公开/公告号CN104262567A
专利类型发明专利
公开/公告日2015-01-07
原文格式PDF
申请/专利权人 上海应用技术学院;
申请/专利号CN201410454245.1
申请日2014-09-09
分类号C08G18/50(20060101);C08G65/28(20060101);C08G65/26(20060101);C08J9/14(20060101);C08G101/00(20060101);
代理机构31001 上海申汇专利代理有限公司;
代理人吴宝根;马文峰
地址 200235 上海市徐汇区漕宝路120号
入库时间 2023-12-17 03:04:46
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-08-28
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):C08G18/50 授权公告日:20170111 终止日期:20190909 申请日:20140909
专利权的终止
2017-01-11
授权
授权
2015-02-04
实质审查的生效 IPC(主分类):C08G18/50 申请日:20140909
实质审查的生效
2015-01-07
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法，属于聚氨酯阻燃材料技术领域。
背景技术
聚氨酯硬质泡沫具有导热系数低、保温性能好、耐候性等诸多性能优良有点，又因产品形式多样、加工方便等优势而被广泛用作建筑外墙保温材料、家电保温材料等领域。但未经阻燃处理的聚氨酯硬质泡沫氧指数在18左右，属于易燃材料。随着国家节能环保政策的不断推进，建筑节能法规的实施，人们不仅要求聚氨酯硬泡具备良好的保温性能，对其阻燃性能的要求也日益增加。目前，主要采用外加阻燃剂的方法来提高聚氨酯硬泡的阻燃性能，但添加阻燃剂法制备的聚氨酯硬泡存在易迁移、不能持久保持阻燃效果和破坏泡沫物理性能等缺点；另一种为结构阻燃技术，此方法是将阻燃元素或阻燃基团通过化学键引入到聚醚链段或异氰酸酯上，其稳定性较好，不易迁移，目前市场上所供应的主要有含N、P和卤素（Cl和Br）的结构性阻燃聚氨酯保温材料，此种材料多有价格高、燃烧气体毒性大、烟雾重等缺陷，很大程度上限制其推广应用。
发明内容
本发明目的在于为了解决添加型阻燃泡沫存在易迁移、阻燃效果不持久，结构阻燃泡沫生产成本高等不足，从而提供了一种低成本的、阻燃的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法，该以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫具有本征阻燃特性，制备方法简单易操作且成本低廉等优点。
本发明的技术方案
一种以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，由A组分和B组分组成，按重量比计算，A组分：B组分的重量比为1:1.1~1.5；
其中所述的A组分，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇 20~40份
催化剂 1~5份
泡沫稳定剂 0.5~1.0份
物理发泡剂 1~3份
水 1~3份；
其中所述的催化剂为三乙烯二胺、N, N-二甲基环己烷、四甲基乙二胺、二甲基乙醇胺中的一种或两种以上组成的混合物；
所述的泡沫稳定剂为硅油、硅碳型稳定剂或硅油与硅碳型稳定剂组成的混合物；
所述的物理发泡剂为HCFC-141b、环戊烷、HFC-245fa中的一种或两种以上组成的混合物；
所述的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
三聚氰胺 5~10.5份
甲醛 15~22.5份
碱性调节剂 0.04~0.08份
共起始剂 3~4.0份
环氧氯丙烷 63.5~73份
催化剂1 1.0~1.5份
其中所述的甲醛为质量百分比浓度为35~37%的甲醛水溶液；
所述的碱性调节剂为质量百分比浓度为10~50%的NaOH水溶液、质量百分比浓度为10~50%的KOH水溶液、质量百分比浓度为5~10%的碳酸氢钠水溶液或质量百分比浓度为5~10%的二乙胺水溶液；
所述的共起始剂为丙三醇、1, 4-丁二醇、三乙醇胺或蔗糖；
所述的催化剂1为质量百分比浓度为10~50%的NaOH水溶液或质量百分比浓度为10~50%的KOH水溶液；
其中所述的B组分为异氰酸酯。
上述的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）、以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇的制备
将三聚氰胺、甲醛混合，加入碱性调节剂，然后搅拌并加热至73~90℃进行反应35~46 min，所得含多羟甲基三聚氰胺的反应液；
向所得的含多羟甲基三聚氰胺的反应液中加入共起始剂、催化剂1和环氧氯丙烷，搅拌并加热至85~95℃进行反应22~24 h，然后将所得的反应液控制温度为120℃，压力为-0.1 MPa进行蒸馏1.5~2h，蒸馏后所得的残留物即为以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇；
（2）、将以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、物理发泡剂和水加入到容器中，快速搅拌混合均匀，得到A组分；
