一种低密度低烟毒性高阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度低烟低毒性高阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法。采用环保型发泡剂，配以硼酸类聚醚多元醇、含氮聚酯多元醇、特种催化剂、泡沫稳定剂、添加型阻燃剂及其特殊助剂等制备成组合聚醚，并与多异氰酸酯反应生成高阻燃保温材料。使用本发明专利技术中制得的聚氨酯硬质泡沫具有环保、超低密度、低烟低毒、阻燃持久等特点，有效解决了聚氨酯泡沫成本高，泡沫阻燃耐久性差，泡沫长期尺寸稳定性差的问题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种低密度低烟毒性高阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法


[0001]本专利技术属于聚氨酯领域，具体涉及一种低密度低烟毒性高阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯(PU)硬泡在建筑保温的应用于20世纪40年代起源于欧洲。首先在德国、瑞典开始应用，用来修补二战后建筑房屋的裂缝。人们发现聚氨酯材料在有效遮蔽裂缝的同时又具有良好的保温隔热性能，降低了能耗。英美等国在20世纪60年代以喷涂、外贴保温方式开始应用于外墙外保温。在1973年能源危机后，欧美聚氨酯保温材料每年以15％的速度增长，建筑保温是PU硬泡的最重要应用领域之一。世界上很多国家对建筑能量消耗都有明确的规定，这促进了硬泡在房屋建筑中的应用，美国建筑用聚氨酯泡沫塑料消耗量占建筑泡沫市场约70％的比例，我国目前用于建筑节能的聚氨酯泡沫比例远远低于欧美市场，发展空间巨大。
[0003]国内目前工业维护保温系统中保温层采用EPS(膨胀聚苯乙烯泡沫)、XPS(挤塑聚苯乙烯)、玻璃棉、岩棉等，厚度40
‑
60mm时仅能满足节能50％的要求，随着工业建筑节能标准的提高，聚氨酯以其优异的保温及防水性能将在工业维护结构领域得到更过的市场应用。集成房屋在中国的市场前景巨大，聚氨酯由于其为热固性材料，保温隔热效果好，可有效增加房屋使用面积，尤其在边疆、高寒等对保温性能要求高的区域，聚氨酯板材具有非常大的优势。但聚氨酯材料也存在一些问题，制约了其在国内建筑市场的大范围使用：
[0004]1.成本高：在市场常用保温材料中聚氨酯板价格高，推广较困难。
[0005]2.阻燃持久性：有机保温材料普遍存在阻燃持久性差的问题，导致在实际应用过程中达不到防火设计要求。且添加型阻燃剂使用时间久了，容易从基体中迁移出来，降低阻燃性能。对于高端的阻燃聚氨酯材料来说，单纯依靠添加阻燃剂的方法，阻燃性能很难达到最佳。
[0006]3.烟毒性大：聚氨酯泡沫燃烧过程中会产生一定量的有毒烟气，如：HCN、HCL、CO等。同时新型无卤型添加阻燃剂使用量很大，除了成本高，也会带来火焰明亮，发烟量大的问题。
[0007]4.聚氨酯板材长期稳定性差:聚氨酯硬泡作为保温材料多数情况下是与基材复合成夹芯板，所以只关注聚氨酯材料本身的长期尺寸稳定是不够的，还需重点关注聚氨酯材料和基材的粘接问题。市场上常发现板材与基材粘接不佳导致的板子脱粘及鼓包问题。
[0008]针对聚氨酯泡沫存在的问题，人们也做了些研究，已公开的B1级阻燃聚氨酯泡沫技术，如专利CN104628979A采用一种新型具有苯酰亚胺杂环结构的耐高温刚性基团的聚酯多元醇及阻燃聚醚多元醇为主要原料，配以相应的阻燃硅油，特定结构的催化剂，液体阻燃剂及发泡剂等制备成组合多元醇，与多异氰酸酯反应生成高指数的聚异氰脲酸酯(PIR)泡沫。这种方法虽然能使聚氨酯泡沫达到B1级高阻燃水平，但此专利技术中使用的发泡剂为一氟二氯乙烷和/或1,1,1,3,3
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五氟丙烷，一氟二氯乙烷因为环保问题将在2030年国家全面禁
用，1,1,1,3,3
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五氟丙烷(245fa)因为价格高，沸点低，生产上很难操控，使用受到限制，也没有有效解决聚氨酯泡沫价格高以及毒性大的问题。
[0009]专利CN104151517A通过引入微细粒的复合无机阻燃剂和微米级的有机改性粘土代替有机阻燃剂来达到泡沫燃烧毒性低、阻燃效果持久的目的，同时通过异氰酸酯改性来提升泡沫材料良好的阻燃和耐热性能。此专利技术虽解决了聚氨酯阻燃持久性问题，但无机阻燃剂的使用(10份及以上)会导致组合聚醚储存稳定性变差且液体粘度提升，泡沫流动性，导热性变差，很难实现大规模使用。
[0010]CN107955124A公开了一种含硼氮多元环的聚醚多元醇制得的高强度阻燃聚氨酯硬质泡沫剂制备方法。本专利技术制备出的聚氨酯硬质泡沫具有较高的力学性能和阻燃性能。但泡沫密度为42.5
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45kg/m3，成品价格高，市场无竞争力，且氧指数在27.5
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30.0％,无法满足国内B1级高阻燃需求。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于解决现有高阻燃聚氨酯泡沫材料存在的不足，提供一种低密度、低烟低毒、阻燃持久、泡沫性能优异且环保的高阻燃聚氨酯硬质泡沫。
