[发明专利]一种环保型高阻燃性硬质聚氨酯泡沫及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于硬质聚氨酯泡沫技术领域，具体涉及一种环保型高阻燃性硬质聚氨酯泡沫及其制备方法和应用。

背景技术

硬质聚氨酯泡沫材料具有很好的隔热性能，在建筑外墙保温、冷藏设备和石化管道都具有广泛的应用。

节能降耗是我国产业政策发展的重要趋势，用作节能降耗保温材料的硬质聚氨酯泡沫需要具备以下几个条件：(1)很低的导热系数，硬质聚氨酯泡沫的导热系数主要由泡内气相导热性、基体导热性和辐射导热性决定，其中气相导热性取决于气体导热系数和气体的密封性或流动性，这要求硬质聚氨酯泡沫具有很高的闭孔率，要求达80％以上；(2)具有很好的阻燃性能，这一要求在建筑外墙保温方面特别需要；(3)具有很高的强度，并要求随温度变化具有很好的尺寸稳定性；(4)具有很好的耐水性，因为水分的导热系数很大，硬质聚氨酯泡沫吸收少量的水分会引起导热系数快速升高，降低保温效果。

制备硬质聚氨酯泡沫使用的发泡剂对其保温性能影响非常大，传统的氯氟烃化合物是硬质聚氨酯泡沫很好的发泡剂，其导热系数非常低，但是氯氟烃化合物对臭氧层的破坏相当严重，现已经禁止使用，用以氢氟烃化合物或者戊烷代替。专利CN101177474A、CN100363578C和CN101134804A报道了采用氢氟烃化合物作发泡剂，所制备的硬质聚氨酯导热系数低于0.03W/(m·K)。CN101177474A报道了采用水和氢氟烃共同作发泡剂，所制备的硬质聚氨酯导热系数也可以低于0.03W/(m·K)。虽然氢氟烃比氯氟烃具有更低的ODP值，对大气层臭氧破坏小，但是其破坏性依然存在。专利CN1244618C和CN101085827A采用正戊烷和氢氟烃混和使用，作为硬质聚氨酯泡沫发泡剂，降低了氢氟烃的用量，也可以获得低于0.03W/(m·K)的导热系数，正戊烷具有易燃易爆特性，用作发泡剂存在很大的安全隐患。水与异氰酸酯反应产生CO₂，可以原位生成聚氨酯泡沫，是制备聚氨酯泡沫非常环保的发泡剂，也是聚氨酯泡沫发泡剂的一大趋势。但是全水发泡产生的CO₂本身导热系数比氢氟烃和正戊醇高，全水发泡硬质聚氨酯要达到小于0.03W/(m·K)导热系数存在一定难度，专利CN100443683C、CN101348551A和CN101544736A等报道了全水发泡硬质聚氨酯泡沫，通过提高泡沫闭孔率来克服CO₂气泡的高热传导性，使得全水发泡硬质聚氨酯泡沫导热系数都可以低于0.03W/(m·K)，但是上述技术方案没有解决聚氨酯泡沫阻燃的技术问题，不能应用于要求阻燃安全的建筑保温以及家电制造或室内填缝密封等技术领域。

可以用作硬质聚氨酯泡沫的阻燃剂较多，包括无机填料、金属氧化物、金属氢氧化物、膨胀石墨、含卤素多元醇、卤代磷酸酯和不含卤素有机磷酸酯。其中不含卤素的有机磷酸酯用作硬质聚氨酯泡沫阻燃剂，具有用量少、阻燃效果好和燃烧黑烟少等优点，其缺点是有机磷酸酯可以在硬质聚氨酯泡沫中起到增塑作用，降低泡沫塑料的强度和尺寸稳定性，需要增强才能获得很好的稳定性。专利CN1404503A报道在聚氨酯泡沫中加入质量分数5～35％的空心微球，可以显著增强泡沫塑料，采用该技术利用空心微球增强的泡沫塑料用作汽车零配件如立柱、门槛、车顶行李架和车顶横向结构，该技术同样没有解决阻燃等技术问题，不能应用于阻燃和保温领域。就现有专利技术而言，采用全水发泡硬质聚氨酯泡沫具有很好阻燃性又不降低强度和尺寸稳定性的报道较少。专利CN101316875A报道了一种全水发泡的阻燃性硬质聚氨酯泡沫，将有机磷酸酯和无机阻燃剂如三水合氧化铝、氢氧化镁和三氧化锑并用来提高阻燃性，并加入填料包括无机粉体和纤维状粉体增强，按照专利CN101316875A的描述，其所述硬质聚氨酯泡沫具有很好的阻燃性，可以达到ASTM E-84隧道炉测试的修改方式确定的I类级别，并可以用于电子柜、建筑装饰模塑料制品和运输车辆内壁。该技术其特征是组成物中多元醇必须含有2重量～35重量％的蔗糖基多元醇，不包括基于三羟甲基丙烷的多元醇，由于蔗糖基多元醇羟基官能度相当高，一般不低于8个，羟基在聚合过程中不能完全与异氰酸酯反应，大量羟基残留会导致反应不完全和耐水性不佳，容易吸潮，因为水分的导热系数很大，硬质聚氨酯泡沫吸收少量的水分就会引起导热系数快速升高，所以该技术硬质聚氨酯泡沫的保温效果大大降低。

综上所述，现有硬质聚氨酯泡沫技术存在以下问题：