（3）、将B组分异氰酸酯加入到步骤（2）所得的A组分中，快速搅拌5~15 s，所得的混合物倒入模具中进行固化30~60 s，然后室温下继续固化48 h，即得以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫。
上述制备方法所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，具有均匀致密的、多边形的泡孔结构，根据GB/T 2406.2-2009标准测定其极限氧指数为22.3~24.5%，根据GB/T6343-1995标准测定其密度为39.1~42.8 kg/m3，根据GB/T 8813-2008标准测定其压缩强度为0.15~0.20 Mpa。
本发明的有益效果
本发明的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，其制备过程中，所用的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇，其分子链段中含有富氮的三聚氰胺结构，在受热过程中发生升华、挥发、分解等吸热反应，释放出不燃性气体，在泡沫表面形成膨胀阻隔碳层，由此可赋予硬泡材料更好的阻燃性能，从而解决了添加型硬泡材料长期使用阻燃性能下降、易迁移，以及结构阻燃聚醚多元醇生成成本较高等问题。
进一步，本发明的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，具有均匀致密的、多边形的泡孔结构，其极限氧指数为22.3~24.5%，密度为39.1~42.8 kg/m3，压缩强度为0.15~0.20 Mpa。
附图说明
图1、实施例1所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫的SEM图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明进一步详细描述，但并不限制本发明。
根据GB/T 2406.2-2009标准，采用HC900-2型氧指数仪（南京上元分析仪器有限公司）测定以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫的极限氧指数；
根据GB/T6343-1995标准测定以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫的密度；
根据GB/T8813-2008标准，采用GALDABLNI SUN万能材料试验机（意大利GALDABNI公司）测定以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫的压缩强度。
本发明各实施例中所用的各种原料，均为市售。
实施例1
一种以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比为1:1.4；
其中所述的A组分，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇 22.5份
催化剂 1.5份
泡沫稳定剂 0.8份
物理发泡剂 2.0份
水 1.5份；
其中所述的催化剂为三乙烯二胺；
所述的泡沫稳定剂为硅油；
所述的物理发泡剂为HCFC-141b；
所述的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
三聚氰胺 7.5份
甲醛 15份
碱性调节剂 0.05份
共起始剂 3份
环氧氯丙烷 73份
催化剂1 1.5份
其中所述的甲醛为质量百分比浓度为37%的甲醛水溶液；
所述的碱性调节剂为质量百分比浓度为30%的NaOH水溶液；
所述的共起始剂为丙三醇；
所述的催化剂1为质量百分比浓度为30%的NaOH水溶液；
其中所述的B组分为异氰酸酯。
上述的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）、以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇的制备
按重量份数计算，将7.5份三聚氰胺、15份甲醛混合，加入0.05份碱性调节剂，然后搅拌并加热至73℃进行反应37 min，得到含多羟甲基三聚氰胺的反应液；
向所得的含多羟甲基三聚氰胺的反应液中加入3份共起始剂、1.5份催化剂1和73份环氧氯丙烷，搅拌并加热至90℃进行反应24 h，然后将所得的反应液控制温度为120℃，压力为-0.1MPa进行蒸馏1.5 h，蒸馏后所得的残留物即为羟值为206.7 mgKOH/g，粘度为4583 mPa.s/25℃的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇；
（2）、按重量份数计算，将22.5份步骤（1）所得的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇、1.5份催化剂、0.8份泡沫稳定剂、2.0份物理发泡剂和1.5份水加入到反应釜中，控制转速在300rmp，常温搅拌20 s即得A组分；
（3）、按重量份数计算，将1.4份B组分异氰酸酯与1份步骤（2）所得的A组分混合并快速搅拌10s后，所得的混合物倒入模具中进行固化40s，然后室温下继续固化48h，即得以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫。
上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，根据GB/T 2406.2-2009标准测定其极限氧指数为24.2％，根据GB/T6343 -1995标准测定其密度为40.5 kg/m3，根据GB/T 8813-2008标准测定其压缩强度为0.16 Mpa。