[0012]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：
[0013]一种低密度低烟低毒型高阻燃聚氨酯硬质泡沫，所述的高阻燃聚氨酯泡沫是由以下原料制备：
[0014]组合聚醚多元醇：100重量份，
[0015]环保型发泡剂：5
‑
20重量份，
[0016]多异氰酸酯：150
‑
200重量份，
[0017]上述质量份数以泡沫总质量计；
[0018]其中，所述组合聚醚多元醇，由如下原料混合获得：
[0019]硼酸聚醚多元醇：5
‑
15重量份，
[0020]含氮阻燃聚酯多元醇：55
‑
65重量份，
[0021]添加型阻燃剂：15
‑
25重量份，
[0022]泡沫稳定剂A：0.5
‑
2.5重量份，
[0023]催化剂A：0.4
‑
1.5重量份，
[0024]催化剂B：1
‑
2重量份，
[0025]催化剂C：0.5
‑
1.5重量份，
[0026]水：0.2
‑
1.0重量份，
[0027]酸助剂：0.5
‑
2.0重量份，
[0028]任选地，脂肪醇聚氧乙烯醚：1
‑
3重量份，
[0029]上述质量份数以组合聚醚多元醇总质量计。
[0030]本专利技术中，所述硼酸聚醚多元醇是由硼酸为起始剂，与环氧丙烷和/或环氧乙烷聚合成的聚醚多元醇。
[0031]本专利技术中，所述硼酸聚醚多元醇的制备方法为：将硼酸加热脱水后，然后投加单体，反应制得硼酸聚醚多元醇；优选地，所述加热温度为95
‑
115℃，脱水时间3～4h，反应时间5
‑
6h；优选地，所述反应结束后采用环氧丙烷封端。
[0032]本专利技术中，所述硼酸聚醚多元醇的羟值为350～550mgKOH/g，25℃粘度为200
‑
20000mpa.s，优选羟值400
‑
550mgKOH/g，25℃粘度550
‑
15000mpa.s。
[0033]本专利技术中，所述含氮阻燃聚酯多元醇为邻苯二甲酸酐(OPA)、对苯二甲酸，3
‑
(3
‑
吡啶基)丙酸与多元醇聚合获得；优选地，所述多元醇为甘油和二甘醇(DEG)，优选摩尔比为(5
‑
10):(90
‑
95)的甘油和二甘醇；优选地，所述含氮阻燃聚酯多元醇的官能度为2.0
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低密度低烟低毒型高阻燃聚氨酯硬质泡沫，其特征在于，所述的高阻燃聚氨酯泡沫是由以下原料制备：组合聚醚多元醇：100重量份，环保型发泡剂：5
‑
20重量份，多异氰酸酯：150
‑
200重量份，上述质量份数以泡沫总质量计；其中，所述组合聚醚多元醇，由如下原料混合获得：硼酸聚醚多元醇：5
‑
15重量份，含氮阻燃聚酯多元醇：55
‑
65重量份，添加型阻燃剂：15
‑
25重量份，泡沫稳定剂A：0.5
‑
2.5重量份，催化剂A：0.4
‑
1.5重量份，催化剂B：1
‑
2重量份，催化剂C：0.5
‑
1.5重量份，水：0.2
‑
1.0重量份，酸助剂：0.5
‑
1.5重量份，任选地，脂肪醇聚氧乙烯醚：1
‑
3重量份，上述质量份数以组合聚醚多元醇总质量计。2.根据权利要求1所述的泡沫，其特征在于，所述硼酸聚醚多元醇是由硼酸为起始剂，与环氧丙烷和/或环氧乙烷聚合成的聚醚多元醇；和/或，所述硼酸聚醚多元醇的制备方法为：将硼酸加热脱水后，然后投加单体，反应制得硼酸聚醚多元醇；优选地，所述加热温度为95
‑
115℃，脱水时间3～4h，反应时间5
‑
6h；优选地，所述反应结束后采用环氧丙烷封端；和/或，所述硼酸聚醚多元醇的羟值为350～550mgKOH/g，25℃粘度为200
‑
20000mpa.s。3.根据权利要求1所述的泡沫，其特征在于，所述含氮阻燃聚酯多元醇为邻苯二甲酸酐(OPA)、对苯二甲酸，3
‑
(3
‑
吡啶基)丙酸与多元醇聚合获得；优选地，所述多元醇为甘油和二甘醇(DEG)，优选摩尔比为(5
‑
10):(90
‑
95)的甘油和二甘醇；优选地，所述含氮阻燃聚酯多元醇的官能度为2.0
‑
2.3，羟值为160～280mgKOH/g，优选170～220mgKOH/g；和/或，所述含氮阻燃聚酯多元醇的制备方法为：S1：将邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸，3
‑
(3
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吡啶基)丙酸与多元醇加入反应釜中，搅拌；S2：反应加热，加入催化剂钛酸四丁酯(TBT)，保持温度，反应后真空脱水，控制塔顶温度；S3：继续升高反应温度，持续反应，待塔顶温度变低时，补加催化剂，继续反应；S4：取样检测酸值，羟值，水分指标，符合预期指标后，将温度降低，恢复常压，制得目标聚酯多元醇；优选地，所述S1中邻苯二甲酸酐：对苯二甲酸：3
‑
(3
‑
吡啶基)丙酸的摩尔比为(5
‑
15)：
(65
‑
75)：(5
‑
15)，醇酸摩尔比(1.05
‑
1.15):1；所述S2加入催化剂前加热至170
‑
190℃，加入150
‑
250pp...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪艳，朱霞林，冷柏逊，衣明刚，陈雯慧，刘佳宝，
申请(专利权)人：万华化学烟台容威聚氨酯有限公司，
类型：发明
国别省市：