CN104877102A - 一种阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材 - Google Patents

一种阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，包含A、B两组份，A组份由阻燃聚醚或阻燃聚酯多元醇、胺醚多元醇、普通聚醚多元醇、匀泡剂、催化剂、反应型阻燃剂、改性可膨胀石墨和发泡剂按照一定比例混合而成，所述B组份为异氰酸酯。将A组分与B组份混合，经模压成型制得阻燃保温板材。所制备的阻燃保温板材阻燃测试数据超过GB8624-2012B1级阻燃标准，氧指数高达48.9，导热系数为0.02W/m.k左右，拥有极佳的抗压强度和抗弯折强度。适宜应用于建筑墙体、冷库、冰箱、太阳能热水器等阻燃保温领域。

Description

一种阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材
技术领域
本发明涉及建筑墙体、冷库、冰箱、太阳能热水器阻燃保温领域，具体地说是一种不含添加型阻燃剂的阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材。
背景技术
国家对建筑节能非常重视，保温隔热材料是建筑节能的关键。当前占据建筑保温市场最大比例的三大保温板材是苯板，挤塑板和聚氨酯硬质泡沫板材。聚氨酯硬质泡沫板材相比苯板和挤塑板在阻燃和保温性能方面有很大的优势。随着国家消防部门对阻燃的重视，保温材料的阻燃性能要求也随之提高。为了达到GB 8624-2012阻燃B1级标准，目前的保温板材都需要采用阻燃添加剂。不论是有机阻燃添加剂还是无机阻燃添加剂，过量添加都会对保温材料的理化性能造成破坏。例如聚氨酯硬质泡沫保温材料，为了达到阻燃B1级标准，在组合聚醚多元醇中加入大量TCPP,DMMP等含氯含磷有机阻燃剂,造成液体组合聚醚多元醇易发生副反应存储期短。例如公开号为CN104592481A的中国专利，即是使用DMMP和TCPP做阻燃剂以提高聚氨酯硬质泡沫的阻燃性能。此类有机阻燃剂不参与聚氨酯硬质泡沫成型反应，而只作为添加剂存在在聚氨酯硬质泡沫体相中，随着时间的推移，阻燃剂小分子游离出来，造成了阻燃指标的降低。另外，保温材料生产、施工过程中，大量有机阻燃添加剂的存在会使施工环境恶劣，造成环境污染。无机阻燃剂也经常被应用在保温板材的生产中，比如氢氧化镁，氢氧化铝等，此类阻燃添加剂过量添加也会使保温材料力学性能和保温性能下降。
阻燃剂按照是否参与材料成型反应可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。反应型阻燃剂是一种可以参与材料成型反应的阻燃剂。在高分子聚合反应过程中加入到反应体系，通过化学键合成为聚合物的一部分，阻燃元素在制品的使用和存放过程中不会迁移或挥发。故对泡沫制品的综合性能影响小且阻燃性能持久。反应型阻燃剂分子结构中常含有的阻燃元素有P，N，Br, Cl等。可膨胀石墨作为一种环保型阻燃剂，有着非常广阔的应用前景。可膨胀石墨在制备过程中表面含有羟基羧基等官能团，与聚氨酯硬质泡沫复合过程中，羟基羧基官能团能参与异氰酸酯反应，通过化学键结合使可膨胀石墨均匀分布于聚氨酯硬质泡沫体相中。可膨胀石墨可以与含磷，溴，氯等阻燃剂形成协同效应，使阻燃性能进一步提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种组成合理，通过采用反应型阻燃剂和可膨胀石墨协同复配，完全取代添加型阻燃剂，阻燃性能稳定，阻燃效果好的阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，包含A、B两组份，所述B组份为异氰酸酯，其特征在于：所述A组份由下列重量份的原料组成：
阻燃聚醚或阻燃聚酯多元醇                  5~25%
胺醚多元醇                                      5~12%
普通聚醚或聚酯多元醇                        12~35%
匀泡剂                                              1.5~2%
TEDA液体催化剂                                0.5%
三聚催化剂                                       2.5~3 %
反应型阻燃剂                                    5~25%
发泡剂                                             20~25%
