CN102010587A - 一种新型阻燃软质聚氨酯泡沫塑料的制备方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种阻燃软质聚氨酯泡沫塑料的制备方法及其产品。该制备方法是利用一种天然矿物质土凹凸棒土与常规的价廉有机阻燃剂三聚氰胺进行复配，制备过程包括：将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、发泡剂、锡催化剂、凝胶催化剂，以及三聚氰胺、凹凸棒土等混合均匀得到粘稠混合物；在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的混合物中，待发泡完全和固化后，在一定温度下熟化一段时间，得到具有阻燃功能的软质聚氨酯泡沫塑料产品。本发明软质阻燃聚氨酯泡沫塑料制备方法具有工艺简单、生产成本低、不需要特殊设备、工业化实施容易等特点。该阻燃聚氨酯泡沫塑料产品是一种阻燃性能良好的软质泡沫塑料。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃聚氨酯泡沫塑料领域，具体为一种阻燃性良好且生产成本低的软质聚氨酯泡沫塑料的制备方法及其产品。该阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品可应用于建筑、家具等领域。
背景技术
聚氨酯泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一，总产量占聚氨酯材料的60％左右。因其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能，且与多种材料具有很强的粘结力，被广泛应用于各个领域。
根据软硬程度不同，聚氨酯泡沫塑料大致可分为如下几种：聚氨酯软泡、聚氨酯硬泡以及聚氨酯半硬泡，其中聚氨酯软泡即软质聚氨酯泡沫塑料制品由于具有弹性好，比强度高及密度小等其它材料无可比拟的优点，被大量应用于家具、交通运输、地毯底衬及其它领域作垫材。
虽然聚氨酯泡沫塑料在很多领域具有广泛的用途，但是它却有一个非常致命的弱点即易燃且不易自熄。聚氨酯泡沫塑料分子结构中含可燃的碳氢链段、密度小、比表面积大、导热系数低，未经阻燃处理的聚氨酯泡沫塑料是易燃物，其极限氧指数一般低于19，遇火燃烧并产生大量有毒烟雾，给灭火带来困难。特别是软质聚氨酯泡沫塑料，其开孔率较高，可燃成分多，一旦着火，燃烧时由于具有较高的空气流通性、有源源不断的氧气供给，故而易燃且不易自熄，严重地限制了其广泛使用。但是软质聚氨酯泡沫塑料的许多应用领域(如建筑材料、床垫、家具、保温材料、汽车座垫及内饰材料等)都有阻燃性能要求，尤其是近年来，我国对用于建筑、家具、飞机、轮船、列车、汽车、其它重要场所及设施的聚氨酯泡沫材料，先后都提出了阻燃要求。因此，阻燃聚氨酯材料的研究一直是当今聚氨酯材料研究的热点。
目前，提高软质聚氨酯泡沫塑料阻燃性主要有两条途径：一是加入添加型阻燃剂(含氯、溴、磷等元素的化合物)；另一条就是引入反应型阻燃剂，通过其在聚氨酯结构中键入氯、溴、磷、锑等原子，得到结构型阻燃材料。
聚氨酯所用的反应型阻燃剂多为各种液态及固态的含磷、氮或(和)卤素的阻燃多元醇及含磷异氰酸酯等。反应型阻燃剂作为一种反应成分参与反应，在聚氨酯结构中键入氯、溴、磷、锑等原子，使聚氨酯本身含有阻燃成分，具有对材料性能影响小、稳定好等特点。但是，引入反应型阻燃剂具有反应操作繁琐，生产成本高等缺点，目前工业化应用的较少。
加入添加型阻燃剂是提高聚氨酯泡沫塑料阻燃性的较方便和经济的有效方法，是指在制造聚氨酯泡沫塑料时，添加一些和反应物不起反应的阻燃剂，该方法也是目前工业上应用的重点。添加型阻燃剂主要分为无机阻燃剂和有机阻燃剂：无机阻燃剂主要是锑、铝、硼、磷化合物；有机阻燃剂主要是磷-卤有机酯(卤代磷酸酯)、卤代脂肪烃、有机磷化合物等。
目前，可用于软质聚氨酯泡沫的阻燃剂通常以有机阻燃剂为主，主要是含磷、氯、溴元素的有机化合物。但是，该类有机阻燃剂阻燃效果有待进一步提高，且价格相对较昂贵，一定程度上限制了软质聚氨酯泡沫的应用。因此，开发阻燃性能良好且生产成本较低的新型软质聚氨酯泡沫是一个全新课题。
发明内容
针对现有的有机阻燃剂阻燃效果有待进一步提高，且价格相对较昂贵的不足，本发明拟解决的技术问题是：设计一种新型阻燃软质聚氨酯泡沫塑料的制备方法及其产品。该产品采用有机阻燃剂与矿物质土凹凸棒土进行复配，具有阻燃效果好、生产工艺简单、生产成本低、不需要特殊设备、工业化实施容易等特点。
本发明解决所述阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制备方法技术问题的技术方案是选用有机阻燃剂与凹凸棒土进行复配。所述的凹凸棒土是一种天然矿物质土，为一种具有链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，典型化学式为Si8Mg6O20(OH)2(OH2)4·4H2O，其结构属2∶1型粘土矿物。在每个2∶1单位结构层中，四面体晶片角顶隔一定距离方向颠倒，形成层链状，在四面体条带间形成与链平行的通道，通道中充填沸石水和结晶水。
本发明所述阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制备方法，包括如下步骤：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯100～110g、泡沫稳定剂(硅油)1～2g、发泡剂(水)3～4g、锡催化剂0.5～1g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.5～1g，以及阻燃剂三聚氰胺5～10g、凹凸棒土5～10g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于40℃～60℃下熟化2～4小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
本发明的有益效果：
本发明解决所述阻燃软质聚氨酯泡沫塑料是利用常规的有机阻燃剂三聚氰胺和凹凸棒土进行协同作用。凹凸棒土中含有沸石水和结晶水，当泡沫塑料燃烧时释放出来的水可以降低泡沫塑料的温度，从而起到一定的阻燃作用；另外，凹凸棒土中含有Mg、Si元素，燃烧时生成的氧化物覆盖在泡沫塑料表面隔绝氧气，从而达到阻燃的目的。
与现有软质聚氨酯泡沫塑料阻燃技术相比，本发明采用常规价廉的有机阻燃剂三聚氰胺和凹凸棒土进行复配，由于凹凸棒土价格低廉，复配后在获得相同极限氧指数值的情况下，可以大幅减少有机阻燃剂的用量，因而可大幅降低阻燃成本。
目前，利用凹凸棒土进行塑料阻燃有见报道(CN101735516A)，但有关利用凹凸棒土来协同阻燃软质聚氨酯泡沫塑料的研究尚未见报道。本发明采用凹凸棒土协同阻燃软质聚氨酯泡沫塑料，对软质聚氨酯泡沫塑料的发泡、泡沫塑料的结构以及性能邓影响不大，适于工业化应用。
