本发明公开了一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，属于塑料制备
技术领域：
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背景技术：
：硬质聚氨酯泡沫塑料，简称聚氨酯硬泡，它在聚氨酯制品中的用量仅次于聚氨酯软泡。聚氨酯硬泡多为闭孔结构，广泛用于冰箱、冰柜的箱体绝热层、冷库、冷藏车等绝热材料，建筑物、储罐及管道保温材料，少量用于非绝热场合，如仿木材、包装材料等。一般而言，较低密度的聚氨酯硬泡主要用作隔热（保温）材料，较高密度的聚氨酯硬泡可用作结构材料（仿木材）。在各类聚氨酯制品中，聚氨酯泡沫塑料是最重要的一部分，它的主要特征是具有多孔性，因而相对密度小，比强度高。根据所用原料不同和配方变化，可制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料等几种；若按所用多元醇品种分类可分为聚酯型、聚醚型和蓖麻油型聚氨酯泡沫塑料等；若按其发泡方法分类有块状、模塑和喷涂聚氨酯泡沫塑料等类型。聚氨酯硬泡一般为室温发泡，成型工艺比较简单。按施工机械化程度可分为手工发泡及机械发泡；按发泡时的压力可分为高压发泡及低压发泡；按成型方式可分为浇注发泡及喷涂发泡。硬质聚氨酯泡沫塑料的闭孔率在90%以上，属憎水材料，被广泛用作石油化工管道、冷藏设备、运输设备以及建筑物等的保温隔热材料。然而，未经阻燃处理的pu硬泡由于其密度小、比表面积大，阻燃性较差，氧指数仅为17%左右，属易燃材料，在空气中极易燃烧并分解产生大量有毒烟雾（如co、hcn等），是火灾致人死亡的一个重要原因，给灭火及火场逃生都带来很大的困难。由于pu硬泡引起火灾并造成巨大经济损失和人员伤亡的案例在国内外也频频发生。近几年来，利用墙体保温实现建筑节能已越来越被重视，国家也已经开始强制施行建筑节能措施，现在市场上大规模使用的保温材料主要有eps、ps和pu。此类有机保温材料最大的优点是质轻、隔热、保温，但最大的缺陷是易燃烧、易老化、防火安全性差，在没有经过阻燃处理时都存在严重的火灾隐患，导致建筑火灾事故。因此，发明一种阻燃性能好的硬质聚氨酯泡沫塑料对塑料制备
技术领域：
具有积极意义。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题，针对硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能差的缺陷，提供了一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：（1）向带有滴液漏斗和冷凝装置的三口烧瓶中加入70～80ml蓖麻油、4～5g甲醇钠、5～7ml三乙醇胺，加热升温，启动搅拌器搅拌混合，向三口烧瓶中加入40～50ml甘油，保温搅拌反应，得到甘油醇解蓖麻油；（2）向上述三口烧瓶中加入80～90ml己二异氰酸酯，反应，待三口烧瓶降温，依次向三口烧瓶中加入10～15ml磷酸二乙酯、20～30ml甘油和20～25ml马来酸酐，将3～5ml二月桂酸二丁基锡溶于35～40ml丙酮后，用恒压滴液漏斗滴入三口烧瓶中，边滴加边升温，继续反应，得到蓖麻油基聚氨酯；（3）向烧杯中加入100～120g聚磷酸铵、230～250ml无水乙醇、100～120ml蒸馏水，搅拌混合，向烧杯中加入氨水调节ph，得到碱化物料；（4）向碱化物料中加入20～25g甲基三乙氧基硅烷，对烧杯水浴加热升温，保温反应，过滤去除液体，得到凝胶，将凝胶用蒸馏水洗涤2～3次后，放入烘箱中，加热升温，干燥，得到硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵；（5）按重量份数计，取90～100份蓖麻油基聚氨酯、20～30份硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵、30～40份80目的可膨胀性石墨、20～30份聚磷酸铵、10～15份甘油置于高速混合机中混合，得到混合物料；（6）将混合物料加入到双螺杆挤出机中进行熔融混合，得到熔融物料，并将熔融物料注入定制的尺寸为15×20×10mm的预成型模具中，待其自然冷却后脱模，得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料。