適用于墻壁絕熱的硬質(zhì)泡沫材料的制作方法
【專利說明】適用于墻壁絕熱的硬質(zhì)泡沬材料 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明涉及阻燃性硬質(zhì)聚氨酯和聚異氰脲酸酯泡沫，用于生產(chǎn)這些泡沫的組合 物，其中不含鹵化阻燃劑，以及這些阻燃性聚氨酯和聚異氰脲酸酯泡沫的生產(chǎn)和使用方法。 根據(jù)ASTME_84(美國材料測試協(xié)會（AmericanSocietyofTestingMaterials)),建筑 材料表面燃燒性能的標準測試方法"的要求，本發(fā)明的泡沫符合NFPA101生命安全代碼名 稱為A類性能（NFPAlOlLifeSafetyCodedesignationasClassAperformance)的標 準。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 鹵化阻燃劑用于硬質(zhì)聚氨酯泡沫絕熱中，以確保符合國家、州和地方建筑規(guī)范機 構所要求的各種可燃性測試規(guī)定。鹵化阻燃劑提供節(jié)省成本的有效的手段來達到因為烴發(fā) 泡劑被氯氟烴（CFC)、氫氯氟烴（HCFC)和昂貴的氫氟烴（HFC)代替而變得更困難的性能要 求。
[0004] 在考慮常用于硬質(zhì)泡沫絕熱材料的鹵化發(fā)泡劑可能導致臭氧消耗或全球變暖的 問題之前，比較容易的是簡單通過使用鹵化發(fā)泡劑來實現(xiàn)ASTME-84( "建筑材料表面燃燒 性能的標準測試方法"）中的A類級別。
[0005] 根據(jù)ASTME-84,測試材料必須具有等于或小于25的火焰蔓延指數(shù)（FSI)和等于 或小于450的煙霧產(chǎn)生指數(shù)（SDI)，才能符合NFPA101生命安全代碼A類名稱。根據(jù)ASTM E-84,為了符合NFPA101生命安全代碼B類名稱，測試材料必須具有等于或小于75的FSI 和等于或小于450的SDI。
[0006] 但是，對于ASTM-84的NFPA101生命安全代碼分類名稱不應與ASTME-108 (屋 頂覆蓋物燃燒測試的標準測試方法（StandardTestMethodsforFireTestsofRoof Coverings))的A類、B類或C類名稱混淆。
[0007]ASTME-108是從三個方面確定整個屋頂組件而不僅僅是發(fā)泡塑料對外部火焰的 耐受性：火焰蔓延，間歇火焰，和燃燒飛火。
[0008] 用于任何高度的建筑類型為I、II、III或IV的建筑物的外墻組件的發(fā)泡塑料絕熱 材料必須通過E-84隧道測試，F(xiàn)SI等于或小于25,SDI等于或小于450 (根據(jù)國際建筑規(guī)范 (InternationalBuildingCode)的 2603. 5 節(jié)）?這些ASTME-84 標準符合NFPA101A類 名稱的性能要求。
[0009] ASTME-84隧道測試方法提供了水平放置在隧道式爐中并暴露于提供5000Btu/ 分鐘熱量的氣體火焰的24英尺長、20英寸寬的樣品的火焰蔓延和煙霧產(chǎn)生的比較評價。該 方法最初是由美國安全檢測實驗室（UnderwritersLaboratories)在1950年作為UL723 提出并出版的，在1961年被ASTM采用作為正式測試方法。規(guī)定的流程是在10分鐘的測試 時間內(nèi)使火焰鋒移向隧道的端部，測量的火焰蔓延和煙霧水平值相對于經(jīng)調(diào)理的紅色橡木 地板校準標準進行標記，所述校準標準的火焰鋒在5. 5分鐘后到達試樣的端部。對于硬質(zhì) 泡沫樣品，常常觀察到在最初60秒內(nèi)火焰首先快速蔓延到試樣的最大范圍，然后火焰鋒回 撤。因為測試方法需要在計算中使用火焰行進的最大距離，所以在該測試中氣態(tài)發(fā)泡劑的 可燃性以及其在泡沫材料中的濃度對硬質(zhì)泡沫材料性能起關鍵作用。
[0010] 鹵化有機磷阻燃劑與鹵化發(fā)泡劑的組合已經(jīng)用于生產(chǎn)泡沫材料，該泡沫材料在該 測試中獲得NFPA101E-84的A類級別。據(jù)推測，該A類級別是由于磷主要在凝相中起作 用從而形成焦炭阻擋，以及鹵素在氣相中作為自由基清除劑。
