专利名称：阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料及制备方法，属于改性硬质聚氨酯泡沫塑料的 制造方法技术领域。
背景技术：
硬质聚氨酯泡沫塑料最大优点是质轻、隔热保温性好、吸音及缓冲抗震性优良，具有较高的压缩强度和较好的尺寸稳定性，因而广泛应用于国防、建筑及交通等国民经济各部门。随着硬质聚氨酯泡沫塑料的应用范围逐渐扩大，人们也逐渐认识到，增加硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃性是极为重要的。硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃化，具体方法有以下四种(1)反应型阻燃剂，在泡沫塑料原料中引入具有阻燃作用的元素，如磷、卤素等，此法燃烧时会产生刺激性气体，不利于环保；⑵添加型阻燃剂，在原料中添加不具有反应活性的但具有阻燃作用的物质，发泡成型后，阻燃性物质分散在泡沫塑料中浸溃法，把泡沫塑料浸于含阻燃剂的液体中，之后取出干燥；⑷防火涂层法，在泡沫塑料的外层，另加一层防火涂层。后两者方法应用范围较小，不适用于闭孔率较高的硬聚氨酯泡沫塑料。常用的是第二种方法，也是应用得最早、简便而经济的方法。其中，添加无机型阻燃剂早已受到人们的重视。无机阻燃剂在复合材料中有阻燃、抑烟效果，还赋予材料无毒、无腐蚀性和价格低廉等优点。目前无机阻燃剂主要品种有氢氧化铝、氢氧化镁、无机磷等，而氢氧化铝的热分解温度比氢氧化镁低，不能再较高温的温度下加工，不能满足聚合物材料加工成型要求；无机磷在实际应用中易吸潮、氧化，并释放出剧毒气体，粉尘易爆炸，使用受到很大的局限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中的不足，提供一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料及制备方法，采取将无机粒子纳米氢氧化镁与微胶囊化红磷协同使用，提高了复合材料的阻燃性能。为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下
一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，它包括由以下原料制备而成，所述原料按重量计为改性纳米氢氧化镁27-40份，微胶囊化红磷10-13份，聚环氧丙烷30-50份，异氰酸酯30-45份，发泡剂5-15份，二月桂酸二丁基锡O. 5-2份。按上述方案，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基多次甲基多异氰酸酯中的任意一种。按上述方案，所述聚环氧丙烧为分子量为600-2000。按上述方案，所述的改性纳米氢氧化镁是由纳米氢氧化镁经硅烷偶联剂ΚΗ-550进行了湿法改性，纳米氢氧化镁的表面有机官能团化，湿法改性步骤如下
⑴将纳米氢氧化镁粒子于110°c干燥后，配制成4mol/L的水溶液；
⑵将质量浓度为98%硅烷偶联剂KH-550溶于乙醇和水的混合溶液中，制备成质量分数为50%的KH-550预水解溶液待用；
⑶将纳米氢氧化镁的水溶液滴加到KH-550预水解溶液,纳米氢氧化镁与硅烷偶联剂KH-550的质量比例为100:3 ；
⑷用超声波仪在60°C下持续超声和搅拌2h，将反应后的混合物经抽滤醇洗后，于80 V下真空干燥，得到湿法改性纳米氢氧化镁。按上述方案，所述的纳米氢氧化镁的粒径为40_100nm。
本发明所述的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料的制备方法，它包括以下步骤
(1)按重量份数计，称取改性纳米氢氧化镁2-40份，微胶囊化红磷10-13份，聚环氧丙烷30-50份，异氰酸酯30-45份，发泡剂5-15份，二月桂酸二丁基锡O. 5-2份；
(2)采用超声将改性纳米氢氧化镁、微胶囊化红磷、发泡剂、二月桂酸二丁基锡分散在聚环氧丙烷中，充分混合均匀，再加入异氰酸酯，搅拌混合，泡体发白时倒入模具中自由发泡l_3min，于干燥箱中80-120°C熟化，冷却脱模后，即得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料。硬质聚氨酯泡沫塑料的基本化学反应包括异氰酸酯与羟基的反应、异氰酸酯与胺的链增长反应、异氰酸酯与水的发泡反应和异氰酸酯的交联反应等。上述反应在泡沫制备中都是以较快的速度同时进行。在弱碱、强碱和许多金属离子二月桂酸二丁基锡作用下，部分反应甚至能够在几分钟之内完成，最后形成聚氨酯泡沫体。其制备过程中的反应原理如下
(1)异氰酸酯与羟基的反应
异氰酸酯与含羟基化合物的反应是RPUF制备中主要反应，在通常条件下，醇类化合物
和异氰酸酯发生反应，在室温至较高温度范围内进行，生成聚氨基甲酸酯。
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It
R - M:C > - Ir -■ Ol I- - R.... f -C ■ - U -- K'(2)异氰酸酯与水的反应
带有异氰酸酯基团的化合物或高分子链节和水反应先形成不稳定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳
R ~ Nt T) · HDH — K - N H -C -C )H~ R * NM, +CO' I . .I!— 一
