含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫及其制备方法，涉及阻燃抑烟技术领域，本发明专利技术提供了一种含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫的制备方法，将硼酚醛树脂和硅溶胶涂覆在硬质聚氨酯泡沫材料表面，并控制涂层质量，制备得到阻燃抑烟硬质聚氨酯泡沫复合材料；本发明专利技术通过硼酚醛树脂/硅溶胶复合阻燃抑烟涂层质量的增加，一方面可以提高硬质聚氨酯泡沫复合材料的阻燃性能并改善力学性能，另一方面能够有效抑制有毒烟气的释放。释放。释放。

【技术实现步骤摘要】
含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫及其制备方法

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[0001]本专利技术涉及阻燃抑烟
，具体涉及一种含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫及其制备方法。

技术介绍
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[0002]目前，通过将阻燃剂以物理或化学方法添加到硬质聚氨酯泡沫(RPUF)中增强其阻燃抑烟性依然是最广泛使用的方法。添加型阻燃剂如膨胀石墨、聚磷酸铵、三聚氰胺盐及其衍生物、无机磷化合物以及有机磷酸盐等。通常，较高的阻燃剂添加量才能获得令人满意的阻燃效果。但也会对RPUF的力学性能产生不利影响。此外，较差的相容性也使得填料在使用中阻燃效率有限。化学方法则是将阻燃单元通过化学反应键接入到RPUF的主链或侧链中。这种方法主要用于设计固有的阻燃单体或试剂。近年来，由于其具有更高的阻燃效率和优异的耐久性，引起了越来越多的关注。但是，阻燃剂作为RPUF链段中的组成部分可能会导致密度无法控制，所得RPUF的泡孔形态和力学性能较差。相比上述两种方法，泡沫的表面处理由于其简便，有效和经济的特点，被认为是赋予其阻燃抑烟性的一种有前景的环境友好改性策略。
[0003]硼改性酚醛树脂作为酚醛树脂耐热性的改善效果最为理想的种类之一，其改性机理是在酚醛树脂的分子结构中引入了硼元素，可通过自交联反应形成含有硼的三维网状结构，使其具有高氧指数、低毒、低烟和低发热量的高耐燃性的特点。
[0004]硅溶胶呈三维网状结构，有研究表明，SiO2作为阻燃协效剂，可增加炭层强度，从而提高阻燃剂的阻燃效果。因此硅溶胶作为成膜物质，不仅有望将阻燃剂应用于RPUF，而且它还可能成为阻燃协效剂，起协同作用。
[0005]本专利技术以高成炭性的硼酚醛树脂和立体网状结构硅溶胶结合，通过物理涂覆的方法在RPUF表面形成复合阻燃涂层，并通过控制涂层质量制备得到阻燃抑烟的RPUF复合材料。一方面，硼酚醛树脂在燃烧过程中形成的炭层具有一定的物理屏障效应；另一方面，SiO2在燃烧过程中可以在表面形成有效隔热层，阻碍热量和可燃气体的扩散并催化生成更多残炭。

