磷氮协同阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备

摘要

硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)具有相对小的密度、较高的强度、较低的导热系数、较好的隔音抗震效果、稳定的尺寸、较好的抗冻耐久等特点，在建筑工程、节能保温等范围的应用越发普遍。但是，未经阻燃改性处理的RPUF极易燃烧，其应用受到了很大地制约。在燃烧过程中，卤素阻燃剂分解产生的气体具有毒性，因此其已经在很多领域被限制使用。传统添加型的阻燃技术，需要的添加量较大，且容易迁出，还会降低RPUF的力学性能。因此，无卤反应型阻燃技术成为研究探索RPUF阻燃改性的重要热点之一。
　　本研究以甲醛和三聚氰胺为原料合成具有三嗪环构造的含氮多元醇(N-polyol)，再将其与亚磷酸二乙酯发生Atherton-Todd反应生成磷氮协同阻燃多元醇(P-N-polyol)，将其代替或部分代替普通多元醇，制得磷氮协同阻燃型的RPUF，探究P-N-polyol含量对RPUF的阻燃、热稳定、力学强度等关键性能的影响。具体的工作内容如下:
　　1.将甲醛和三聚氰胺混合，控制pH值和温度，使缩聚反应合成出六羟甲基三聚氰胺(HMM)，进一步将其与1，2-丙二醇脱水醚化在催化剂作用下制备出N-polyol。以核磁共振波谱(1H NMR)、红外光谱(IR)对产物进行测试表征，鉴定产物的化学结构。
　　2.将N-polyol和亚磷酸二乙酯(DEP)混合发生Atherton-Todd反应，使亚磷酸二乙酯分子中的P-H键和N-polyol的不饱和双键加成，在N-polyol中引入了磷元素，制备出P-N-polyol。以1H NMR、31p NMR、IR等对产物结构单元组成进行表征，明确产物的化学结构。改变DEP和N-polyol的投料比(DEP/N-polyol)，可以制备出多种官能度(1～5)磷、氮含量的P-N-polyol。综合考虑粘度、羟值、磷氮含量比例及异氰酸酯本身含N元素等4个方面因素，调控阻燃多元醇中P或N的含量，投料比=3∶1时最宜，此时体系中P、N含量相对较高（P含量为8.8％，N含量7.9％），体系的羟值、粘度更适合制备RPUF。
　　3.使用P-N-polyol取代或部分取代普通聚醚多元醇，与异氰酸酯、发泡剂、水、催化剂、泡沫稳定剂等混合进行发泡，制备出5种P-N-polyol含量的磷氮协同阻燃型RPUF，对比分析P-N-polyol含量对RPUF的各种性能的影响。阻燃测试分析表明，P-N-polyol可以明显提高RPUF的阻燃性能，当P-N-polyol含量升高时，燃烧成炭速率提高，燃烧变形减小，其极限氧指数(LOI)最高为32;烟密度试验测试表明，P-N-polyol具有明显的抑烟作用，当P-N-polyol含量为75 w％时，材料的烟密度等级最低，为39.5％;热重分析方法(TG)测试结果表明，P-N-polyol可以显著降低硬质聚氨酯泡沫塑料分解速率，提高残炭率，当P-N-polyol含量为100wt％时，在800℃残炭率最高，为35.6％（普通硬质聚氨酯残炭率仅为16.8％），初始分解温度为249.5℃，最大分解温度为331.5℃;力学强度测试表明，一定含量的P-N-polyol可以改善RPUF的力学强度，当P-N-polyol含量为50％时，其力学强度达到最高，拉伸强度为342 kPa，压缩强度为471 kPa。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 硬质聚氨酯泡沫塑料及其性能

1．2 硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃技术的发展研究

1．2．1 硬质聚氨酯泡沫塑料的燃烧与阻燃机理

1．2．2 磷、氮阻燃的机理

1．2．3 添加型的阻燃技术的研究状况

1．2．4 反应型的阻燃技术的研究状况

1．3 本课题的提出和研究内容

参考文献

第二章 阻燃多元醇的制备

2．1 引言

2．1．1 三聚氰胺的羟甲基化

2．1．2 羟甲基化三聚氰胺的醚化

2．1．3 Atherton-Todd反应

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 P-N-polyol的合成

2．2．4 表征测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 合成N-polyol的表征与分析

2．3．2 P-N-polyol合成的表征与分析

2．3．3 P-N-polyol的粘度与羟值

2．4 小结

参考文献

第三章 磷氮协同阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备与性能研究

3．1 引言

3．1．1 硬质聚氨酯泡沫塑料的制备原理

3．1．2 硬质聚氨酯泡沫塑料制各与成型工艺

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 磷氮协同阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备

3．2．4 表征测试方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 泡孔结构与表观密度

3．3．2 阻燃性能测试与分析

3．3．3 烟密度测试与分析

3．3．4 热重测试与分析

3．3．5 力学性能测试与分析

3．4 小结

参考文献

第四章 结论

作者在读期间科研成果简介

致谢