改性可膨胀石墨                                 5~15%
所述A组分与所述B组分按1:1.1当量比混合，经模压成型制得阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材。
进一步，所述改性可膨胀石墨表面含有羟基和羧基反应官能团，改性可膨胀石墨目数为35-150目，膨胀倍率为200-450倍。
进一步，所述阻燃聚醚多元醇是以溴代物为起始剂的聚醚多元醇，其官能度为2，羟值为190mgKOH/g。阻燃聚酯多元醇是由含卤多元醇和磷酰氯通过缩聚反应形成，阻燃聚酯多元醇的羟值为240 mgKOH/g。
进一步，所述匀泡剂为硅油。
进一步，所述三聚催化剂PT301购自美国气体公司。
进一步，所述反应型阻燃剂主要含磷、氯、溴元素，粘度900-1100(ps.25℃),羟值46 mgKOH/g，酸值＜0.2 mgKOH/g。
进一步，所述发泡剂为一氟二氯乙烷HCFC-141b。
本发明上述不含添加型阻燃剂的阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其制备过程包括如下步骤：
（1）配制A组份  取5~25份阻燃聚醚或阻燃聚酯多元醇、5~12份胺醚多元醇 、12~35份普通聚醚或聚酯多元醇装入反应釜中，开动搅拌；取1.5~2份匀泡剂、0.5份TEDA液体催化剂、2.5~3份三聚催化剂、5~15份的可膨胀石墨、5~25份反应型阻燃剂、20~25份发泡剂加入到反应釜中，在常温下搅拌10~20分钟，得到组合聚醚多元醇A组份（共计100份）；
（2）根据反应当量换算，将以上所述A组分与B组分按1:1.1当量比混合搅拌，待液体泡沫乳白之后迅速注入模具，等到聚氨酯硬质泡沫胀定之后开模，即制得聚氨酯硬质泡沫保温板材。
本发明采用上述技术方案，采用反应型阻燃剂与可参与聚氨酯硬质泡沫成型反应的改性可膨胀石墨复配，完全取缔了添加型阻燃剂的使用。可膨胀石墨与反应型阻燃剂中的P、Cl、Br阻燃元素产生协同作用，阻燃效果提高明显。
本发明的优点是：（1）完全取缔了添加型阻燃剂的使用，阻燃元素链接在聚氨酯硬质泡沫分子骨架上，不会随着时间推移降低阻燃性能；（2）避免了添加型有机阻燃剂对组合聚醚多元醇造成的副反应，从而使组合聚醚多元醇储存期变长；（3）不含添加型阻燃剂，避免了保温材料施工和使用中迁移和挥发造成环境污染；（4）采用改性可膨胀石墨与含磷、溴、氯元素反应型阻燃剂复配，产生协同效应，降低了总体阻燃剂的用量，氧指数提升明显，同时燃烧中的烟密度和烟毒性降低。所制备的阻燃保温板材阻燃测试数据超过GB8624-2012B1级阻燃标准，氧指数高达48.9，导热系数为0.02W/m.k左右，拥有极佳的抗压强度和抗弯折强度。适宜应用于建筑墙体、冷库、冰箱、太阳能热水器等阻燃保温领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：一种不含添加型阻燃剂的阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，包含A、B两组份，所述B组份为异氰酸酯。所述A组份由下列重量份的原料组成：
阻燃聚醚多元醇                           15%
胺醚多元醇                                  5%
普通聚醚多元醇                          20%
硅油                                            2%
TEDA液体催化剂                           0.5%
三聚催化剂 PT301                          2.5 %
反应型阻燃剂                                15%
发泡剂HCFC-141b                          25%
改性可膨胀石墨                             15%
所述A组份中改性可膨胀石墨表面含有羟基和羧基反应官能团。作为优选的技术方案，改性可膨胀石墨目数为35-150目，膨胀倍率为200-450倍。
所述阻燃聚醚多元醇是以溴代物为起始剂的聚醚多元醇，其官能度为2，羟值为190mgKOH/g。
所述反应型阻燃剂主要含磷、氯、溴元素，粘度900-1100(ps.25℃),羟值46 mgKOH/g，酸值＜0.2 mgKOH/g。
本发明上述不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材，其制备过程包括如下步骤：