技术实现思路
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[0006]为了解决现有技术中硬质聚氨酯泡沫存在的易燃烧和燃烧过程中产生有毒烟气的缺点，本专利技术提供了一种含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫的制备方法，将硼酚醛树脂和硅溶胶涂覆在硬质聚氨酯泡沫材料表面，并控制涂层质量，制备得到阻燃抑烟硬质聚氨酯泡沫复合材料。本专利技术通过硼酚醛树脂/硅溶胶复合阻燃抑烟涂层质量的增加，一方面可以提高硬质聚氨酯泡沫复合材料的阻燃性能并改善力学性能，另一方面能够有效抑制有毒烟气的释放。
[0007]本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
[0008]本专利技术的目的之一在于提供一种含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫的
制备方法，包括以下步骤：
[0009]a)将熔融苯酚和硼酸搅拌溶解后缓慢升温至125
‑
135℃，物料开始沸腾，收集冷凝液，升高温度进行酯化反应，到达酯化反应终点后停止加热，开始冷却物料；当体系温度降至70℃以下时投入多聚甲醛，缓慢升温进行缩合反应；停止反应，真空脱水，当凝胶时间达到70～90S(180
±
2℃)后停止抽真空，降温，得到硼酚醛树脂；
[0010]b)将正硅酸四乙酯、乙醇和去离子水搅拌混合，并滴加稀盐酸调节体系pH值在3.0～4.0，持续搅拌一段时间，加热老化，得到硅溶胶；
[0011]c)向步骤a)制备的硼酚醛树脂中加入无水乙醇溶解为均一的溶液，然后滴加硅溶胶，所得混合物在快速搅拌下进行加热，冷却静置，得到硼酚醛树脂/硅溶胶复合溶液；
[0012]d)将步骤c)制备的硼酚醛树脂/硅溶胶复合溶液均匀涂覆在硬质聚氨酯泡沫表面，经预烘后升温固化，得到阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯复合泡沫。
[0013]优选地，所述步骤a)中酯化反应终点是指冷凝液的质量为投入苯酚质量的0.1
‑
0.13倍时。
[0014]冷凝液是指苯酚和硼酸进行酯化反应生产的水，当苯酚和硼酸开始酯化阶段，有大量的水会伴随硼酸一苯酯、硼酸二苯酯和硼酸三苯酯生成，因此将冷凝液开始大量形成作为酯化反应的起点，当冷凝液的质量为投入苯酚质量的0.1
‑
0.13倍时，即为酯化反应终点。
[0015]优选地，所述步骤a)中苯酚与硼酸的摩尔比为1:(0.3
‑
0.4)；苯酚与多聚甲醛的摩尔比为1:(1.1
‑
1.3)。
[0016]优选地，所述步骤a)中酯化反应的温度为175
‑
185℃；缩合反应的温度为120
‑
140℃，时间为1.5
‑
2.5h。
[0017]优选地，所述步骤b)中正硅酸四乙酯与乙醇的摩尔比为1:(2
‑
4)；正硅酸四乙酯与去离子水的摩尔比为1:(5
‑
7)。
[0018]优选地，所述步骤b)中持续搅拌温度为40
‑
50℃，持续搅拌时间为3
‑
4h；老化温度为45
‑
55℃，老化时间48
‑
72h。
[0019]优选地，所述步骤c)配制的硼酚醛树脂/硅溶胶复合溶液中硼酚醛树脂的质量分数为25
‑
35wt％，硅溶胶的质量分数为10
‑
20wt％；加热温度为65
‑
75℃，加热时间为2
‑
3h；无水乙醇的纯度为99％。
[0020]优选地，所述步骤d)中预烘温度为75
‑
85℃，预烘时间为2
‑
3h；固化是先升温至115
‑
125℃固化1.5
‑
2.5h，再升温至150
‑
160℃固化3
‑
4h。
[0021]优选地，所述步骤d)中阻燃抑烟涂层的添加量为10
‑
15mg/cm2(以六个面计算)。
[0022]本专利技术的目的之二在于提供一种利用前述制备方法制备得到的含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫。
[0023]本专利技术中采用的试剂、原料均可从市场上直接购买的商品或者通过公知得方法制备。硬质聚氨酯泡沫以多元醇、异氰酸酯、发泡剂，催化剂和稳泡剂等原料按常规的方法发泡制得。
[0024]本专利技术的有益效果是：
[0025](1)本专利技术制备得到了一种含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫，通过简单的物理涂覆即可实现优异的阻燃抑烟效果，克服了现有添加型阻燃剂和反应型阻燃剂对
硬质聚氨酯泡沫产生的不利影响。
[0026](2)本专利技术提供了一种含硼酚醛树脂/硅溶胶的复合阻燃涂层制备方法，一方面硼酚醛树脂的交联结构在燃烧过程中可形成更多的炭层覆盖在泡孔表面，有着较好的物理阻隔作用；另一方面由于SiO2表面能较低，容易迁移和聚集到材料表面，形成Si
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O
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Si的炭层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含硼硅复合阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将熔融苯酚和硼酸搅拌溶解后缓慢升温至125
‑
135℃，物料开始沸腾，收集冷凝液，升高温度进行酯化反应，到达酯化反应终点后停止加热，开始冷却物料；当体系温度降至70℃以下时投入多聚甲醛，缓慢升温进行缩合反应；停止反应，真空脱水，当凝胶时间达到70～90S(180
±
2℃)后停止抽真空，降温，得到硼酚醛树脂；b)将正硅酸四乙酯、乙醇和去离子水搅拌混合，并滴加稀盐酸调节体系pH值在3.0～4.0，持续搅拌一段时间，加热老化，得到硅溶胶；c)向步骤a)制备的硼酚醛树脂中加入无水乙醇溶解为均一的溶液，然后滴加硅溶胶，所得混合物在快速搅拌下进行加热，冷却静置，得到硼酚醛树脂/硅溶胶复合溶液；d)将步骤c)制备的硼酚醛树脂/硅溶胶复合溶液均匀涂覆在硬质聚氨酯泡沫表面，经预烘后升温固化，得到阻燃抑烟涂层的硬质聚氨酯复合泡沫。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中酯化反应终点是指冷凝液的质量为投入苯酚质量的0.1
‑
0.13倍时。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中苯酚与硼酸的摩尔比为1:(0.3
‑
0.4)；苯酚与多聚甲醛的摩尔比为1:(1.1
‑
1.3)。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中酯化反应的温度为175
‑
185℃；缩合反应的温度为120
‑
140℃，时间为1.5
‑
2.5h。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈瑞，陈树，陈晨，陈妹，
申请(专利权)人：蚌埠市天宇高温树脂材料有限公司，
类型：发明
国别省市：