本发明属于材料制备领域，尤其涉及一种聚氨酯硬泡的制备方法。
背景技术：
目前，聚氨酯材料的阻燃主要分为两种：一种是外添加阻燃剂型，另一种是在分子结构中引入阻燃元素以及芳杂环结构。前者当加入量较大时，会使聚氨酯材料的机械性能明显下降，同时还存在因阻燃剂发生迁移而阻燃性能降低等问题，但仍是聚氨酯材料阻燃要求较低时使用最广泛的阻燃技术；后者主要是通过在聚氨酯材料的配方中加入含有阻燃元素或者杂环结构的多元醇、反应型阻燃剂的方法来实现，具有阻燃性能持久、影响机械性能小的优点。
硬质聚氨酯泡沬塑料具有独特的隔热保温性能、重量轻、比强度大、施工简单等优良的特性，同时还有隔音、耐寒、耐热、耐腐蚀等特点，是目前有机和无机材料中导热系数最低的一种保温材料。因此被广泛地用于建筑外墙、冷库、管道、冰箱冰柜等的保温隔热材料。
技术实现要素：
本发明旨在解决上述问题，提供一种聚氨酯硬泡的制备方法。
本发明的技术方案为：
一种聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：
（1）在2Ｌ不锈钢反应釜中加入THPO、KOH催化剂，用氮气置换釜内空气3-5次；
（2）根据THPO/PO质量比分别为5：11、7：11和9:11加入PO，随后将温度升至110℃，压力保持在0.6MPa以下，反应进行4h；
（3）卸去反应釜压力，加入磷酸、精制剂，真空脱水，过滤即可得到含磷阻燃聚醚多元醇；
（4）称取含磷阻燃聚醚多元醇、稳定剂、催化剂置于500mL塑料杯中，将温度调节到25℃后混合，在2000r/min转速下搅拌均匀后注入模具内自由发泡成型，模具温度控制在45℃并维持2h，然后取出泡沫体在室温放置72-75h完成制备。随着聚氨酯发泡体系中异氰酸酯指数的提高，聚氨酯泡沫的氧指数逐渐变大，但是当异氰酸酯指数提高到200后，极限氧指数提高不多。此外过量的异氰酸酯在催化剂作用下可形成三聚体，可提高聚氨酯泡沫的压缩强度、耐热性。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（1）中所述反应釜的温度为80℃，反应时间为0.5h。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（3）中所述脱水时间为2-3h。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（4）中所述搅拌时间为30s。
本发明的技术效果在于：
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，提高阻燃剂用量和异氰酸酯指数均可提高聚氨酯泡沫的阻燃性能。阻燃剂的效果更明显，一般只通过添加阻燃剂可达到，当更高的阻燃要求时需添加阻燃聚醚多元醇，同时提高异氰酸酯指数。
具体实施方式
实施例1
一种聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：
（1）在2Ｌ不锈钢反应釜中加入THPO、KOH催化剂，用氮气置换釜内空气3次；
（2）根据THPO/PO质量比分别为5：11加入PO，随后将温度升至110℃，压力保持在0.6MPa以下，反应进行4h；
（3）卸去反应釜压力，加入磷酸、精制剂，真空脱水，过滤即可得到含磷阻燃聚醚多元醇；
（4）称取含磷阻燃聚醚多元醇、稳定剂、催化剂置于500mL塑料杯中，将温度调节到25℃后混合，在2000r/min转速下搅拌均匀后注入模具内自由发泡成型，模具温度控制在45℃并维持2h，然后取出泡沫体在室温放置72h完成制备。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（1）中所述反应釜的温度为80℃，反应时间为0.5h。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（3）中所述脱水时间为2h。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（4）中所述搅拌时间为30s。
普通聚醚多元醇合成的聚氨酯泡沫的极限氧指数仅为18.7％，而未添加阻燃剂的阻燃聚醚多元醇制备的硬质聚氨酯泡沫塑料的极限氧指数最低为24.5％，并且压缩强度和密度变化不大。随着阻燃聚醚多元醇中的磷含量的增大，阻燃效果增加，极限氧指数可达25.6％，但压缩强度出现明显下降。氧指数是表征聚氨酯泡沫阻燃性能的重要指标，一般氧指数越大，阻燃性能越优异。随阻燃剂用量的增加，聚氨酯泡沫的氧指数增大。当添加到质量分数３０％时，使用普通聚醚多元醇制备的聚氨酯泡沫Ｆ0极限氧指数可达26.1％，因此往往在实际应用中在极限氧指数低于26％以下时，添加阻燃剂即可得到要求的阻燃性能。当对阻燃要求更高时，使用阻燃聚醚多元醇是最佳选择，当添加阻燃剂质量分数３０％时，硬泡样品F3的极限氧指数可达到30.5%。
异氰酸酯指数可直接影响聚氨酯泡沫的氧指数，主要是因为过量的异氰酸酯生成异氰酸脲酯基团，可提高体系的阻燃性能。随着聚氨酯发泡体系中异氰酸酯指数的提高，聚氨酯泡沫的氧指数逐渐变大，但是当异氰酸酯指数提高到200后，极限氧指数提高不多。此外过量的异氰酸酯在催化剂作用下可形成三聚体，可提高聚氨酯泡沫的压缩强度、耐热性。异氰酸酯指数可选用170。
实施例2
一种聚氨酯硬泡的制备方法，包括如下步骤：
（1）在2Ｌ不锈钢反应釜中加入THPO、KOH催化剂，用氮气置换釜内空气5次；
（2）根据THPO/PO质量比分别为9:11加入PO，随后将温度升至110℃，压力保持在0.6MPa以下，反应进行4h；
（3）卸去反应釜压力，加入磷酸、精制剂，真空脱水，过滤即可得到含磷阻燃聚醚多元醇；
（4）称取含磷阻燃聚醚多元醇、稳定剂、催化剂置于500mL塑料杯中，将温度调节到25℃后混合，在2000r/min转速下搅拌均匀后注入模具内自由发泡成型，模具温度控制在45℃并维持2h，然后取出泡沫体在室温放置75h完成制备。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（1）中所述反应釜的温度为80℃，反应时间为0.5h。
本发明所述的聚氨酯硬泡的制备方法，步骤（3）中所述脱水时间为3h。步骤（4）中所述搅拌时间为30s。
当在250℃ 时，含磷阻燃聚氨酯泡沫热稳定性降低，明显不如普通聚氨酯泡沫，原因可能是因为阻燃聚氨酯泡沫中的含磷链段的热分解活化能低，促使含磷链段在较低的温度分解 。此外阻燃聚醚多元醇制备的聚氨酯泡沫在500℃燃烧基本结束，然而Ｆ0直到600℃后才基本结束。800℃时，含磷聚氨酯泡沫的残留率明显高于Ｆ0，这主要是因为含磷元素的引入，在高温条件下生成了多磷酸、焦磷酸等促使聚氨酯泡沫脱水炭化，形成的残留物沉积表面，隔绝了与外表空气交换的和热传递，延缓了燃烧的时间，从而提高了聚氨酯泡沫的阻燃性能。Ｆ2的含磷量低于Ｆ3， 但最终残炭率为20％，高于后者，说明了聚氨酯硬泡氧指数和残炭率的变化不一定一致。
以THPO为原料制备了含磷阻燃聚醚多元醇，表征含磷聚醚多元醇的化学结构，随THPO用量的增加，含磷量、羟值、黏度随之增大。含磷阻燃聚醚多元醇制备的聚氨酯硬泡具有较高的阻燃性能，氧指数可达25.6％。