本发明阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制备方法简单、生产成本低、不需要特殊设备、工业化实施容易，且采用水作发泡剂，不会产生污染。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例1：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯100g、泡沫稳定剂1g、发泡剂3g、锡催化剂0.5g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.5g，以及阻燃剂三聚氰胺5g、凹凸棒土5g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于40℃下熟化2小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例2：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯100g、泡沫稳定剂1g、发泡剂4g、锡催化剂0.5g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.5g，以及阻燃剂三聚氰胺10g、凹凸棒土5g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于60℃下熟化2小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例3：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯100g、泡沫稳定剂2g、发泡剂4g、锡催化剂0.5g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.5g，以及阻燃剂三聚氰胺10g、凹凸棒土10g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于50℃下熟化3小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例4：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯110g、泡沫稳定剂2g、发泡剂4g、锡催化剂1g、凝胶催化剂三亚乙基二胺1g，以及阻燃剂三聚氰胺10g、凹凸棒土5g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于40℃下熟化4小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例5：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯110g、泡沫稳定剂2g、发泡剂3.5g、锡催化剂1g、凝胶催化剂三亚乙基二胺1g，以及阻燃剂三聚氰胺8g、凹凸棒土10g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于50℃下熟化3小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例6：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯110g、泡沫稳定剂2g、发泡剂4g、锡催化剂0.5g、凝胶催化剂三亚乙基二胺1g，以及阻燃剂三聚氰胺8g、凹凸棒土10g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于60℃下熟化2小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例7：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯105g、泡沫稳定剂1.5g、发泡剂3.5g、锡催化剂1g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.5g，以及阻燃剂三聚氰胺5g、凹凸棒土8g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于45℃下熟化3.5小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例8：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯102g、泡沫稳定剂1.8g、发泡剂4g、锡催化剂0.75g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.8g，以及阻燃剂三聚氰胺10g、凹凸棒土5g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于60℃下熟化4小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例9：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯100g、泡沫稳定剂2g、发泡剂3.8g、锡催化剂0.8g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.8g，以及阻燃剂三聚氰胺10g、凹凸棒土10g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于60℃下熟化4小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
实施例10：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯110g、泡沫稳定剂2g、发泡剂4g、锡催化剂0.9g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.6g，以及阻燃剂三聚氰胺9g、凹凸棒土9g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物。
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于50℃下熟化3.5小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
Claims (4)
1.一种阻燃性良好且生产成本低的软质聚氨酯泡沫塑料的制备方法及其产品，其特征在于所述阻燃软质聚氨酯泡沫塑料是利用一种天然矿物质土凹凸棒土与常规的价廉有机阻燃剂三聚氰胺进行复配，其制备过程包括：
(1)称取聚醚多元醇100g、异氰酸酯100～110g、泡沫稳定剂(硅油)1～2g、发泡剂(水)3～4g、锡催化剂0.5～1g、凝胶催化剂三亚乙基二胺0.5～1g，以及阻燃剂三聚氰胺5～10g、凹凸棒土5～10g。采用一步发泡工艺，依次将聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、水和阻燃剂依次加入烧杯中，高速电动搅拌下使其搅拌均匀得到粘稠混合物；
(2)在搅拌状态下，将异氰酸酯快速加入粘稠的聚醚多元醇混合物中，同时快速搅拌。当反应物颜色开始呈现乳白色之前，将其倒入预先准备好的模具中。待发泡完全和固化后，将充有泡沫塑料的模具放入烘箱内，于40℃～60℃下熟化2～4小时，最后取出模具脱模得到阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制品。
2.根据权利要求1所述的阻燃软质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，及其特征在于利用矿物质土凹凸棒土与常规的价廉有机阻燃剂三聚氰胺进行复配作为阻燃剂，阻燃剂三聚氰胺5～10g，凸棒土5～10g。
3.根据权利要求1所述的阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制备方法，其特征在于所述的阻燃软质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能良好、成本较低。
4.根据权利要求1所述的阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制备方法，其特征在于所述的阻燃软质聚氨酯泡沫塑料根据权利要求1所述的阻燃软质聚氨酯泡沫塑料制备方法，其特征在于所述的阻燃软质聚氨酯泡沫塑料可应用于建筑、家具等领域。
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