[0011] 使用更多的易燃烴發(fā)泡劑必然迫使泡沫材料的配方改變。通常，配方改變是增加 硬質(zhì)泡沫材料中鹵化有機磷阻燃劑的含量。
[0012] 最近，考慮到多溴二苯基醚（PBDE)對人類健康以及環(huán)境的影響，加州在2003年通 過了州范圍內(nèi)禁止溴化的鹵化有機磷這類阻燃劑的法規(guī)，并在2004年推動大湖化學公司 (GreatLakesChemicalCorporation)主動逐步停止制造PBDE和將PBDE引進到美國。隨 后，所有鹵化阻燃劑都面臨更強的公眾監(jiān)督，以及更高的監(jiān)管壓力。
[0013] 歐洲不再生產(chǎn)三（2-氯乙基）磷酸酯（TCEP)，并且根據(jù)加拿大政府2009頒布的 TCEP的建議風險評估方法（ProposedRiskAssessmentApproach)，加拿大也很快要在一 些家用產(chǎn)品和材料中禁止該材料。
[0014] 2008年出版的常用阻燃劑三（2-氯-1-甲基乙基）磷酸酯（TCPP)的歐洲風險評 估（EuropeanRiskAssessment)得出以下結論：關于人類健康和安全，目前不需要"進一 步的信息和/或測試，并且除了已經(jīng)應用的不需要其它風險降低措施"。不過，在同業(yè)評審 期刊中出現(xiàn)了許多測量消費品和家居灰塵中鹵化有機磷阻燃劑含量的研宄。
[0015] 因此，人們不斷努力開發(fā)一種硬質(zhì)聚氨酯泡沫產(chǎn)品，該產(chǎn)品不含鹵化發(fā)泡劑和鹵 化阻燃劑，符合依據(jù)ASTME-84測試的NFPA101生命安全代碼A類級別的可燃性要求。
[0016] 在1994年，Nicola和Weber在第35屆聚氛醋技術/營銷年會（35thAnnual PolyurethaneTechnical/MarketingConference)題為"用于美國建筑應用的徑發(fā)泡泡沫 材料（HydrocarbonBlownFoamsforU.S.ConstructionApplications) " 的論文中公開 了對戊烷、異戊烷和環(huán)戊烷作為發(fā)泡劑用于生產(chǎn)層壓板塊硬質(zhì)泡沫材料的評價結果。在該 研宄中，水用作助發(fā)泡劑來最大程度地減少戊烷含量。氯烷基磷酸酯和溴化的芳族鄰苯二 甲酸酯與水/戊烷發(fā)泡劑組合使用，以制備指數(shù)為240的聚異氰脲酸酯硬質(zhì)泡沫材料。這 些泡沫材料實現(xiàn)A類級別。當用多異氰酸酯將泡沫制劑調(diào)節(jié)到更高指數(shù)時，需要更多的烴 發(fā)泡劑，硬質(zhì)泡沫材料不再是A類材料。
[0017] 在美國專利6, 319, 962中，Singh等揭示了一種生產(chǎn)硬質(zhì)泡沫材料的體系，該硬質(zhì) 泡沫材料符合依據(jù)ASTME-84的NFPA101A類級別。Singh等揭示的體系包括有機多異氰 酸酯，多官能異氰酸酯-反應性組合物，小于約1重量％ (基于體系的總重量）的水與烴發(fā) 泡劑的組合，以及至少一種鹵素取代的磷材料。鹵素的含量必須不超過總反應體系的1. 4 重量％，磷的含量必須為總反應體系的0. 3-2重量％。
[0018] 專利申請U.S. 2006/0100295描述了用于硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料的全液體泡沫形成 體系，該體系包括至少一種液體異氰酸酯或多異氰酸酯，至少一種芳族聚酯多元醇，至少 兩種鹵化阻燃劑和水。由該體系形成的泡沫材料的密度至少為5pcf(80kg/m3)，具有ASTM E-84A類級別。
[0019] 美國專利4, 797, 428廣泛地揭示了具有A類級別的硬質(zhì)阻燃性泡沫材料作為以下 物質(zhì)的反應產(chǎn)物形成：有機多異氰酸酯，由25% -75%作為二羧酸半酯和環(huán)氧烷的反應產(chǎn) 物的低聚酯組成的異氰酸酯_反應性混合物，和發(fā)泡劑。在該專利和專利實施例中僅揭示 了鹵化化合物作為發(fā)泡劑/阻燃劑。
[0020] 上述文獻中均沒有揭示用于生產(chǎn)無添加鹵素且依據(jù)ASTME-84表現(xiàn)為NFPA101A 類泡沫的硬質(zhì)聚異氰脲酸酯泡沫的方法或泡沫形成組合物。
[0021] 美國專利申請2009/0