一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法

本发明属于阻燃材料及其制备，特别涉及一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法。

背景技术：

1、软质聚氨酯泡沫(fpuf)因具有密度低、比强度大、回弹性好、吸音、透气等优点，被广泛用作汽车和飞机座椅坐垫材料、建筑保温与隔音外墙等。然而，fpuf塑料因碳氢链段含量高、比表面积大以及多孔结构而存在着火灾安全隐患，属于易燃材料。尤其是fpuf在燃烧过程中不仅热释放速率高，热释放量大，火焰传播速度快，不易熄灭，而且通常还伴随着熔融滴落和有毒烟气，极易引发重特大火灾事故，给人们的生命财产安全带来巨大的威胁。因此提高fpuf的阻燃性能有着十分重要的意义。

2、根据燃烧在时间上的划分，fpuf热分解与燃烧包括加热、热解、引燃和燃烧四个阶段。这四个阶段任意一个终止即可起到阻燃的作用。目前常采用以下三种方式来实现阻燃的目的：(1)提高fpuf的热稳定性，抑制其热分解行为；(2)凝聚相阻燃：提高fpuf成炭能力及成炭质量，阻止热量的传递，并隔绝可燃性分解产物和氧气；(3)气相阻燃：引入可捕获h·和oh·两种自由基的物质，终止燃烧反应的传递。事实上，因为fpuf结构多孔、密度低、比表面积大，加之碳氢链段较多，凝聚相阻燃相当困难，常以气相阻燃为主。卤系阻燃剂通过产生自由基终止燃烧链式反应可有效提高fpuf的阻燃性，但其燃烧时产生烟雾大、放出有毒气体及腐蚀性气体，限制了其广泛应用。磷系阻燃剂因克服了含卤阻燃剂的缺陷，且具有高阻燃性、低烟、低毒害、无腐蚀性气体产生的特点，可作为卤系阻燃剂的较好替代品用于阻燃fpuf。

3、植酸(phytic acid，pa)又称为肌醇六磷酸，大量存在于植物组织中，如豆类、谷物和油料种子等，具有较好的生物相容性、环境友好、无毒且易获得等特性。植酸含有特殊的肌醇六磷酸结构，其磷含量高达28wt％，是一种有效的生物质磷系阻燃剂。然而，植酸具有强酸性，直接用于阻燃fpuf时，会腐蚀其结构，严重破坏其机械性能。因此，在保持优异回弹性的基础上，如何合理利用植酸提高fpuf的阻燃性是一项亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，以确保制备的阻燃软质聚氨酯泡沫同时具有良好的阻燃性能和回弹性能。

2、本方案中的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，包括以下步骤：

3、(1)首先使用氨基化碳纳米管表面修饰软质聚氨酯泡沫；

4、(2)然后在修饰了氨基化碳纳米管的软质聚氨酯泡沫表面接枝植酸，即获得阻燃软质聚氨酯泡沫。

5、本方案的工作原理及其有益效果：本发明提供了基于表面处理制备环保阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特点是利用氨基化碳纳米管的耐酸碱腐蚀性及植酸的磷酸根与氨基的高反应活性，首先使用氨基化碳纳米管表面修饰软质聚氨酯泡沫(fpuf)以形成保护层，并赋予其多反应活性位点；然后，通过成盐反应将植酸接枝于氨基化碳纳米管上，于软质聚氨酯泡沫(fpuf)表面构筑了有机无机杂化表面阻燃涂层，制得具有高阻燃性能的阻燃软质聚氨酯泡沫。该制备工艺简单、可大规模应用，且使用的原料绿色可再生；另外，制备的阻燃软质聚氨酯泡沫仍然具有较好的回弹性。

6、进一步，步骤(1)中，氨基化碳纳米管表面修饰软质聚氨酯泡沫的具体过程为：将氨基化碳纳米管超声分散于乙醇与水的混合溶液中，得到混合体系；再将软质聚氨酯泡沫浸泡于混合体系中并按压3～20次，使液体充分渗入软质聚氨酯泡沫的孔隙中后取出烘干。

