一种聚氨酯阻燃隔热材料、隔热铝合金及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，尤其是涉及一种聚氨酯阻燃隔热材料、隔热铝合金及其制备方法。

背景技术：

1、聚氨酯，是指主链中含有氨基甲酸酯特征单元的一类高分子材料，它比pvc发泡材料有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，具有更小的压缩变型性。这种高分子材料广泛用于黏合剂、涂层、低速轮胎、垫圈、车垫等工业领域，在日常生活领域,聚氨酯被用来制造各种泡沫和塑料海绵。由于聚氨酯具有非常低的导热系数，以其为基础的新型墙体保温材料已经发展成熟，目前广泛应用于家居、建筑、交通、家电等领域。然而，高分子材料如塑料、橡胶、纤维等，而这些材料大多数是可以燃烧的，因而时常需要加入阻燃剂等功能助剂。

2、相关技术中公开了一种聚氨酯阻燃隔热材料，其原料包括以下重量份的组分：聚醚多元醇10-20份；阻燃剂5-15份；稳泡剂1-3份；发泡剂0.2-0.8份；催化剂0.01-0.04份；表面活性剂0.5-1.5份；异氰酸酯20-30份。

3、上述的聚氨酯阻燃隔热材料内部具有很多气泡，材料主要是依靠胞体支撑，而胞体容易出现穿孔、裂纹等缺陷，导致材料的力学性能较差。

技术实现思路

1、为了在保证聚氨酯材料阻燃和隔热性能的前提下，提高材料力学性能，本技术提供一种聚氨酯阻燃隔热材料、隔热铝合金及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种聚氨酯阻燃隔热材料，采用如下的技术方案：

3、一种聚氨酯阻燃隔热材料，其原料包括以下重量份的组分：

4、聚醚多元醇10-20份；

5、阻燃剂5-15份；

6、稳泡剂1-3份；

7、发泡剂0.2-0.8份；

8、催化剂0.01-0.04份；

9、表面活性剂0.5-1.5份；

10、异氰酸酯20-30份；

11、改性植物纤维5-10份；

12、所述改性植物纤维包括疏水改性芦苇纤维以及包覆在疏水改性芦苇纤维表面的阻燃纤维素气凝胶层。

13、通过采用上述技术方案，纤维素气凝胶是继无机气凝胶和有机气凝胶之后的第三代气凝胶，同时具备天然高分子材料以及纳米多孔材料的诸多优点,不仅生物相容性良好、容易降解、成本低，同时具有较高的孔隙率和比表面积，现已被广泛应用。虽然纤维素气凝胶具有诸多优异的特性,但同时也存在一些缺点，例如，较高的孔隙率虽然使气凝胶具有良好的吸附性能和隔热性能,但同时也导致气凝胶力学性能较差；芦苇纤维作为纤维增强材料，力学性能较好，但是耐热性较差，存在易吸潮和易燃的缺点，疏水改性一方面能够降低芦苇纤维的吸湿率，另一方面可以改善芦苇纤维与阻燃纤维素气凝胶层的相容性，在疏水改性芦苇纤维表面包覆阻燃纤维素气凝胶层，能够阻隔外界的热量，提高疏水改性芦苇纤维的耐热性，而且疏水改性芦苇纤维也能够提高阻燃纤维素气凝胶层的力学性能，因此，在聚氨酯阻燃隔热材料材料中加入改性植物纤维后，改性植物纤维本身具有阻燃和保温的特性，而且在材料中形成立体三维网状结构，既可以保证材料的阻燃和保温性能，还可以提高材料的力学性能。

14、可选的，所述疏水改性芦苇纤维的制备方法包括以下步骤：

15、破碎处理：将芦苇杆晾干后进行剪切破碎，得到芦苇纤维；

16、预处理：将芦苇纤维与水混合均匀，静置，超声处理，固液分离，水洗，干燥，得到预处理纤维；

17、疏水改性：将预处理纤维加入冰乙酸溶液中，混合均匀，微波处理，取出冷却至室温，加入乙酸酐和浓硫酸，混合均匀，在微波条件下进行酯化反应，反应完毕后固液分离，水洗至中性，干燥，得到疏水改性芦苇纤维。

18、通过采用上述技术方案，芦苇纤维未改性前亲水性好，容易吸潮，且与阻燃纤维素气凝胶层相容性较差，乙酸酐与芦苇纤维中的纤维素、木质素、半纤维素表面的羟基发生酯化反应，提高了芦苇纤维的疏水性，改善了芦苇纤维与阻燃纤维素气凝胶层的界面相容性，且提高了芦苇纤维的热稳定性。

