[發明專利]一種納米粒子阻燃劑改性硬質聚氨酯PIR泡沫材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210436986.8
• 申請日: 2012-10-27
• 公開（公告）號: CN103788622A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 王萬金;賀奎;鄒美帥;朱寧;吳敬朋;夏義兵;袁振;楊輝;董全霄;楊榮杰;何吉宇
• 申請（專利權）人: 北京市建筑工程研究院有限責任公司
• 主分類號: C08L75/06
• 分類號: C08L75/06;C08L75/08;C08K3/26;C08G18/76;C08G18/48;C08G18/42;C08J9/14;C08G101/00
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技術領域

本發明涉及一種阻燃硬質聚氨酯改性PIR泡沫材料及其制備方法，特別是一種納米粒子阻燃劑改性硬質聚氨酯PIR泡沫材料及其制備方法，屬于建筑保溫材料制造及應用技術領域。

背景技術

PIR(聚異氰脲酸酯)泡沫材料自身耐熱、阻燃性能好，尺寸穩定性優異，但材料脆性較強，沒有使用價值。常利用聚氨酯對PIR材料進行化學改性，得到的改性PIR泡沫材料物理性能優異，耐熱性能較優，阻燃性能可達到B2級(GB8624)，用于建筑維護結構保溫材料節能效果顯著。近幾年，國內的不少火災均是由聚氨酯泡沫材料引起的，并造成了重大損失。因此，建筑領域嚴格限制B1級(難燃)以下保溫材料的使用，對保溫材料的燃燒性能提出了更高要求。目前關于該種材料的阻燃方法報道較多，常采用的阻燃劑為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。添加型阻燃劑有磷、鹵、氮系和氫氧化物等阻燃劑。磷系阻燃劑的阻燃效果明顯，與聚醚多元醇的相容性好，而被廣泛應用于PU/PIR泡沫行業，但它們的相對分子質量小，用量大，兼有增塑作用，在材料內部存在遷移性，因此其阻燃效果會伴隨時間增長而減弱，影響材料的整體安全性。磷-鹵復合阻燃劑阻燃效果優異，但其發煙量大，毒性大，一旦發生火災，對人體危害性較大。因此，開發一種低煙低毒難燃的泡沫材料顯得非常重要。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，而提供一種納米粒子阻燃劑改性硬質聚氨酯PIR泡沫材料。納米碳酸(氫)鹽粒子具有增韌補強、提高熱變形溫度、改善尺寸穩定的作用，在塑料、橡膠、涂料和造紙工業等方面具有廣泛的研究與應用。納米碳酸(氫)鹽粒子在受熱過程中會發生分解反應，釋放出CO₂和結晶水，吸收熱量，稀釋助燃性氣體氧氣的濃度，達到阻燃目的。納米碳酸氫鈉、納米碳酸鎂和納米碳酸鈣的協同阻燃效果優異，具有明顯抑煙作用，能使聚氨酯改性的PIR泡沫材料具有更高的阻燃性能。但對于三種碳酸鹽的最佳配比及其在聚氨酯改性的PIR泡沫材料中阻燃的應用還沒有進行專門的研究，本發明首次利用納米碳酸鹽粒子的協同阻燃性能，將其作為阻燃劑應用到聚氨酯改性PIR泡沫阻燃技術中。不僅解決了磷系阻燃劑遷移失效的問題，同時也解決了磷-鹵復合體系發煙量大的缺點。同時納米碳酸(氫)鹽粒子自身具有無揮發性、無毒，是一種環境友好型阻燃劑。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

一種納米粒子阻燃劑改性硬質聚氨酯PIR泡沫材料，將黑料和白料準確稱量后，倒入到不同的容器中備用，將準確稱量的不同質量百分比的納米粒子阻燃劑加入到白料中，形成改性白料，然后將黑料倒入到改性白料中混合均勻，攪拌至發泡反應9s后，立即注入模具，經化學反應并發泡后即得到硬質聚氨酯PIR泡沫材料。最后在20～70℃的溫度下熟化后得到本發明材料。

上述黑料選用多苯基多亞甲基多異氰酸酯。

上述改性白料組成(質量份額)：聚醚多元醇20～70；聚酯多元醇30～80；有機硅泡沫穩定劑2～6；催化劑是由1，3，5-三(二甲氨基丙基)六氨三嗪和2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚混合而成，其中三嗪催化劑0.8～2.4，苯酚催化劑為1～3；發泡劑采用HCFC-141b，質量份額為20～40；水0.3～1.2；甲基磷酸二甲酯8～15；納米粒子阻燃劑。

上述改性白料和黑料的用量比例是1∶1.05～1.80。

上述納米粒子阻燃劑選用納米碳酸(氫)鹽粒子，其中碳酸氫鈉粒子受熱分解溫度為80～270℃，納米碳酸鎂粒子受熱分解溫度為200～540℃，納米碳酸鈣受熱分解溫度為420～825℃，三種碳酸(氫)鹽在有火源存在下可形成階梯釋放C0₂效果。

上述不同質量百分比的阻燃劑分別為改性白料質量的15％～30％。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

(1)首次利用納米碳酸鹽粒子作為硬質聚氨酯改性PIR泡沫材料的阻燃劑，碳酸鹽粒子自身無毒，阻燃效果好。

(2)本發明中的納米碳酸鹽粒子提高了改性聚氨酯PIR泡沫材料的物理性能，如尺寸穩定性、壓縮強度，耐熱性能均明顯提高。

(3)本發明所述納米碳酸鹽粒子的加入，不會在發泡過程中引起燒心現象。

(4)不具有揮發性，作為添加型阻燃劑不會從制品中離析，增加阻燃改性硬質聚氨酯PIR泡沫的使用年限。

(5)本發明所述納米碳酸鹽粒子的加入，泡沫的發煙量大大降低，燃燒過程中無熔融滴落物，無明顯火焰，結碳速度快，是一種環境友好的新型阻燃改性硬質聚氨酯PIR泡沫材料。

具體實施方式