[发明专利]无卤阻燃生物基聚氨酯硬质泡沫塑料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物基高分子树脂领域，特别涉及一种以魔芋飞粉为原料的无卤阻燃生物基聚氨酯硬质泡沫塑料及其制备方法。

背景技术

我国是魔芋生产大国，因其含有葡甘聚糖的优良特性，被广泛应用于医药、食品、化工、建材等领域。目前对魔芋的利用主要集中在精粉方面，而飞粉的利用率极低。飞粉中含有涩味物质，适口性很不好，未被食品工业直接利用，极少部分飞粉作为低价饲料或干燥剂出售，大部分被弃掉，这种废弃的粉末状物质既是对资源的浪费也同时对环境造成了污染。因此，利用我国丰富的魔芋飞粉资源，变废为宝，具有重要的现实意义。魔芋飞粉中含蛋白质22.40％，碳水化合物40.91％，纤维2.40％，具体成分见表1。

表1 魔芋飞粉的一般成分

国内市场对魔芋的需求量逐年增大，魔芋加工所产生的飞粉量也随之增大，开发利用这些下脚料已成为许多企业的当务之急。在发展魔芋产业的同时，如果能将魔芋飞粉转化为生物基高分子材料，开发出具有高附加值的产品，替代石油化工产品，应用于各个行业，必将产生巨大的社会经济效益。

聚氨酯(PU)泡沫塑料具有密度低，绝缘性好，压缩强度高及耐化学腐蚀性突出的特点，在隔热材料、包装材料、建筑材料等方面都得到了广泛的应用。但由于PU泡沫材料具有多孔性且密度低，在结构上具有可燃的碳氢链段，遇火时容易燃烧且难自熄，燃烧时会产生大量的烟尘及HCN和CO等有毒气体，给灭火带来困难的同时还会危害到人体健康及环境安全。随着人们环保意识和安全意识的提升，以及国家相关法律法规的日益完善，无卤阻燃聚氨酯将会越来越被重视。

石墨烯拥有巨大的比表面积和片层阻隔作用，其在阻燃聚合物中的潜在应用正得到越来越多的关注。作为一种新型的“绿色环保”阻燃材料，与传统填充聚合物相比，具有阻燃效能高、环保低毒、综合性能优异等优点。杨桂生(CN201310000948.2)等人制备了一种氧化石墨烯接枝改性三聚氰胺焦磷酸盐阻燃剂，具有高效的阻燃效果，热稳定性高。钱晓东等(CN201310008589.5)将含DOPO和层离石墨烯的纳米复合阻燃剂应用于环氧树脂、聚碳酸酯等聚合物基体中时，能够显著提高聚合物材料的阻燃性能。杨桂生等人(CN103923348A)将氨基化石墨烯、羧基化石墨烯加入到阻燃材料中作为抗滴落剂，其效果明显优于聚四氟乙烯型抗滴落剂。王书渠等人(CN201410649883.9)利用水滑石和石墨烯两者协同阻燃作用可以显著提高高分子材料的阻燃效果。但现有文献的改性石墨烯材料都无法同时解决聚氨酯硬质泡沫塑料的料阻燃性、热稳定性和力学性能。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种魔芋飞粉为原料的无卤阻燃生物基聚氨酯硬质泡沫塑料。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供上述无卤阻燃生物基聚氨酯硬质泡沫塑料的制备方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明设计了如下的技术方案：

一种无卤阻燃生物基聚氨酯硬质泡沫塑料，由以下组分制备而成：

魔芋飞粉多元醇：100重量份；

含P-N超支化有机硅改性石墨烯：1～6重量份；

多异氰酸酯：100～180重量份；

水：5～30重量份；

泡沫稳定剂：1～5重量份；

胺类催化剂：0.1～3重量份；

锡类催化剂：0.1～3重量份。

进一步地，所述的魔芋飞粉多元醇按如下方法制备而得：将魔芋飞粉、有机混合溶剂加入装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，在90～180℃下搅拌0～30min后，加入催化剂浓硫酸，继续在90～180℃下搅拌反应30～120min，反应结束后冷却，调节pH值至中性，即得到魔芋飞粉多元醇。所述有机混合溶剂为PEG400和丙三醇，有机混合溶剂中，丙三醇的含量为4～10％，且有机混合溶剂与魔芋飞粉的重量比为100：(20～50)，浓硫酸的用量为魔芋飞粉重量的0.1％～1％。