19、可选的，所述超声处理的频率为50-60khz，时间为5-10min。

20、通过采用上述技术方案，短时间的超声处理能够提高芦苇纤维的比表面积和反应性能，有利于促进酯化反应，提高酯化度。

21、可选的，所述微波处理功率为380-420w，微波处理时间为4-8min；所述酯化反应时微波的功率为300-340w，时间为1-2min。

22、通过采用上述技术方案，在上述微波条件下，有利于促进酯化反应，提高酯化度。

23、可选的，所述疏水改性中，预处理纤维与乙酸酐的固液比为0.1-0.2g/ml。

24、通过采用上述技术方案，乙酸酐用量太少，芦苇纤维接枝的乙酰基太少；乙酸酐用量太多，芦苇纤维接枝的乙酰基已经饱和，造成原料浪费，因此，预处理纤维与乙酸酐的固液比优选为0.1-0.2g/ml。

25、可选的，所述改性植物纤维的制备方法包括以下步骤：

26、制备第一悬浮液：将纤维素纳米纤维与水混合均匀，得到第一悬浮液；

27、制备第二悬浮液：将蒙脱土与水混合均匀，得到第二悬浮液；

28、制备混合液：将第一悬浮液与第二悬浮液混合均匀，得到混合液；

29、改性处理：将三聚氰胺甲醛树脂与混合液混合均匀，得到复合液，将疏水改性芦苇纤维浸泡于复合液中，取出后置于容器中，在液氮/乙醇浴中冷冻，取出后在真空条件下冷冻干燥，得到改性植物纤维。

30、通过采用上述技术方案，纤维素气凝胶易燃、力学性能较差，因此本技术采用蒙脱土和三聚氰胺甲醛树脂配合增强了纤维素气凝胶的力学性能和热稳定性，从而使纤维素气凝胶具备阻燃性能，制备的改性植物纤维在保证聚氨酯材料阻燃和隔热性能的前提下，提高材料力学性能。

31、可选的，所述纤维素纳米纤维、三聚氰胺甲醛树脂和蒙脱土的质量比为1:1：(0.8-1)。

32、通过采用上述技术方案，蒙脱土加入太少，阻燃性能提升较小，蒙脱土加入太多，会降低纤维素气凝胶的隔热性能，因此，三种原料的配比在上述范围内时，纤维素气凝胶的综合性能较好。

33、可选的，所述冷冻干燥时的温度为-55～-60℃，冷冻干燥时间为70-80h。

34、通过采用上述技术方案，在上述条件下进行冷冻干燥，能够得到气孔和骨架结构更加均匀的阻燃纤维素气凝胶层。

35、第二方面，本技术提供一种聚氨酯阻燃隔热材料的制备方法，采用如下的技术方案：

36、一种聚氨酯阻燃隔热材料的制备方法，包括以下步骤：

37、步骤一，将聚醚多元醇、阻燃剂、稳泡剂、发泡剂、催化剂、表面活性剂和改性植物纤维混合均匀，得到混合物；

38、步骤二，向混合物中加入异氰酸酯，混合均匀，静置，加热反应，得到聚氨酯阻燃隔热材料。

39、通过采用上述技术方案，加入了具有阻燃和保温特性的改性植物纤维，在材料中形成立体三维网状结构，既可以保证材料的阻燃和保温性能，还可以提高材料的力学性能。

40、第三方面，本技术提供一种隔热铝合金，采用如下的技术方案：

41、一种隔热铝合金，包括隔热层和位于隔热层两侧的铝合金型材，所述隔热层由上述的聚氨酯阻燃隔热材料制成。

42、通过采用上述技术方案，采用本技术中的聚氨酯阻燃隔热材料制备隔热层，导热系数低、力学性能好、阻燃性能好，提高了隔热铝合金的隔热性能，且降低了火灾隐患。

43、综上所述，本技术具有以下有益效果：

44、1、由于本技术在聚氨酯阻燃隔热材料材料中加入改性植物纤维后，改性植物纤维本身具有阻燃和保温的特性，而且在材料中形成立体三维网状结构，既可以保证材料的阻燃和保温性能，还可以提高材料的力学性能。

45、2、本技术对芦苇纤维进行疏水改性，提高了芦苇纤维的疏水性，改善了芦苇纤维与阻燃纤维素气凝胶层的界面相容性，且提高了芦苇纤维的热稳定性。

46、3、本技术本技术采用蒙脱土和三聚氰胺甲醛树脂配合增强了纤维素气凝胶的力学性能和热稳定性，从而使纤维素气凝胶具备阻燃性能。