采用荷兰FEI公司Quanta200 FEG 型扫描电子显微镜对上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫进行扫描，所得的SEM图如图1所示，从图1中可以看出，其具有均匀致密的、多边形的泡孔结构。
实施例2
一种以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比为1:1.3；
其中所述的A组分，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇 22.5份
催化剂 1.0份
泡沫稳定剂 0.9份
物理发泡剂 2.5份
水 2.0份；
其中所述的催化剂为N, N-二甲基环己烷；
所述的泡沫稳定剂为硅碳型稳定剂；
所述的物理发泡剂为HCFC-141b和环戊烷按质量比，即HCFC-141b：环戊烷为1:1.5组成的混合物；
所述的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
三聚氰胺 6.5份
甲醛 16.5份
碱性调节剂 0.04份
共起始剂 3.3份
环氧氯丙烷 72份
催化剂1 1.3份
其中所述的甲醛为质量百分比浓度为35%的甲醛水溶液；
所述的碱性调节剂为质量百分比浓度为20%的KOH水溶液；
所述的共起始剂为三乙醇胺；
所述的催化剂1为质量百分比浓度为20%的KOH水溶液；
其中所述的B组分为异氰酸酯。
上述的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）、以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇的制备
按重量份数计算，将6.5份三聚氰胺、16.5份甲醛混合，加入0.04份碱性调节剂，然后搅拌并加热至78℃进行反应35 min，得到含多羟甲基三聚氰胺的反应液；
向所得的含多羟甲基三聚氰胺的反应液中加入3.3份共起始剂、1.3份催化剂1和72份环氧氯丙烷，搅拌并加热至85℃进行反应22h，然后将所得的反应液控制温度为120℃，压力为-0.1MPa进行蒸馏2h，蒸馏后所得的残留物即为羟值为163.9 mgKOH/g，粘度为9545mPa.s/25℃的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇；
（2）、按重量份数计算，将22.5份步骤（1）所得的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇、1份催化剂、0.9份泡沫稳定剂、2.5份物理发泡剂和2.0份水加入到反应釜中，控制转速在300 rmp，常温搅拌20 s即得A组分；
（3）、按重量份数计算，将1.3份B组分异氰酸酯与1份步骤（2）所得的A组分混合并快速搅拌5 s后，所得的混合物倒入模具中进行固化30 s，然后室温下继续固化48 h，即得以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫。
上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫经测定，其极限氧指数为22.3％、密度为41.7 kg/m3、压缩强度为0.18 Mpa，经荷兰FEI公司Quanta200 FEG 型扫描电子显微镜对上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫进行扫描，其具有不规则、致密的多边形泡孔结构。
实施例3
一种以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比为1:1.1；
其中所述的A组分，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇 22.5份
催化剂 1.2份
泡沫稳定剂 0.8份
物理发泡剂 2份
水 1份；
其中所述的催化剂为四甲基乙二胺；
所述的泡沫稳定剂为硅油与硅碳型稳定剂按质量比为1:1组成的混合物；
所述的物理发泡剂为HFC-245fa；
所述的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
三聚氰胺 5.0份
甲醛 18.5份
碱性调节剂 0.08份
共起始剂 3.5份
环氧氯丙烷 71.5份
催化剂1 1.0份
其中所述的甲醛为质量百分比浓度为36%的甲醛水溶液；
所述的碱性调节剂为质量百分比浓度为5%的二乙胺水溶液；
所述的共起始剂为1, 4-丁二醇；
所述的催化剂1为质量百分比浓度为30%的NaOH水溶液；
其中所述的B组分为异氰酸酯。
上述的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法，具体包括以下步骤：
（1）、以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇的制备
按重量份数计算，将5.0份三聚氰胺、18.5份甲醛混合，加入0.08份碱性调节剂，然后搅拌并加热至90℃进行反应40min，得到含多羟甲基三聚氰胺的反应液；
向所得的含多羟甲基三聚氰胺的反应液中加入3.5份共起始剂、1.0份催化剂1和71.5份环氧氯丙烷，搅拌并加热至95℃进行反应24 h，然后将所得的反应液控制温度为120℃，压力为-0.1MPa进行蒸馏1.5h，蒸馏后所得的残留物即为羟值为170.6 mgKOH/g，粘度为5833 mPa.s/25℃的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇；