步骤（1）所述的加热升温后温度为50～60℃，搅拌器转速为200～300r/min，保温搅拌反应时间为3～4h。步骤（2）所述的反应时间为2～3h，三口烧瓶降温后温度为50～60℃，恒压滴液漏斗滴加速率为2～3ml/min，控制升温速率为3～5℃/min，升温后温度为80～82℃，继续反应时间为3～4h。步骤（3）所述的搅拌混合时间为20～25min，氨水的质量分数为35%，氨水调节烧杯体系中ph为10.2～10.4。步骤（4）所述的对烧杯水浴加热升温后温度为45～60℃，保温反应时间为2～3h，加热升温后温度为80～90℃，干燥时间为5～6h。步骤（5）所述的搅拌转速为700～800r/min，搅拌混合时间为80～100min。步骤（6）所述的控制喂料速度为7～8r/min，主机转速为30～35r/min，预成型模具尺寸为15×20×10mm。本发明的有益效果是：（1）本发明在甲醇钠和三乙醇胺复配催化剂的条件下用甘油将蓖麻油催化醇解，得到甘油醇解蓖麻油，向甘油醇解蓖麻油中加入己二异氰酸酯、磷酸二乙酯、马来酸酐，甘油等原料，得到蓖麻油基聚氨酯，将聚磷酸铵溶于无水乙醇，用氨水调节ph得到碱化物料，向碱化物料中加入甲基三乙氧基硅烷，加热反应后过滤、干燥得到硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵，将硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵、蓖麻油基聚氨酯、甘油混合高速分散得到混合物料，经过熔融挤出、注模得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料，本发明中以硅凝胶包覆聚磷酸铵制得硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵，硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵中硅元素具有较高的热稳定性，在高温时会产生稳定的硅氧化合物，硅氧化合物在高温时使聚磷酸铵的热稳定性增加，微胶囊结构起到隔绝氧气作用，使磷元素不被氧化，提高了聚磷酸铵作为阻燃物质的热稳定性，从而提高硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能；（2）本发明中甲醇钠是一种强碱类的酯交换反应催化剂，活性非常高，甲醇钠和三乙醇胺的混合催化剂在反应体系中有良好的溶解性，使反应保持均相体系，可以提高酯交换反应的转化率，得到具有多元醇结构的蓖麻油基聚氨酯，制备蓖麻油基聚氨酯时加入少量的磷酸二乙酯，磷酸二乙酯是一种柔性的结构，磷酸二乙酯使得聚氨酯泡沫的泡孔结构均匀，均匀的泡孔结构使得聚氨酯泡沫的力学强度增强，另外磷酸二乙酯能与蓖麻油基聚氨酯的多元醇分子链中在高温燃烧过程中分解生成偏磷酸，在燃烧过程中偏磷酸使聚氨酯泡沫脱水在表面形成一层紧密的碳层，阻止氧气和热量向聚氨酯基质内部进一步扩散，阻燃作用的聚磷酸铵受热分解可以催化聚氨酯发生脱水碳化反应，生成焦炭层，焦炭层难燃，具有隔热隔氧阻止燃烧，使聚氨酯泡沫导热性变差，受热量减少，热分解速度变慢，从而提高硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能，应用前景广阔。