（1）配制A组份  取15份阻燃聚醚多元醇、5份胺醚多元醇 、20份普通聚醚多元醇装入反应釜中，开动搅拌；取2份硅油、0.5份TEDA液体催化剂、2.5份三聚催化剂PT301、15份的改性可膨胀石墨、15份反应型阻燃剂、25份发泡剂HCFC-141b加入到反应釜中，在常温下搅拌10~20分钟，得到组合聚醚多元醇A组份（共计100份）；
（2）根据反应当量换算，将以上所述A组分与B组分按1:1.1当量比混合搅拌，待液体泡沫乳白之后迅速注入模具，等到聚氨酯硬质泡沫胀定之后开模，即制得聚氨酯硬质泡沫保温板材。
本发明采用上述技术方案，采用反应型阻燃剂与可参与聚氨酯硬质泡沫成型反应的改性可膨胀石墨复配，完全取缔了添加型阻燃剂的使用。可膨胀石墨与反应型阻燃剂中的P、Cl、Br阻燃元素产生协同作用，阻燃效果提高明显。所制备的阻燃保温板材阻燃测试数据超过GB8624-2012B1级阻燃标准，氧指数高达48.9，导热系数为0.02W/m.k左右，拥有极佳的抗压强度和抗弯折强度。适宜应用于建筑墙体、冷库、冰箱、太阳能热水器等阻燃保温领域。
实施例2：一种不含添加型阻燃剂的阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，包含A、B两组份，所述B组份为异氰酸酯，所述A组份由下列重量份的原料组成：
阻燃聚酯多元醇                            10% 
胺醚多元醇                                  10%
普通聚酯多元醇                            35%
硅油                                           2%
TEDA液体催化剂                         0.5%
三聚催化剂PT301                         2.5 %
反应型阻燃剂                               10%
发泡剂HCFC-141b                       20%
改性可膨胀石墨                            10%
所述改性可膨胀石墨表面含有羟基和羧基反应官能团。作为优选的技术方案，改性可膨胀石墨目数为35-150目，膨胀倍率为200-450倍。
所述阻燃聚酯多元醇是由含卤多元醇和磷酰氯通过缩聚反应形成，阻燃聚酯多元醇的羟值为240 mgKOH/g。
所述反应型阻燃剂主要含磷、氯、溴元素，粘度900-1100(ps.25℃),羟值46 mgKOH/g，酸值＜0.2 mgKOH/g。
本发明上述不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材，其制备过程包括如下步骤：
（1）配制A组份  取10份阻燃聚酯多元醇、10份胺醚多元醇 、35份普通聚酯多元醇装入反应釜中，开动搅拌；取2份硅油、0.5份TEDA液体催化剂、2.5份三聚催化剂PT301、10份的改性可膨胀石墨、10份反应型阻燃剂、20份发泡剂HCFC-141b加入到反应釜中，在常温下搅拌10~20分钟，得到组合聚醚多元醇A组份（共计100份）；
（2）根据反应当量换算，将以上所述A组分与B组分按1:1.1当量比混合搅拌，待液体泡沫乳白之后迅速注入模具，等到聚氨酯硬质泡沫胀定之后开模，即制得聚氨酯硬质泡沫保温板材。
实施例3：一种不含添加型阻燃剂的阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，包含A、B两组份，所述B组份为异氰酸酯，所述A组份由下列重量份的原料组成：
阻燃聚醚多元醇                            18%
胺醚多元醇                                  12%
普通聚酯多元醇                            30%
硅油                                           2%
TEDA液体催化剂                          0.5%
三聚催化剂PT301                          2.5 %
反应型阻燃剂                                5%
发泡剂HCFC-141b                         25%
改性可膨胀石墨                             5%
所述改性可膨胀石墨表面含有羟基和羧基反应官能团。作为优选的技术方案，改性可膨胀石墨目数为35-150目，膨胀倍率为200-450倍。
所述阻燃聚醚多元醇是以溴代物为起始剂的聚醚多元醇，其官能度为2，羟值为190mgKOH/g。
所述反应型阻燃剂主要含磷、氯、溴元素，粘度900-1100(ps.25℃),羟值46 mgKOH/g，酸值＜0.2 mgKOH/g。
