[发明专利]无焦阻燃聚氨酯泡沫塑料

说明书

发明背景和概述

软质聚氨酯泡沫塑料的变色(通常称作焦烧)是泡沫塑料生产者面对的问题。在一些市场中，顾客不会接受具有内部变色的泡沫塑料。焦烧认为由聚氨酯泡沫塑料的热降解和氧化降解引起。通常在泡沫塑料块料的中心观察到焦烧，在所述泡沫塑料块料中，内部温度能够保持高温达相对长的一段时间。

研究表明若干因素有助于在泡沫塑料块料中产生焦烧。一个因素可能是存在无机酸HBr和HCl，它们在导致焦烧的泡沫塑料氧化过程中形成。阻燃剂可能是这些酸的来源。人们认为，具有相对低的热稳定性的阻燃剂会在泡沫塑料加工过程中脱卤化氢，而产生有害的无机酸。作为响应，阻燃剂制造商集中于芳族键接的溴，认为其提供更高热稳定的阻燃剂。

基于五溴二苯醚的阻燃剂当用于聚氨酯泡沫塑料时已成功地减少了焦烧。最近，已以更大的量使用磷基“无卤”阻燃剂作为五溴二苯醚的替换物。

已经以纯形式或共混物形式使用磷酸酯作为软质聚氨酯泡沫塑料的阻燃剂。磷酸酯基阻燃剂作为共混物中的组分，当在共混物中的浓度已经增加至100％且包括100％时，焦烧作为聚氨酯泡沫塑料中的问题显现出来。

进一步的研究揭示这些名义上的磷酸酯阻燃剂含有不同水平的亚磷酸酯。申请人发现，通过减少磷酸酯阻燃剂的亚磷酸酯含量，聚氨酯泡沫塑料的质量得到改进，尤其是与泡沫塑料的焦烧有关的质量得到改进。

发明详述

本发明涉及阻燃性聚氨酯泡沫塑料组合物和阻燃性聚氨酯泡沫塑料的制造方法。该组合物包含在其它情况下可燃的聚氨酯泡沫塑料和磷酸酯阻燃添加剂，所述磷酸酯阻燃添加剂具有低的亚磷酸酯含量和低含量的由亚磷酸酯的分解产生的杂质。在一个实施方案中，所述阻燃添加剂是磷酸酯。在另一个实施方案中，所述阻燃添加剂是磷酸酯与另一种阻燃添加剂的共混物。

亚磷酸酯可以在磷酸酯阻燃剂的合成过程中产生。磷酸酯的典型制备使用三氯氧化磷(POCl₃)作为原材料。POCl₃与苯酚起反应以制备三苯基磷酸酯，或与烷基取代的苯酚起反应以制备烷基取代的三苯基磷酸酯。制备方案在美国专利4,093,680中进行了公开，将该文献引入供参考。POCl₃通常包括作为杂质的三氯化磷(PCl₃)。PCl₃杂质的存在又可能在优选的磷酸酯的合成过程中导致亚磷酸酯副产物。申请人发现，通过减少POCl₃原材料中的PCl₃反应物浓度，可以降低亚磷酸酯含量。认识到亚磷酸酯与相应的磷酸酯相比更低的水解和热稳定性可能与在所得的泡沫塑料中观察到的焦烧有关。

磷酸酯的苯基中的一个或多个可以是取代的，优选被一个或多个含有1-6个碳原子的线性或支化的烷基取代。优选的取代基是异丙基和异丁基。

焦烧已经被认为由聚氨酯泡沫塑料的热降解和氧化降解引起，并且很可能在含有不稳定卤素的泡沫塑料中观察到或在无卤阻燃剂的情况下在含有升高含量的亚磷酸酯或其分解产物的泡沫塑料中观察到。工业中的研究人员已经开发出测定包含在聚氨酯泡沫塑料中的焦烧的量的定量试验，该定量试验详细公开在M.J.Reale和B.A.Jacobs的“A Rapid Predictive Test for Urethane Foam Scorch”，theJournal of Cellular Plastics，第15(6)卷，311-314页，11月/12月1979，该文献的公开内容特意在此引入作为参考。一般来说，该试验需要将反应物在小盒子中结合以产生泡沫塑料块。将该泡沫塑料块放入微波炉中保持预定量的在该泡沫塑料块的中心产生一定温度所要求的时间，该温度是用来模拟在更大的商业尺寸的泡沫塑料块的中心的温度。当该泡沫塑料已经冷却到室温时，从该泡沫塑料块的中心切下一块泡沫塑料并在得自Hunter Associates Laboratory，Inc.，Reston，Virginia的HunterLab色差仪上测量颜色。