具体实施方式向带有滴液漏斗和冷凝装置的三口烧瓶中加入70～80ml蓖麻油、4～5g甲醇钠、5～7ml三乙醇胺，加热升温至50～60℃，启动搅拌器以200～300r/min的转速搅拌混合，向三口烧瓶中加入40～50ml甘油，保温搅拌反应3～4h，得到甘油醇解蓖麻油；向上述三口烧瓶中加入80～90ml己二异氰酸酯，继续反应2～3h，待三口烧瓶降温至50～60℃，依次向三口烧瓶中加入10～15ml磷酸二乙酯、20～30ml甘油和20～25ml马来酸酐，将3～5ml二月桂酸二丁基锡溶于35～40ml丙酮后倒入恒压滴液漏斗，以2～3ml/min的滴加速率滴入三口烧瓶中，边滴加边升温，控制升温速率为3～5℃/min，升温至80～82℃，继续反应3～4h，得到蓖麻油基聚氨酯；向烧杯中加入100～120g聚磷酸铵、230～250ml无水乙醇、100～120ml蒸馏水，搅拌混合20～25min，向烧杯中加入质量分数为35%的氨水调节ph为10.2～10.4，得到碱化物料；向碱化物料中加入20～25g甲基三乙氧基硅烷，对烧杯水浴加热升温至45～60℃，保温反应2～3h，过滤去除液体，得到凝胶，将凝胶用蒸馏水洗涤2～3次后，放入烘箱中，加热升温至80～90℃，干燥5～6h，得到硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵；按重量份数计，取90～100份蓖麻油基聚氨酯、20～30份硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵、30～40份80目的可膨胀性石墨、20～30份聚磷酸铵、10～15份甘油置于高速混合机中，以700～800r/min转速混合80～100min，得到混合物料；将混合物料加入到双螺杆挤出机中，控制喂料速度为7～8r/min，主机转速为30～35r/min，进行熔融混合，得到熔融物料，并将熔融物料注入定制的尺寸为15×20×10mm的预成型模具中，自然冷却至室温后脱模，得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料。实例1向带有滴液漏斗和冷凝装置的三口烧瓶中加入70ml蓖麻油、4g甲醇钠、5ml三乙醇胺，加热升温至50℃，启动搅拌器以200r/min的转速搅拌混合，向三口烧瓶中加入40ml甘油，保温搅拌反应3h，得到甘油醇解蓖麻油；向上述三口烧瓶中加入80ml己二异氰酸酯，继续反应2h，待三口烧瓶降温至50℃，依次向三口烧瓶中加入10ml磷酸二乙酯、20ml甘油和20ml马来酸酐，将3ml二月桂酸二丁基锡溶于35ml丙酮后倒入恒压滴液漏斗，以2ml/min的滴加速率滴入三口烧瓶中，边滴加边升温，控制升温速率为3℃/min，升温至80℃，继续反应3h，得到蓖麻油基聚氨酯；向烧杯中加入100g聚磷酸铵、230ml无水乙醇、100ml蒸馏水，搅拌混合20min，向烧杯中加入质量分数为35%的氨水调节ph为10.2，得到碱化物料；向碱化物料中加入20g甲基三乙氧基硅烷，对烧杯水浴加热升温至45℃，保温反应2h，过滤去除液体，得到凝胶，将凝胶用蒸馏水洗涤2次后，放入烘箱中，加热升温至80℃，干燥5h，得到硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵；按重量份数计，取90份蓖麻油基聚氨酯、20份硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵、30份80目的可膨胀性石墨、20份聚磷酸铵、10份甘油置于高速混合机中，以700r/min转速混合80min，得到混合物料；将混合物料加入到双螺杆挤出机中，控制喂料速度为7r/min，主机转速为30r/min，进行熔融混合，得到熔融物料，并将熔融物料注入定制的尺寸为15×20×10mm的预成型模具中，自然冷却至室温后脱模，得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料。