本发明上述不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材，其制备过程包括如下步骤：
（1）配制A组份  取18份阻燃聚醚多元醇、12份胺醚多元醇 、30份普通聚酯多元醇装入反应釜中，开动搅拌；取2份硅油、0.5份TEDA液体催化剂、2.5份三聚催化剂PT301、5份的改性可膨胀石墨、5份反应型阻燃剂、25份发泡剂HCFC-141b加入到反应釜中，在常温下搅拌10~20分钟，得到组合聚醚多元醇A组份（共计100份）；
（2）根据反应当量换算，将以上所述A组分与B组分按1:1.1当量比混合搅拌，待液体泡沫乳白之后迅速注入模具，等到聚氨酯硬质泡沫胀定之后开模，即制得聚氨酯硬质泡沫保温板材。
实施例4：一种不含添加型阻燃剂的阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，包含A、B两组份，所述B组份为异氰酸酯，所述A组份由下列重量份的原料组成：
阻燃聚酯多元醇                            5%
胺醚多元醇                                  10%
普通聚醚多元醇                            25%
硅油                                           2%
TEDA液体催化剂                          0.5%
三聚催化剂PT301                          2.5 %
反应型阻燃剂                               25%
发泡剂HCFC-141b                        20%
改性可膨胀石墨                             10%
所述改性可膨胀石墨表面含有羟基和羧基反应官能团。作为优选的技术方案，改性可膨胀石墨目数为35-150目，膨胀倍率为200-450倍。
所述阻燃聚酯多元醇是由含卤多元醇和磷酰氯通过缩聚反应形成，阻燃聚酯多元醇的羟值为240 mgKOH/g。
所述反应型阻燃剂主要含磷、氯、溴元素，粘度900-1100(ps.25℃),羟值46 mgKOH/g，酸值＜0.2 mgKOH/g。
本发明上述不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材，其制备过程包括如下步骤：
（1）配制A组份  取5份阻燃聚酯多元醇、10份胺醚多元醇 、25份普通聚醚多元醇装入反应釜中，开动搅拌；取2份硅油、0.5份TEDA液体催化剂、2.5份三聚催化剂PT301、10份的改性可膨胀石墨、25份反应型阻燃剂、20份发泡剂HCFC-141b加入到反应釜中，在常温下搅拌10~20分钟，得到组合聚醚多元醇A组份（共计100份）；
（2）根据反应当量换算，将以上所述A组分与B组分按1:1.1当量比混合搅拌，待液体泡沫乳白之后迅速注入模具，等到聚氨酯硬质泡沫胀定之后开模，即制得聚氨酯硬质泡沫保温板材。
实施例5：一种不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材，包含A、B两组份，所述B组份为异氰酸酯，所述A组份由下列重量份的原料组成：
阻燃聚醚多元醇                            25%
胺醚多元醇                                  5%
普通聚醚多元醇                            12% 
硅油                                           2%
TEDA液体催化剂                           0.5%
三聚催化剂PT301                          2.5 %
反应型阻燃剂                               18%
发泡剂HCFC-141b                         25%
改性可膨胀石墨                            10%
所述改性可膨胀石墨表面含有羟基和羧基反应官能团。作为优选的技术方案，改性可膨胀石墨目数为35-150目，膨胀倍率为200-450倍。
所述阻燃聚醚多元醇是以溴代物为起始剂的聚醚多元醇，其官能度为2，羟值为190mgKOH/g。
所述反应型阻燃剂主要含磷、氯、溴元素，粘度900-1100(ps.25℃),羟值46 mgKOH/g，酸值＜0.2 mgKOH/g。
本发明上述不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材，其制备过程包括如下步骤：