7、进一步，步骤(1)中，所述混合溶液中，乙醇和水的体积比为(0.2～5)：1。其中，(0.2～5)：1是指混合溶液中，每1ml水，需要使用0.2～5ml的乙醇与其混合。

8、进一步，步骤(1)中，所述氨基化碳纳米管与混合溶液的添加量比为(0.1～1g)：500ml。其中，(0.1～1g)：500ml是指每500ml混合溶液，需要投放的氨基化碳纳米管的量为0.1～1g。

9、进一步，步骤(1)中，软质聚氨酯泡沫浸泡于混合体系后的烘干温度为40～90℃。

10、进一步，步骤(2)中，接枝植酸的具体过程为：将氨基化碳纳米管修饰后的软质聚氨酯泡沫浸泡于植酸溶液中反应4～10h后取出烘干即可。

11、进一步，步骤(2)中，所述植酸溶液的浓度为0.5～3wt％。

12、进一步，步骤(2)中，所述烘干温度为40～90℃。

13、相比于现有技术相，本发明具有以下优点：

14、(1)采用具有耐酸碱性的氨基化碳纳米管先修饰软质聚氨酯泡沫(fpuf)以形成保护层，可克服植酸的强酸性对软质聚氨酯泡沫(fpuf)骨架结构的腐蚀和破坏，保持了软质聚氨酯泡沫(fpuf)优异的力学性能，使其具备良好的回弹性能；

15、(2)充分利用了植酸与氨基化碳纳米管的成盐反应特性，在软质聚氨酯泡沫(fpuf)表面构筑有机无机杂化阻燃涂层，显著提高了阻燃软质聚氨酯泡沫的阻燃性能；

16、(3)采用的植酸是一种高效环保生物质阻燃剂，且制备的工艺简单，易实现批量生产。

技术特征：

1.一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：步骤(1)中，氨基化碳纳米管表面修饰软质聚氨酯泡沫的具体过程为：将氨基化碳纳米管超声分散于乙醇与水的混合溶液中，得到混合体系；再将软质聚氨酯泡沫浸泡于混合体系中并按压3～20次，使液体充分渗入软质聚氨酯泡沫的孔隙中后取出烘干。

3.根据权利要求2所述的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述混合溶液中，乙醇和水的体积比为0.2～5：1。

4.根据权利要求3所述的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氨基化碳纳米管与混合溶液的添加量比为0.1～1g：500ml。

5.根据权利要求4所述的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：步骤(1)中，软质聚氨酯泡沫浸泡于混合体系后的烘干温度为40～90℃。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：步骤(2)中，接枝植酸的具体过程为：将氨基化碳纳米管修饰后的软质聚氨酯泡沫浸泡于植酸溶液中反应4～10h后取出烘干即可。

7.根据权利要求6所述的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述植酸溶液的浓度为0.5～3wt％。

8.根据权利要求7所述的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述烘干温度为40～90℃。

技术总结
本方案公开了阻燃材料及其制备技术领域的一种制备阻燃软质聚氨酯泡沫的方法，包括以下步骤：(1)首先使用氨基化碳纳米管表面修饰软质聚氨酯泡沫；(2)然后在修饰了氨基化碳纳米管的软质聚氨酯泡沫表面接枝植酸，即获得阻燃软质聚氨酯泡沫。本发明利用氨基化碳纳米管的耐酸碱腐蚀性及植酸的磷酸根与氨基的高反应活性，首先使用氨基化碳纳米管表面修饰软质聚氨酯泡沫(FPUF)以形成保护层，并赋予其多反应活性位点；然后，通过成盐反应将植酸接枝于氨基化碳纳米管上，于软质聚氨酯泡沫(FPUF)表面构筑了有机无机杂化表面阻燃涂层，制得具有高阻燃性能的阻燃软质聚氨酯泡沫。

技术研发人员：陈光艳,胡再银,谢艺
受保护的技术使用者：茅台学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13