[发明专利]一种阻燃硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于阻化材料制备领域，具体涉及一种阻燃硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法和应用。所述材料包括混合物A与混合物B，所述混合物A包括以下重量份的组份：多元醇77.47‑100份，次膦酸乙二醇酯0‑22.53份，胺类催化剂1份，有机锡类催化剂0.5份，水2份，泡沫稳定剂2份，三乙醇胺3份；所述混合物B包括以下重量份的组份：异氰酸酯149‑152份，可膨胀石墨0‑20.25份，磷酸盐0‑20.25份，粉煤灰0‑7.5份。本发明所得的阻燃硬质聚氨酯泡沫材料，集凝聚相阻燃、气相阻燃与膨胀石墨物理阻燃效果为一体，并且添加了具有协同阻燃效应与优异粘合性能的粉煤灰，使硬质聚氨酯泡沫材料具有优秀的阻燃性能，不仅能够作为防治煤炭自燃用阻化材料，还可以作为密封材料与保温材料。

技术领域

本发明属于阻化材料制备领域，具体涉及一种阻燃硬质聚氨酯泡沫材料及其制备方法和应用。

背景技术

我国是能源消耗大国，且煤炭的产量和消费量位居世界前列。但在煤层开采的过程中，大量煤炭存在自燃问题。另外，煤炭在储存与运输等过程中也可能发生自燃现象，从而引发火灾事故，造成严重的人员伤亡与巨大的经济损失。煤炭在燃烧过程中也会产生一氧化碳与二氧化硫等气体，对环境产生一定的污染。总之，煤的自燃现象限制了煤炭的安全开采，运输与存储。因此，防治煤炭自燃势在必行。

针对煤自燃的问题，我国已经研发出阻化、惰化、降温等防治煤炭自燃的灭火技术，其中应用最广泛的就是阻化防灭火技术。阻化防灭火技术主要使用的是阻化剂，阻化剂又分为吸热降温类阻化剂、隔氧类阻化剂、改变煤体化学结构阻化剂、复合阻化剂等几种类别，但是每种阻化剂都有一定的优缺点。吸热降温类阻化剂主要包括吸水性盐类阻化剂与铵盐类阻化剂，具有蒸发吸收降温，堵漏风等优点，但其不能均匀或者充分地分布在煤层表面，且在高温下易分解，并且产生有毒气体，危害人体的健康；隔氧类阻化剂主要包括碱性阻化剂、胶体阻化剂和高聚物阻化剂等，具有分散性好，高温下不易分解等优异特性，但是一些隔氧类阻化剂具有腐蚀性较强，粘合力较弱等缺点，使防火阻化性能在一定程度上有所降低；改变煤体化学结构阻化剂主要包括抗氧化阻化剂，酸性阻化剂和离子液体阻化剂，具有能从化学本质上预防煤自燃，对烟煤阻化效果极好等优点，但是其只对煤的某些阶段起作用，并且成本也比较高；复合阻化剂主要包括DDS系列复合水溶液，聚乙烯/蒙脱土复合材料等类型的阻化剂，具有无毒，腐蚀性小和高效抑制烟煤的自燃等优点，但是也具有稳定性差等缺点。因此，开发新型的防治煤自燃的阻化剂，提高阻燃材料的阻燃效率迫在眉睫。

硬质聚氨酯泡沫可作为防治煤炭自燃阻化剂用，其具有很好的黏合能力，而且泡沫的细胞都是闭孔结构，密封效果比较好；但是硬质聚氨酯泡沫燃烧时会产生有毒烟雾，会对人体产生一定伤害，并且会对环境产生一定影响。因此，开发新型高效阻燃硬质聚氨酯泡沫材料尤其重要。可膨胀石墨是一种特殊的石墨间层化合物，是一种典型的膨胀型阻燃剂，添加进硬质聚氨酯泡沫中有很好的阻燃效果；磷酸盐是一种新型的高效阻燃剂，主要是通过凝聚相阻燃与气相阻燃发挥作用，添加进高分子材料中可以取得良好的阻燃效果；粉煤灰的主要成分是Al₂O₃、SiO₂等氧化物，具有一定阻燃性能，当其作为阻燃添加剂添加进硬质聚氨酯泡沫时，能与高效阻燃剂起协同作用，并且粉煤灰也能使硬质聚氨酯泡沫泡孔变小，提高其隔氧性能。另外，粉煤灰加入硬质聚氨酯泡沫以后，可以长时间地保持泡沫的稳定性，即使在泡沫破碎以后，具有一定粘度的粉煤灰仍然可以比较均匀地覆盖在煤炭的表面，防止煤炭的氧化，进而抑制煤炭的自燃。

专利CN 109111558 A公开了一种低烟低毒阻燃硬质聚氨酯泡沫材料，由多元醇100份，异氰酸酯140-260份，磷酸酯0-35份，阻燃多元醇0-50份，无机阻燃剂复合物10-45份，发泡剂2-5份，催化剂0 .5-2份，稳泡剂0 .5-5份构成；且磷酸酯和阻燃多元醇的量不同时为0；磷酸酯起到气相阻燃作用；阻燃多元醇为反应型阻燃剂，在起到阻燃作用的同时还能降低磷酸酯和无机阻燃剂的添加量，无机阻燃剂复合物主要起到凝聚相阻燃和抑烟减毒作用，但是由于使用大量含氯阻燃剂，燃烧过程中产生大量氯化氢，不利于环境保护和人员疏散与逃生。此外，由于这种有机阻燃剂价格昂贵，不具有成本优势。