攪拌2min,再加入水2份、聚硅氧烷1份及二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物3份攪拌均勻得混合物；
(3)將異氰酸酯120份加入(2)的混合物中，在23°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在65 0C熟化后脫模即得到高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0025]實施例2
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑KH550按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按重量份，將經表面處理后的空心玻璃微珠10份分三次加入聚醚多元醇100份與磷酸二氫銨10份中，在室溫下2800 r/min的轉速攪拌均勻，每次攪拌3min,再加入水4份、聚硅氧烷2份及二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物3.5份攪拌均勻得混合物；
(3)將異氰酸酯130份加入(2)的混合物中，在24°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在70 0C熟化后脫模即得到高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0026]實施例3`
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑KH550按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按重量份，將經表面處理后的空心玻璃微珠15份分三次加入聚醚多元醇100份與磷酸二氫銨15份中，在室溫下3000 r/min的轉速攪拌均勻，每次攪拌4min,再加入水4份，聚硅氧烷2份及二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物4份攪拌均勻得混合物；
(3)將異氰酸酯140份加入(2)的混合物中，在25°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在80 0C熟化后脫模即得到高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0027]實施例4
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑KH550按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按重量份，將經表面處理后的空心玻璃微珠15份分三次加入聚醚多元醇100份與磷酸二氫銨20份中，在室溫下3000 r/min的轉速攪拌均勻，每次攪拌4min,再加入水4份、聚硅氧烷2份及二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物5份攪拌均勻得混合物；
(3)將異氰酸酯140份加入(2)的混合物中，在25°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在80 0C熟化后脫模即得到高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0028]實施例5
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑KH550按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按重量份，將經表面處理后的空心玻璃微珠10份分三次加入聚醚多元醇100份與磷酸二氫銨30份中，在室溫下2600 r/min的轉速攪拌均勻，每次攪拌2min,再加入水5份、聚硅氧烷4份及二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物6份攪拌均勻得混合物；
(3)將異氰酸酯150份加入(2)的混合物中，在25°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在80 0C熟化后脫模即得到高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0029]實施例6
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑KH550按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按重量份，將經表面處理后的空心玻璃微珠20份分三次加入聚醚多元醇100份與磷酸二氫銨30份中,在室溫下2700 r/min的轉速攪拌均勻,每次攪拌3min,再加入水5份、聚硅氧烷4份及二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物6份攪拌均勻得混合物；
(3)將異氰酸酯150份加入(2)的混合物中，在25°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在80 0C熟化后脫模即得到高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0030]實施例7
(1)將空心玻璃微珠與偶聯劑KH550按質量比100:1對空心玻璃微珠進行表面處理；
(2)按重量份，將經表面處理后的空心玻璃微珠10份分三次加入聚醚多元醇100份與磷酸二氫鉀30份中，在室溫下2700 r/min的轉速攪拌均勻，每次攪拌4min,再加入水5份、聚硅氧烷4份及二月桂酸 二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物6份攪拌均勻得混合物；
(3)將異氰酸酯150份加入(2)的混合物中，在25°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在80 0C熟化后脫模即得到高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0031]對比例
(1)按重量份稱取聚醚多元醇100份，水4份，聚硅氧烷2份，二月桂酸二丁基錫，三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物5份攪拌均勻得到混合物；
(2)將異氰酸酯150份加入(I)的混合物中，在25°C攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，在80 0C熟化后脫模即得到硬質聚氨酯泡沫塑料。
[0032]將實施例1-7與對比例制備的聚氨酯泡沫塑料按照標準測試其壓縮性能、垂直燃燒、熱釋放速率和點燃時間等，測試方法如下:
硬質泡沫塑料壓縮性能按照GB/T 8813-2008測試，樣條尺寸50X50X30 mm3。壓縮速率為3 mm/min,壓縮形變?yōu)?5%。施壓方向平行于泡孔伸長方向。
[0033]極限氧指數(LOI)是按照ASTM D2863標準在HC-2型氧指數儀(中國江寧儀器分析公司生產)上進行測試，樣條尺寸為150X10X10 mm3。
[0034]垂直燃燒(UL-94)試驗:按照標準ASTM D3801-1996,使用江寧分析儀器廠生產的CFZ-3型水平垂直燃燒測定儀，對樣品進行測試，所用樣條尺寸均為130X13X10 mm3
熱釋放速率(KW/m2)和點燃時間(s)由錐型量熱計(英國Stanton Redcroft公司)測試按照IS05600標準測定得到。試樣切割成100X100X25 mm3的尺寸。試驗時，設定儀器的輻射熱通量為35 kW/m2。
[0035]經測試，實施例1-7和對比例所得的聚氨酯泡沫的主要性能如下表所
【權利要求】
1.一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:由以下組份按重量份制備而成:聚醚多元醇100份，異氰酸酯120-150份，空心玻璃微珠5-20份，磷酸鹽10-30份，水2-5份，發(fā)泡穩(wěn)定劑1-4份，發(fā)泡催化劑3-6份。
2.根據權利要求1所述的一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:所述的磷酸鹽為磷酸二氫銨或磷酸二氫鉀，其熔點為190-240 °C。
3.根據權利要求1所述的一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:所述的空心玻璃微珠為經偶聯劑3-氨丙基三乙氧基硅烷進行表面處理后得，其粒徑為40-120 μ m、表觀密度 0.11-0.23 g/cm3。
4.根據權利要求1所述的一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:所述的聚醚多元醇是羥基值為350-450 mg KOH /g，粘度為2500-4000 mpa.s的以丙三醇為起始劑的聚醚多元醇。
5.根據權利要求1所述的一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:所述的異氰酸酯的粘度為150-300 mpa.S。
6.根據權利要求1所述的一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:所述的發(fā)泡穩(wěn)定劑為聚硅氧烷。
7.根據權利要求1所述的一種高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料，其特征在于:所述的發(fā)泡催化劑為二月桂酸二丁基錫、三乙烯二胺和三乙醇胺的混合物。
8.一種制備如權利要求書I所述的高抗壓的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料的方法，其特征在于:包括如下步 驟: (1)將空心玻璃微珠與偶聯劑3-氨丙基三乙氧基硅烷按質量比100:1.對空心玻璃微珠進行表面處理； (2)按配比將經表面處理后的空心玻璃微珠分步加入聚醚多元醇與磷酸鹽中，在室溫下以2500-3000 r/min的轉速攪拌均勻，再加入水、發(fā)泡穩(wěn)定劑和發(fā)泡催化劑一起攪拌均勻得混合物； (3)按配比將異氰酸酯倒入(2)的混合物中，于23-25°C溫度下攪拌均勻后澆注入模具內發(fā)泡成型，并在65-80 0C熟化后脫模即得到高抗壓阻燃的硬質聚氨酯泡沫塑料。
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中空心玻璃微珠分三次加入聚醚多元醇和磷酸鹽中進行攪拌，每次攪拌2-4 Hiin0
【文檔編號】C08K13/06GK103755908SQ201410006615
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權日:2014年1月7日
【發(fā)明者】楊桂生, 袁海霞 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司