[发明专利]硬质聚氨酯泡沫、其制备方法以及应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合保温材料领域，尤其涉及一种含有可膨胀石 墨的硬质聚氨酯泡沫、其制备方法以及在保温领域的应用。

背景技术

硬质聚氨酯泡沫具有很好的保温性能，25毫米厚的聚氨酯硬质泡沫 塑料的保温效果相当于40毫米厚的EPS、45毫米的矿棉、380毫米厚的 混凝土或860毫米的普通砖。在同样保温效果下，保温厚度约相当于EPS 的一半。根据热工计算，在华北地区要达到我国建筑节能65％的目标，PU 厚度只需3厘米，而EPS板厚度需7厘米以上，XPS板厚度需5厘米以上。 所以硬质聚氨酯泡沫板材广泛应用在需要保温的各种领域，特别是在通 风管道、建筑外墙保温和钢结构等领域。

但是未经阻燃处理的硬质聚氨酯泡沫阻燃性能、发烟性能均不能较 好的满足应用的需要，影响了硬质聚氨酯泡沫板材的使用。在添加反应 性阻燃剂代价昂贵的情况下，采用各种液体、固体添加型阻燃剂来改善 硬质聚氨酯泡沫的阻燃能力与燃烧发烟量具有很高的应用价值。

现阶段硬质聚氨酯泡沫板材阻燃剂大多采用液体添加性阻燃剂如： Tcpp、Tcep、Dmmp等。液体阻燃剂具有对泡沫导热系数影响不大，与原 料相溶性好、不会沉降、对设备工艺没有影响的优点。但是相比而言， 泡沫发烟量改善不大，成本优势也不是特别明显。一般的固体阻燃剂阻 燃能力好，泡沫发烟量小，不会或者较少释放有毒气体、成本优势也很 明显，但是与原料相溶性不好、不能长期存放、容易沉降、堵塞设备， 最重要的是，会大幅度降低泡沫材料的保温性能，在硬质聚氨酯泡沫中 使用和研究较少。

可膨胀石墨作为固体阻燃剂具有质地软、重量轻、阻燃性能好的优 点，在下述专利申请CN1724577A、CN2003611A、CN1495213A、CN1756794A、 CN1343226A、CN1212971A和CN101088435中均有涉及。但是可膨胀石墨 的加入，不可避免的造成了聚氨酯硬泡沫泡孔结构的破坏，使得所制得 的制品普遍存在导热系数增高的问题。而导热系数远远低于其它材料是 聚氨酯硬泡产品在保温领域应用的基础。怎样制得拥有优良的阻燃性能， 特别是降低烟密度、提高水平燃烧性能的同时保持低导热系数的产品， 是一个关键。

Dow公司的专利申请CN1343226A公开了一种使用开孔剂制得显示低 热导率的含片状脱落石墨的开孔聚氨酯泡沫塑料，但是其制得到的聚氨 酯泡沫为开孔泡沫，导致了其泡沫的导热系数较高(0.0280-0.0350w/m· k)。

Basf公司的专利申请CN1212971A公开了生产具有低导热性的硬质 聚氨酯泡沫的方法，其中涉及到了在泡沫中添加石墨来降低辐射引起的 热损失。但在相同的情况下，添加相同质量石墨(通常所说石墨指鳞片 石墨，又叫片状石墨)的泡沫阻燃效果是远远不及可膨胀石墨的。这是 因为可膨胀石墨在约200℃时，体积开始膨胀，并在约1100℃时达到最 大体积，体积可膨胀约100-400倍。膨胀后得到的膨胀石墨在泡沫表面 形成一层覆盖层，隔断火焰。而普通石墨是没有这种阻燃效果的。

由此可见，目前需要寻找一种拥有理想的阻燃性能的同时具有低导 热系数和高闭孔率，用于建筑物外墙等保温领域的硬质聚氨酯泡沫材料。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种拥有理想的阻燃性能的同时具有 低导热系数和高闭孔率，且能方便地用于建筑物外墙等保温领域的硬质 聚氨酯泡沫。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种硬质聚氨酯泡沫，其含有1-30wt％的、粒径为20-325目的可膨 胀石墨，所述可膨胀石墨的含量优选为5-10wt％，粒径优选为20-60目和 /或200-325目。

众所周知，泡沫的导热性能受三方面的制约：气相导热性、基体导 热性和辐射导热性。硬质聚氨酯泡沫塑料的低导热系数主要是因为泡沫 的封闭泡孔内存在导热系数很低的发泡剂气体的原因。可膨胀石墨等固 体填料的加入可以提高泡沫的阻燃性能，但是不可避免地会造成聚氨酯 硬泡产品导热系数升高，从而减小甚至摧毁聚氨酯硬泡产品的保温优势。 对应于制约泡沫导热性能的三方面，原因如下：

1、填料的加入，破坏了泡沫中均匀的泡孔结构，导致泡沫开孔率变 大，导热系数也随之变大，这是泡沫导热系数升高的主要原因；