[发明专利]一种改性石墨阻燃剂及利用该阻燃剂制备全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法

说明书

本发明涉及聚氨酯泡沫技术领域，具体地说是一种改性石墨阻燃剂及利用该阻燃剂制备全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法，其特征在于该改性石墨阻燃剂由改性可膨胀石墨和分散悬浮剂组成，改性可膨胀石墨为在可膨胀石墨表面吸附一层或多层具有特殊官能团的高分子表面改性剂，该全水发泡聚氨酯泡沫由聚醚多元醇、聚酯多元醇、催化剂、硅油、改性石墨阻燃剂、协效阻燃剂、发泡剂、稳定剂和聚合异氰酸酯组成，通过如下步骤制备：（1）、制备改性可膨胀石墨；（2）、制备可膨胀石墨阻燃剂；（3）、制备全水发泡聚氨酯泡沫，得到全水发泡聚氨酯泡沫，具有阻燃性能好、阻燃效果持久、添加量少、氧指数大幅度提高、热释放速率峰值大幅降低等优点。

技术领域

本发明涉及聚氨酯泡沫技术领域，具体地说是一种配方合理、阻燃性能好、阻燃效果持久、添加量少、氧指数大幅度提高、热释放速率峰值大幅降低的改性石墨阻燃剂及利用该阻燃剂制备全水发泡聚氨酯泡沫及其制备方法。

背景技术

众所周知，聚氨酯泡沫具有密度低，绝缘性好，压缩强度高，机械性能优异以及成型工艺简单等突出的特点，广泛应用于各个领域。制备聚氨酯泡沫传统的发泡剂有氢氯氟烃类发泡剂、以环戊烷为代表的烃类发泡剂，以及水和氢氟烃等。烃类发泡剂自身易燃、易爆，不适宜现场施工。目前常用的氯氟烃发泡剂对臭氧层仍具有一定的破坏作用。发泡剂水的ODP值为零，安全环保。所以采用由水与多异氰酸酯反应而产生的CO₂来实现发泡的水发泡的聚氨酯泡沫的生产显得尤为重要。但是常规的全水发泡聚氨酯泡沫组合料黏度大，流动性差，泡沫存在阻燃性能差、尺寸稳定性差、导热系数较高等缺陷。因此，提高其阻燃性，使其成为综合性能优良的材料具有重要的意义。

近年来，对于聚氨酯泡沫的阻燃改性研究，主要通过使用添加型或反应型阻燃剂来实现阻燃。其中可膨胀石墨（EG）是一种常用于聚氨酯的添加型阻燃剂，EG不含卤素，无毒，燃烧释放烟雾极少，阻燃效率高，当填充EG的聚合物遇到热源时，体积迅速膨胀，在聚合物表面形成物理包覆炭层，隔离热量，保护泡沫基体，由此使聚合物基体具备良好的阻燃性能。但是由于其阻燃效率受粒径大小、密度和添加量的影响，尤其是“爆米花效应”，即松散的“蠕虫”状炭层，在火焰冲击扰动下容易脱落，严重影响着EG阻燃及抑烟作用的发挥。 此外，膨胀石墨在组合料中存在与聚合物相容性差、分散不均匀、易团聚、易沉淀和搅拌困难等问题，导致石墨在泡沫中分布不均匀。磷系阻燃剂具有含磷量大、热稳定性好、分散性好、毒性低等优点，可以捕获燃烧所产生的可燃自由基使燃烧链式反应中断，发挥优异的气相阻燃作用，并且能够促使聚合物初期分解时的脱水和碳化，提高聚合物的成炭率，具有良好的阻燃性。且与EG复配使用阻燃聚氨酯可有效缓解“爆米花效应”。 同时对EG采用表面改性处理来解决其在聚合物中的分散问题。

中国专利CN105542101A公布了一种可用于聚氨酯泡沫的复配型膨胀阻燃剂，该无卤复配阻燃剂由一种新型磷氮膨胀型多元醇与可膨胀石墨组成，所得的阻燃聚氨酯硬泡具有较好的阻燃性能。尽管添加的新型磷氮膨胀型多元醇具有阻燃性能持久性好、对制品物理机械性能影响较小等优点，但在多元醇中引入阻燃元素的合成工艺比较复杂，成本较高，工业化难度较大。同时，可膨胀石墨由于其石墨层表面的可反应基团较少，与基体材料界面作用力弱，未对其表面进行处理而直接添加，团聚现象严重，不能有效保证膨胀石墨在泡沫材料中的分散均匀度，会严重影响聚氨酯泡沫材料的力学性能。专利CN105713167A公开了一种高阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料及其制备方法，通过改性可膨胀石墨和无卤阻燃剂协同作用，制备的硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能良好，制备方法工艺简单。但对可膨胀石墨的纯度、粒径、膨胀倍率等指标均未提及，而可膨胀石墨在聚氨酯泡沫中的阻燃效果与其粒径、膨胀倍率等有密切的联系。粒径越大，阻燃效果较好，但是却导致泡沫力学性能下降和导热系数增加；粒径较小时，虽对泡沫力学性能和导热系数影响较小，但阻燃效果也显著降低。专利CN108822277A公开了一种以有机硅改性膨胀石墨为阻燃剂的聚氨酯泡沫，主要包括以下成分：聚酯多元醇、1，4-环己烷二异氰酸酯、羟基封端氟硅树脂、辛酸亚锡、三乙烯二胺、表面活性剂、抗氧化剂以及催干剂。得到的制品阻燃效果好，泡沫内部无残留原料，对人体无伤害。但对可膨胀石墨的改性处理主要是通过有机硅表面改性，对可膨胀石墨本身官能团的化学接枝改性未有涉及。