（1）配制A组份  取25份阻燃聚醚多元醇、5份胺醚多元醇 、12份普通聚醚多元醇装入反应釜中，开动搅拌；取2份硅油、0.5份TEDA液体催化剂、2.5份三聚催化剂PT301、10份的改性可膨胀石墨、18份反应型阻燃剂、25份发泡剂HCFC-141b加入到反应釜中，在常温下搅拌10~20分钟，得到组合聚醚多元醇A组份（共计100份）；
（2）根据反应当量换算，将以上所述A组分与B组分按1:1.1当量比混合搅拌，待液体泡沫乳白之后迅速注入模具，等到聚氨酯硬质泡沫胀定之后开模，即制得聚氨酯硬质泡沫保温板材。
本发明上述各实施例制备的聚氨酯硬质泡沫保温板材检测性能结果见表1。
表1
由表1可以看出：
此不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材保持了良好的力学性能和较低的导热系数的同时，阻燃性能非常优秀，氧指数超过聚氨酯硬质泡沫极限氧指数一倍以上。此聚氨酯硬质泡沫保温板材性能达到国标JC/T998-2006的标准要求。
本发明上述各实施例制备的聚氨酯硬质泡沫保温板材的阻燃测试结果见表2。
表2
由表2可以看出：
此不含添加型阻燃剂的阻燃保温板材具有非常高的氧指数，起到避免火焰形成的预防效果。而一旦火焰形成，燃烧过程中，燃烧增长速率和总热释放量均很低，证明火焰蔓延速度慢，便于控制火灾避免人员伤亡。以上阻燃测试数据均超过GB8624-2012标准B1级指标。

Claims (8)

1.一种阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，包含A、B两组份，所述B组份为异氰酸酯，其特征在于：所述A组份由下列重量份的原料组成：
阻燃聚醚或阻燃聚酯多元醇                  5~25%
胺醚多元醇                                      5~12%
普通聚醚或聚酯多元醇                       12~35% 
匀泡剂                                            1.5~2%
TEDA液体催化剂                              0.5%
三聚催化剂                                      2.5~3 %
反应型阻燃剂                                    5~25%
发泡剂                                              20~25%
改性可膨胀石墨                                 5~15%
所述A组分与所述B组分按1:1.1当量比混合，经模压成型制得阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材。
2.根据权利要求1所述阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其特征在于：所述改性可膨胀石墨表面含有羟基和羧基反应官能团，改性可膨胀石墨目数为35-150目，膨胀倍率为200-450倍。
3.根据权利要求1所述阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其特征在于：所述阻燃聚醚多元醇是以溴代物为起始剂的聚醚多元醇，其官能度为2，羟值为190mgKOH/g。
4.根据权利要求1所述阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其特征在于：所述阻燃聚酯多元醇是由含卤多元醇和磷酰氯通过缩聚反应形成，阻燃聚酯多元醇的羟值为240 mgKOH/g。
5.根据权利要求1所述阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其特征在于：所述匀泡剂为硅油。
6.根据权利要求1所述阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其特征在于：所述三聚催化剂PT301购自美国气体公司。
7.根据权利要求1所述阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其特征在于：所述反应型阻燃剂含磷、氯、溴元素，粘度900-1100(ps.25℃),羟值46 mgKOH/g，酸值＜0.2 mgKOH/g。
8.根据权利要求1所述阻燃聚氨酯硬质泡沫保温板材，其特征在于：所述发泡剂为一氟二氯乙烷HCFC-141b。
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