一种力学性能优良的阻燃聚氨酯软泡及其制备方法与流程

本发明涉及聚氨酯软质泡沫领域，更具体地说，它涉及一种力学性能优良的阻燃聚氨酯软泡及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯软质泡沫是一种极易燃的材料，燃烧过程中会发生滴落现象，并释放大量的有毒烟雾，在应用时存在着极大的安全隐患。而在交通建筑以及汽车内饰等多个领域都对聚氨酯泡沫的阻燃性能提出了一定的要求，这就需要使用环保、高效的阻燃剂来提升聚氨酯软泡的阻燃性能并降低燃烧过程中有害气体的释放，同时还要尽可能不对材料本身的性能如密度、回弹性及隔热保温等性能造成不良影响。

2、阻燃剂在多元醇中的质量比一般需达到10％～20％才能满足泡沫产品的阻燃需求，而聚合物中添加大量的填料一般都会导致泡沫的综合性能降低，尤其是红磷、膨胀石墨和三氧化二铝等粉体阻燃剂，一方面，这类阻燃剂往往在多元醇中的相容性差、且易团聚，即使降低固体的粒径，泡沫的阻燃性也容易随着时间的推移和光、热、湿、氧化等因素的作用而逐渐下降；另一方面，当添加量超过一定范围时，会导致聚氨酯软泡的压缩、拉伸和撕裂等各项力学性能下降，甚至使泡沫出现塌陷、开裂或粉化等现象。

3、工业上常用的小分子液体阻燃剂本身具有一定的挥发性和迁移性，而某些阻燃剂之间及阻燃剂与聚合多元醇之间的结构差别很大，尤其是组合料在低温下长时间储存后，容易在聚合物中形成明显的断层现象，这会使聚合物的结构性能下降，从而降低了泡沫制品的力学性能。

4、公开号专利cn112979914a公布了一种填充石墨型高效阻燃高回弹聚氨酯海绵及其制备方法，该方法中使用的阻燃体系会在一定程度上降低聚氨酯海绵的回弹性和拉伸强度，且对发泡机械和设备的要求较高。专利cn108383973b公开了一种全水发泡喷涂软质阻燃聚氨酯保温材料及其制备方法，配方中用到的三(2-氯乙基)磷酸酯(tcep)、三(2-氯丙基)磷酸酯(tcpp)等低分子量磷酸酯在长时间使用后容易从泡沫体中迁移、挥发，从而降低阻燃效果的持久性。公开号专利cn115028801a公布了一种慢回弹聚氨酯海绵及其制备方法，通过将反应型阻燃剂中引入多羟基结构来提高阻燃剂与聚氨酯海绵之间的相容性，虽然降低了阻燃剂对海绵力学性能的影响，但该阻燃剂的制备流程复杂且耗时长。

5、为解决上述技术问题，本发明提出了一种力学性能优良、阻燃效果持久且制备流程简单的阻燃聚氨酯软泡及其制备方法。

技术实现思路

1、本发明提供一种力学性能优良的阻燃聚氨酯软泡及其制备方法。

2、一种力学性能优良的阻燃聚氨酯软泡，由组分a和组分b组成，组分a与组分b的重量比为2∶1～10∶3；

3、组分a:组合聚醚多元醇90～100份、催化剂0.5～1.3份、稳泡剂0.8～1.5份、发泡剂2～4份、液体阻燃剂5～15份；

4、组分b:二异氰酸酯。

5、组合聚醚多元醇为分子量为阻燃聚醚多元醇、高活性聚醚多元醇和聚合物多元醇中两种或两种以上混合物，其重量份数比例为2∶2∶1～3∶5∶2。

6、阻燃聚醚多元醇为采用含磷、卤素、锑、氮、硼等阻燃元素的起始剂与氧化烯烃开环聚合后得到的聚醚多元醇，包括但不限于卤代聚醚多元醇、含氮软泡阻燃聚醚多元醇、含磷含氯聚醚多元醇、含锑含氯聚醚多元醇、含磷锑氯的聚醚多元醇。

7、高活性聚醚多元醇为分子量为4500～6500的环氧丙烷-环氧乙烷共聚醚三醇。

8、聚合物多元醇是以通用软泡聚醚三醇、高活性聚醚为基础聚醚，并以苯乙烯-丙烯腈混合单体为接枝单体的接枝聚醚多元醇。

9、组分a中的催化剂为高活性凝胶型胺类催化剂，中等活性胺类催化剂以及不含锡耐水解的环保金属/胺催化剂的混合物。

10、高活性凝胶型胺类催化剂为三亚乙基二胺、n,n-二甲基-n',n'-二(2-羟丙基)-1,3-丙二胺等中的一种或多种；

11、中等活性胺类催化剂包含n-甲基吗啉、n-乙基吗啉、n-环己基吗啉、n-甲基n’-羟乙基哌嗪、n,n-二甲基(4-甲基-1-哌嗪基)乙胺中的一种或多种；所述不含锡的环保金属/胺催化剂包含市售focat-8002、focat-8003m、cucat-rm30a和cucat-rm30b中的一种或多种。