O
(3)异氰酸酯与胺的反应
胺基进一步和异氰酸酯反应生成含有脲基的高聚物。无二月桂酸二丁基锡存在下，反
应也能较快的进行。碱性越强的胺基化合物与异氰酸酯的反应能力也越强。
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Il
R-NCOi R'-Nl I2~湖-C-NH-R*上述两种反应都属于链增长反应，也可视作发泡反应。
OO
R-NiX) ir-Ni IC-Nii- r-\ Niir
'c'...o
(4)交联反应
在聚氨酯合成的反应中，生成的氨基甲酸酯基和脲基中氮原子上的氢在一定条件下都能与异氰酸酯发生反应使分子键产生支化。
权利要求
1.一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，它包括由以下原料制备而成，所述原料按重量计为改性纳米氢氧化镁27-40份，微胶囊化红磷10-13份，聚环氧丙烷30-50份，异氰酸酯30-45份，发泡剂5-15份，二月桂酸二丁基锡O. 5-2份。
2.根据权利要求I所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，其特征在于所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和多苯基多次甲基多异氰酸酯中的任意一种。
3.根据权利要求I所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，其特征在于所述聚环氧丙烧的分子量为600-2000。
4.根据权利要求I所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，其特征在于所述的改性纳米氢氧化镁是由纳米氢氧化镁经硅烷偶联剂KH-550进行了湿法改性制备得到的，纳米氢氧化镁的表面有机官能团化。
5.根据权利要求4所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，其特征在于所述的纳米氢氧化镁经硅烷偶联剂KH-550进行湿法改性的步骤如下 ⑴将纳米氢氧化镁粒子于110°C干燥后，配制成4mol/L的水溶液； ⑵将质量浓度为98%硅烷偶联剂KH-550溶于乙醇和水的混合溶液中，制备成质量分数为50%的KH-550预水解溶液待用； ⑶将纳米氢氧化镁的水溶液滴加到KH-550预水解溶液,纳米氢氧化镁与硅烷偶联剂KH-550的质量比例为100:3 ； ⑷用超声波仪在60°C下持续超声和搅拌2h，将反应后的混合物经抽滤醇洗后，于80 V下真空干燥，得到湿法改性纳米氢氧化镁。
6.根据权利要求4或5所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，其特征在于所述的纳米氢氧化镁的粒径为40-100nm。
7.权利要求I所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料的制备方法，它包括以下步骤 (1)按重量份数计，称取改性纳米氢氧化镁27-40份，微胶囊化红磷1-13份，聚环氧丙烷30-50份，异氰酸酯30-45份，发泡剂5-15份，二月桂酸二丁基锡O. 5-2份，备用； (2)采用超声将改性纳米氢氧化镁、微胶囊化红磷、发泡剂、二月桂酸二丁基锡分散在聚环氧丙烷中，充分混合均匀，再加入异氰酸酯，搅拌混合，泡体发白时倒入模具中自由发泡l_3min，于干燥箱中80-120°C熟化，冷却脱模后，即得到阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，其特征在于所述的改性纳米氢氧化镁是由纳米氢氧化镁经硅烷偶联剂KH-550进行了湿法改性制备得到的，纳米氢氧化镁的表面有机官能团化。
9.根据权利要求8所述的一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料，其特征在于所述的纳米氢氧化镁经硅烷偶联剂KH-550进行湿法改性的步骤如下 ⑴将纳米氢氧化镁粒子于110°C干燥后，配制成4mol/L的水溶液； ⑵将质量浓度为98%硅烷偶联剂KH-550溶于乙醇和水的混合溶液中，制备成质量分数为50%的KH-550预水解溶液待用； ⑶将纳米氢氧化镁的水溶液滴加到KH-550预水解溶液,纳米氢氧化镁与硅烷偶联剂KH-550的质量比例为100:3 ； ⑷用超声波仪在60°C下持续超声和搅拌2h，将反应后的混合物经抽滤醇洗后，于80 V下真空干燥，得到 湿法改性纳米氢氧化镁。
全文摘要
本发明涉及一种阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料复合材料及制备方法，它包括由以下原料制备而成，所述原料按重量计为改性纳米氢氧化镁27-40份，微胶囊化红磷10-13份，聚环氧丙烷30-50份，异氰酸酯30-45份，发泡剂5-15份，二月桂酸二丁基锡0.5-2份。本发明采取将无机粒子纳米氢氧化镁与微胶囊化红磷协同使用，提高了复合材料的阻燃性能，复合材料的氧指数增加到31%，水平燃烧等级达到HB40，垂直燃烧等级达到V-0。
文档编号C08G101/00GK102775766SQ201210292790
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者刘生鹏, 张良均, 樊庆春, 许莉莉, 金晶 申请人:武汉工程大学