[发明专利]一种无卤无磷高阻燃硬质聚氨酯泡沫保温材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃硬质聚氨酯泡沫保温材料领域，特别涉及无卤无磷高阻燃硬质聚氨酯泡沫保温材料的制备方法和用途。

背景技术

硬质聚氨酯泡沫保温材料是以多元羟基化合物和异氰酸酯为主要原料，在催化剂、发泡剂作用下，经加成聚合、发泡而成的泡沫材料。硬质聚氨酯泡沫材料具有优良的物理机械性能、电学性能、声学性能及耐化学腐蚀性。硬质聚氨酯泡沫保温材料的导热系数低、密度小、强度高、吸水性低、绝热、绝缘、隔音效果好、化学稳定性好，因此被广泛应用于石油、化工、运输、建筑、日常生活等国民经济的各个领域。但是未经阻燃处理的硬质聚氨酯泡沫保温材料是一种易燃材料，其极限氧指数仅为18左右，遇到火源或在高温烘烤下都易着火燃烧，引发火灾。国内外已经报道了多起因聚氨酯泡沫保温材料着火造成巨大经济损失的火灾案例。因此，采用各种方法提高硬质聚氨酯泡沫保温材料阻燃性能有重要的意义。

目前国内外用于提高硬质聚氨酯泡沫保温材料的方法有两种：一是添加含氯、溴、磷等元素的阻燃剂，这种添加型阻燃剂对材料阻燃性能的提高有限，例如向基体中添加30wt％的磷酸三(β-氯乙基)酯，硬质聚氨酯泡沫材料的极限氧指数仅能达到27左右，而且此类液体阻燃剂容易迁移，材料的阻燃性能持久性差；另一种方法是引入聚异氰脲酸酯结构或在聚醚(聚酯)多元醇中引入具有阻燃作用的基团，通过对聚氨酯的结构进行改性，在一定程度上改善了聚氨酯泡沫材料的阻燃性能，但极限氧指数最高不超过34。由于阻燃基团参与了化学反应，被引入到聚合物的分子骨架，因此聚氨酯泡沫保温材料的阻燃性能更加持久。

有文献报道(李忠军.塑料科技，2001，144(4)：25-27；Zhao K M et al.Polymers for AdvancedTechnologies，2012，23(5)：894-900)采用含卤膦酯类阻燃剂作为阻燃剂，改善硬质聚氨酯泡沫材料的阻燃性能，使聚氨酯泡沫材料的氧指数由18提高到27。虽然含卤膦酯类阻燃剂与多元醇等原料有良好的相容性，但聚氨酯泡沫材料燃烧时，阻燃剂降解时生成大量的有毒烟雾和刺激性气体，随着人们环保意识的增强和相关法律法规的实施，此类含卤阻燃剂将被逐步禁用。也有文献报道(Modesti M，et al，Polymer Degradation and Stability，2002，78(1)：167-173)采用聚异氰脲酸酯改性聚氨酯，同时加入含卤阻燃剂来提高硬质聚氨酯泡沫材料的阻燃性能，使聚氨酯泡沫材料的极限氧指数达到29。

近年来膨胀型阻燃剂得到了迅速发展，当样品受热时，膨胀型阻燃剂产生体积膨胀，隔绝了氧气和燃烧物，避免了热量的传递和燃烧物的进一步降解。可膨胀石墨是膨胀阻燃剂中的重要一类，有文献报道了可膨胀石墨可以改善聚氨酯的阻燃性能，Duquesne等(DuquesneS，et al，Polymer Degradation and Stability，2001，74(3)：493-499；Fire and Materials，2003，27(3)：103-117；Journal of Fire Sciences，2000，18(6)：456-482)研究了可膨胀石墨加入到聚氨酯泡沫材料中的阻燃机理，认为可膨胀石墨炭层膨胀的物理特性是提高聚氨酯泡沫材料阻燃性能的重要原因。他们还研究了可膨胀石墨/聚氨酯泡沫的热稳定性，发现加入可膨胀石墨可以提高聚氨酯体系的热稳定性。李忠明等(Li ZM.et al，Journal ofApplied Polymer Science；Journal ofApplied Polymer Science，2008，110(6)：3871-3879；Polymer International，2006，55(8)：862-871)研究了可膨胀石墨对硬质聚氨酯泡沫材料阻燃性能的影响，发现可膨胀石墨可以有效提高硬质聚氨酯泡沫材料阻燃性能，当可膨胀石墨的含量为25wt％时，聚氨酯泡沫材料的极限氧指数达到39.5，他们还发现随着可膨胀石墨粒径的增加，膨胀倍率的提高，复合材料的阻燃性能可进一步提高。