12、发泡剂包括但不限于低沸点烃类、水、co2等，优选水、co2、丁烷、戊烷、环戊烷中的至少一种，更优选水。

13、稳泡剂为聚硅氧烷-聚氧化烯烃类共聚物。具体的实例包含但不限于l-580、ak-8805、y-10366等。

14、液体阻燃剂包含反应型阻燃剂、高分子量卤代多磷酸酯、芳香族磷酸酯类阻燃剂中的一种或多种。

15、反应型阻燃剂包括但不限于三(一缩二丙二醇)亚磷酸酯、n,n-二(羟乙基)氨基亚甲基膦酸二乙酯、n,n-二(2-羟乙基)氨甲基膦酸酯、有机磷酸酯二醇，其他可从商业上购买的反应型软泡阻燃剂有exolit op550、op560、p430、wsfr-6和wsfr-780。

16、高分子卤代多磷酸酯包括但不限于四(2-氯乙基)二亚乙基醚二磷酸酯(cr-505)、四(2-氯乙基)亚乙基二磷酸酯(t-101)、四(2-氯乙基)-2,2-二氯甲基-1.3-亚丙基二磷酸酯(fr-v6)、四(1,3-二氯异丙基)-2,2-二氯甲基-1,3-亚丙基二磷酸酯(fro-1)，其他可从商业上购买的高分子卤代多磷酸酯有fyrol-99、antiblaze bk-69、antiblaze 117-hf、bn-780、wsfr-118、yoke v100和yoke-m1。

17、芳香族磷酸酯类阻燃剂包括但不限于异丙基化三苯基磷酸酯、磷酸三甲苯、间苯二酚双(二苯基磷酸酯)、双酚a一双(二苯基磷酸酯)，其他可从商业上购买的芳香族磷酸酯类阻燃剂包括美国科聚亚公司的reofos nhp、wsfr-117hf和fyrol hf-4。

18、液体阻燃剂为反应型阻燃剂，或反应型阻燃剂和高分子量卤代多磷酸酯的混合物(比例为1∶3～5∶1)，或反应型阻燃剂和芳香族磷酸酯类阻燃剂的混合物(比例为1∶1～6∶1)。

19、组分b中二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(tdi)，或其与二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、改性的二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种的混合物。

20、催化剂a33为高活性凝胶催化剂，其为市售产品，购于徐州熠辉扬新材料有限公司。

21、不含锡的耐水解的环保金属/胺催化剂focat-8003m为适用于mdi聚醚发泡体系的催化剂，其为市售产品，购于广州优润合成材料有限公司。

22、混合反应型海绵阻燃剂wsfr-780是羟值为46±2，粘度为500～1000cps(25℃)的透明液体，氯含量≥38.8％，溴含量≥9.8％，磷含量＞7％，其为市售产品，购于浙江万盛股份有限公司。

23、添加型阻燃剂wsfr hf-4为叔丁基化芳基磷酸酯，外观为无色至淡黄色透明液体，粘度为65～75mpa.s(25℃)，磷含量理论上为8.1％，其为市售产品，购于浙江万盛股份有限公司。

24、本发明还提出了该力学性能优良的阻燃聚氨酯软泡的制备方法：

25、将上述组合料中的组分a和组分b在温度20～30℃下以1200～2000r/min的速度搅拌均匀搅拌8～20s后快速倒入模具中，待泡沫停止生长后将其放在60～80℃烘箱中充分熟化10～24h即可得到力学性能优良的阻燃聚氨酯软泡。

26、本发明的有益效果在于：

27、本发明通过调整配方，在不改变生产工艺的前提下，减少了阻燃剂的添加对聚氨酯软泡各项性能的影响，尤其是拉伸、压缩和撕裂等力学性能保持良好，在某些力学性能方面甚至优于未添加阻燃剂的聚氨酯软泡。

28、本发明的阻燃体系均采用较高分子量液体阻燃剂，与聚合物的相容性较好，克服了粉体阻燃剂易团聚、小分子液体阻燃剂易迁移、易挥发等问题，一方面有效延长了阻燃剂在聚合多元醇中的储存时间，另一方面增加了聚氨酯软泡阻燃效果的稳定性与持久性。

29、本发明中用到的组合料配方和制备方法可用于手工发泡、高压(低压)机械发泡、模塑发泡、箱式发泡等多种发泡工艺。

30、该泡沫组合料中用耐水解的环保催化剂替代传统的有机锡类催化剂，且使用全水发泡，不仅有利于发泡组合料的储存，而且更容易满足多种泡沫制品对于可挥发性有机物含量等环保方面的出口要求。