[发明专利]一种纳米粒子阻燃剂改性硬质聚氨酯PIR泡沫材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃硬质聚氨酯改性PIR泡沫材料及其制备方法，特别是一种纳米粒子阻燃剂改性硬质聚氨酯PIR泡沫材料及其制备方法，属于建筑保温材料制造及应用技术领域。

背景技术

PIR(聚异氰脲酸酯)泡沫材料自身耐热、阻燃性能好，尺寸稳定性优异，但材料脆性较强，没有使用价值。常利用聚氨酯对PIR材料进行化学改性，得到的改性PIR泡沫材料物理性能优异，耐热性能较优，阻燃性能可达到B2级(GB8624)，用于建筑维护结构保温材料节能效果显著。近几年，国内的不少火灾均是由聚氨酯泡沫材料引起的，并造成了重大损失。因此，建筑领域严格限制B1级(难燃)以下保温材料的使用，对保温材料的燃烧性能提出了更高要求。目前关于该种材料的阻燃方法报道较多，常采用的阻燃剂为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂有磷、卤、氮系和氢氧化物等阻燃剂。磷系阻燃剂的阻燃效果明显，与聚醚多元醇的相容性好，而被广泛应用于PU/PIR泡沫行业，但它们的相对分子质量小，用量大，兼有增塑作用，在材料内部存在迁移性，因此其阻燃效果会伴随时间增长而减弱，影响材料的整体安全性。磷-卤复合阻燃剂阻燃效果优异，但其发烟量大，毒性大，一旦发生火灾，对人体危害性较大。因此，开发一种低烟低毒难燃的泡沫材料显得非常重要。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种纳米粒子阻燃剂改性硬质聚氨酯PIR泡沫材料。纳米碳酸(氢)盐粒子具有增韧补强、提高热变形温度、改善尺寸稳定的作用，在塑料、橡胶、涂料和造纸工业等方面具有广泛的研究与应用。纳米碳酸(氢)盐粒子在受热过程中会发生分解反应，释放出CO₂和结晶水，吸收热量，稀释助燃性气体氧气的浓度，达到阻燃目的。纳米碳酸氢钠、纳米碳酸镁和纳米碳酸钙的协同阻燃效果优异，具有明显抑烟作用，能使聚氨酯改性的PIR泡沫材料具有更高的阻燃性能。但对于三种碳酸盐的最佳配比及其在聚氨酯改性的PIR泡沫材料中阻燃的应用还没有进行专门的研究，本发明首次利用纳米碳酸盐粒子的协同阻燃性能，将其作为阻燃剂应用到聚氨酯改性PIR泡沫阻燃技术中。不仅解决了磷系阻燃剂迁移失效的问题，同时也解决了磷-卤复合体系发烟量大的缺点。同时纳米碳酸(氢)盐粒子自身具有无挥发性、无毒，是一种环境友好型阻燃剂。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种纳米粒子阻燃剂改性硬质聚氨酯PIR泡沫材料，将黑料和白料准确称量后，倒入到不同的容器中备用，将准确称量的不同质量百分比的纳米粒子阻燃剂加入到白料中，形成改性白料，然后将黑料倒入到改性白料中混合均匀，搅拌至发泡反应9s后，立即注入模具，经化学反应并发泡后即得到硬质聚氨酯PIR泡沫材料。最后在20～70℃的温度下熟化后得到本发明材料。

上述黑料选用多苯基多亚甲基多异氰酸酯。

上述改性白料组成(质量份额)：聚醚多元醇20～70；聚酯多元醇30～80；有机硅泡沫稳定剂2～6；催化剂是由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，其中三嗪催化剂0.8～2.4，苯酚催化剂为1～3；发泡剂采用HCFC-141b，质量份额为20～40；水0.3～1.2；甲基磷酸二甲酯8～15；纳米粒子阻燃剂。

上述改性白料和黑料的用量比例是1∶1.05～1.80。

上述纳米粒子阻燃剂选用纳米碳酸(氢)盐粒子，其中碳酸氢钠粒子受热分解温度为80～270℃，纳米碳酸镁粒子受热分解温度为200～540℃，纳米碳酸钙受热分解温度为420～825℃，三种碳酸(氢)盐在有火源存在下可形成阶梯释放C0₂效果。

上述不同质量百分比的阻燃剂分别为改性白料质量的15％～30％。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)首次利用纳米碳酸盐粒子作为硬质聚氨酯改性PIR泡沫材料的阻燃剂，碳酸盐粒子自身无毒，阻燃效果好。

(2)本发明中的纳米碳酸盐粒子提高了改性聚氨酯PIR泡沫材料的物理性能，如尺寸稳定性、压缩强度，耐热性能均明显提高。

(3)本发明所述纳米碳酸盐粒子的加入，不会在发泡过程中引起烧心现象。

(4)不具有挥发性，作为添加型阻燃剂不会从制品中离析，增加阻燃改性硬质聚氨酯PIR泡沫的使用年限。

(5)本发明所述纳米碳酸盐粒子的加入，泡沫的发烟量大大降低，燃烧过程中无熔融滴落物，无明显火焰，结碳速度快，是一种环境友好的新型阻燃改性硬质聚氨酯PIR泡沫材料。

具体实施方式