（2）、按重量份数计算，将22.5份步骤（1）所得的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇、1.2份催化剂、0.8份泡沫稳定剂、2.0份物理发泡剂和1.0份水加入到反应釜中，控制转速在300rmp，常温搅拌20 s混合均匀，得到A组分；
（3）、按重量份数计算，将1.1份B组分异氰酸酯与1份步骤（2）所得的A组分混合并快速搅拌10 s后，所得的混合物倒入模具中进行固化50s，然后室温下继续固化48 h，即得以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫。
上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫经测定，其极限氧指数为22.5％、密度为39.1 kg/m3、压缩强度为0.15 Mpa，经荷兰FEI公司Quanta200 FEG 型扫描电子显微镜对上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫进行扫描，其具有均匀致密的、多边形的泡孔结构。
实施例4
一种以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，由A组分和B组分组成，A组分和B组分的重量比为1:1.5；
其中所述的A组分，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇 22.5份
催化剂 2份
泡沫稳定剂 1.0份
物理发泡剂 2份
水 2份；
其中所述的催化剂为三乙烯二胺和二甲基乙醇胺按质量比为1:1组成的混合物；
所述的泡沫稳定剂为硅油；
所述的物理发泡剂为HCFC-141b和环戊烷按质量比为1:1组成的混合物；
所述的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇，按重量份数计算，其原料组成及含量如下：
三聚氰胺 10.5份
甲醛 22.5份
碱性调节剂 0.04份
共起始剂 4.0份
环氧氯丙烷 63.5份
催化剂1 1.2份
其中所述的甲醛为质量百分比浓度为37%的甲醛水溶液；
所述的碱性调节剂为质量百分比浓度为5%的碳酸氢钠水溶液；
所述的共起始剂为蔗糖；
所述的催化剂1为质量百分比浓度为20%的KOH水溶液；
其中所述的B组分为异氰酸酯。
上述的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）、以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇的制备
按重量份数计算，将10.5份三聚氰胺、22.5份甲醛混合，加入0.04份碱性调节剂，然后搅拌并加热至80℃进行反应46 min，得到含多羟甲基三聚氰胺的反应液；
向所得的含多羟甲基三聚氰胺的反应液中加入4.0份共起始剂、1.2份催化剂1和63.5份环氧氯丙烷，搅拌并加热至90℃进行反应22 h，然后将所得的反应液控制温度为120℃，压力为-0.1MPa进行蒸馏2 h，蒸馏后所得的残留物即为羟值为209.3 mgKOH/g，粘度为10994 mPa.s/25℃的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇；
（2）、按重量份数计算，将22.5份步骤（1）所得的以三聚氰胺为基本征结构的阻燃聚醚多元醇、2份催化剂、1份泡沫稳定剂、2份物理发泡剂和2份水加入到反应釜中，控制转速在300 rmp，常温搅拌20 s以混合均匀，得到A组分；
（3）、按重量份数计算，将1.5份B组份异氰酸酯与1份的步骤（2）所得的A组分混合并快速搅拌15 s后，所得的混合物倒入模具中进行固化60 s，然后室温下继续固化48 h，即得以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫。
上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫经测定，其极限氧指数为24.5％、密度为42.8 kg/m3、压缩强度为0.20 Mpa，经荷兰FEI公司Quanta200 FEG 型扫描电子显微镜对上述所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫进行扫描，其泡孔为致密的、六边形结构且尺寸较小。
综上所述，本发明的一种以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫，由于三聚氰胺通过共价键被引入到聚醚分子主链上，故而可以稳定的存在于硬泡中不发生迁移；同时，其碳、氮芳杂环结构具有良好的热稳定性，可赋予聚醚多元醇更佳的阻燃性能。该方法操作简单且生产成本低廉。所得的以三聚氰胺为基本征的阻燃聚氨酯硬质泡沫具有均匀致密的、多边形的泡孔结构，其极限氧指数为22.3~24.5%，密度为39.1~42.8 kg/m3，压缩强度为0.15~0.20 Mpa。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。
机译： 活性聚氨酯配方用于阻燃聚氨酯硬质泡沫材料的阻燃制备方法
机译： 活性聚氨酯配方用于阻燃聚氨酯硬质泡沫材料的阻燃制备方法
机译： 掺入基本上未粉碎的三聚氰胺作为唯一阻燃剂的阻燃柔性聚氨酯泡沫的制备