实例2向带有滴液漏斗和冷凝装置的三口烧瓶中加入75ml蓖麻油、4g甲醇钠、6ml三乙醇胺，加热升温至55℃，启动搅拌器以250r/min的转速搅拌混合，向三口烧瓶中加入45ml甘油，保温搅拌反应3.5h，得到甘油醇解蓖麻油；向上述三口烧瓶中加入85ml己二异氰酸酯，继续反应2.5h，待三口烧瓶降温至55℃，依次向三口烧瓶中加入12ml磷酸二乙酯、25ml甘油和22ml马来酸酐，将4ml二月桂酸二丁基锡溶于37ml丙酮后倒入恒压滴液漏斗，以2ml/min的滴加速率滴入三口烧瓶中，边滴加边升温，控制升温速率为4℃/min，升温至81℃，继续反应3.5h，得到蓖麻油基聚氨酯；向烧杯中加入110g聚磷酸铵、240ml无水乙醇、110ml蒸馏水，搅拌混合22min，向烧杯中加入质量分数为35%的氨水调节ph为10.3，得到碱化物料；向碱化物料中加入22g甲基三乙氧基硅烷，对烧杯水浴加热升温至50℃，保温反应2.5h，过滤去除液体，得到凝胶，将凝胶用蒸馏水洗涤2次后，放入烘箱中，加热升温至85℃，干燥5.5h，得到硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵；按重量份数计，取95份蓖麻油基聚氨酯、25份硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵、35份80目的可膨胀性石墨、25份聚磷酸铵、12份甘油置于高速混合机中，以750r/min转速混合85min，得到混合物料；将混合物料加入到双螺杆挤出机中，控制喂料速度为7r/min，主机转速为32r/min，进行熔融混合，得到熔融物料，并将熔融物料注入定制的尺寸为15×20×10mm的预成型模具中，自然冷却至室温后脱模，得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料。实例3向带有滴液漏斗和冷凝装置的三口烧瓶中加入80ml蓖麻油、5g甲醇钠、7ml三乙醇胺，加热升温至60℃，启动搅拌器以300r/min的转速搅拌混合，向三口烧瓶中加入50ml甘油，保温搅拌反应4h，得到甘油醇解蓖麻油；向上述三口烧瓶中加入90ml己二异氰酸酯，继续反应3h，待三口烧瓶降温至60℃，依次向三口烧瓶中加入15ml磷酸二乙酯、30ml甘油和25ml马来酸酐，将5ml二月桂酸二丁基锡溶于40ml丙酮后倒入恒压滴液漏斗，以3ml/min的滴加速率滴入三口烧瓶中，边滴加边升温，控制升温速率为5℃/min，升温至82℃，继续反应4h，得到蓖麻油基聚氨酯；向烧杯中加入120g聚磷酸铵、250ml无水乙醇、120ml蒸馏水，搅拌混合25min，向烧杯中加入质量分数为35%的氨水调节ph为10.4，得到碱化物料；向碱化物料中加入25g甲基三乙氧基硅烷，对烧杯水浴加热升温至60℃，保温反应3h，过滤去除液体，得到凝胶，将凝胶用蒸馏水洗涤3次后，放入烘箱中，加热升温至90℃，干燥6h，得到硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵；按重量份数计，取100份蓖麻油基聚氨酯、30份硅凝胶微胶囊化聚磷酸铵、40份80目的可膨胀性石墨、30份聚磷酸铵、15份甘油置于高速混合机中，以800r/min转速混合100min，得到混合物料；将混合物料加入到双螺杆挤出机中，控制喂料速度为8r/min，主机转速为35r/min，进行熔融混合，得到熔融物料，并将熔融物料注入定制的尺寸为15×20×10mm的预成型模具中，自然冷却至室温后脱模，得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料。对比例以广州某公司生产的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料作为对比例对本发明制得的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料和对比例中的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料进行性能检测，检测结果如表1所示：1、测试方法：阻燃等级测试按阻燃等级由hb，v-2，v-1向v-0逐级递增的标准进行检测；氧指数测试采用氧指数测定仪进行性能检测；表1测试项目实例1实例2实例3对比例阻燃等级（级）v-1v-0v-0v-2氧指数31333420水平燃烧长度（mm）43224垂直燃烧时间（s）0001根据上述中数据可知本发明制得的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能好，阻燃等级达到0级，具有广阔的应用前景。当前第1页12