[发明专利]一种核-壳协同阻燃的聚氨酯微胶囊化可膨胀石墨及其在硬质聚氨酯泡沫塑料中的应用

说明书

技术领域

本发明属于阻燃聚氨酯泡沫技术领域，特别涉及一种核-壳协同阻燃的聚氨酯微胶囊化可膨胀石墨及其在硬质聚氨酯泡沫塑料中的应用。 

背景技术

硬质聚氨酯泡沫塑料具有密度小、强度高、导热系数低、粘接性强、施工方便等优点，可作为保温隔热材料和结构承重材料，广泛应用于建筑、交通运输、冰箱、冰柜、石油化工管道、航空军用等领域。然而由于泡沫本身比表面积大、密度低和热导率低，未经阻燃处理的硬质聚氨酯的氧指数低于19%，属于易燃材料，并在燃烧过程中放出HCN、CO等有毒气体，在火灾中常常给人们的生命和财产带来严重的危害，影响了硬质聚氨酯泡沫板材的使用。目前对硬质聚氨酯泡沫的阻燃主要有两种方法：添加型和反应型阻燃法。尽管反应型阻燃方式具有阻燃性能持久性好、对制品物理机械性能影响较小等优点，但在多元醇或异氰酸酯中引入阻燃元素的合成工艺比较复杂，成本较高，工业化难度较大。近些年来，随着环保意识的不断加强，使用含卤阻燃剂会导致泡沫塑料燃烧时产生大量有毒烟气，因而采用无卤阻燃剂是聚氨酯阻燃技术发展趋势。膨胀型阻燃剂由于其独特的阻燃机理和无卤、低烟、低毒等特性，添加膨胀型阻燃剂已成为阻燃硬质聚氨酯泡沫领域最为活跃的研究热点之一。同时对于硬质聚氨酯泡沫的阻燃，具体要求不仅从自熄型向难燃型转变，同时要求抑烟化和无毒气体化。 

可膨胀石墨(EG)是由天然鳞片石墨经化学氧化法或电化学氧化法处理后得到的一种石墨层间化合物。EG受热膨胀后生成的膨胀石墨能够覆盖基体表面，保护基体，隔离热量和质量传递，降低热降解速率，达到隔绝火源、延迟或中断火蔓延的作用。可膨胀石墨在下述专利申请CN1724577A、CN2003611A、CN1495213A、CN1756794A、CN1343226A、CN1212971A、CN101088425中均有涉及。通过研究发现，可膨胀石墨在硬质聚氨酯泡沫中的阻燃效果与其粒径有密切的关系，粒径较大，阻燃效果较好，但是却导致泡沫的力学性能下降和导热系数的增加；可膨胀石墨的粒径较小时，虽然对泡沫的力学性能和导热系数的影响减小，但是其阻燃效果也显著降低。此外，可膨胀石墨的加入，不可避免的造成了聚氨酯硬泡泡孔结构的破坏，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、提高水平垂直燃烧性能的同时保持低导热系数的产品，是一个关键。微胶囊化阻燃剂具有独特的核-壳结构，制备方法多样化、壳层材料选材广泛、粒径和形状可以调节微胶囊化技术可以解决可膨胀石墨添加量大、与高分子基体相容性差等缺陷。 

发明内容

本发明的目的之一是针对现有卤系阻燃剂燃烧时会产生刺激性烟雾和腐蚀性气体，对人体、设备和环境产生危害。本发明提供了一种核-壳协同阻燃的聚氨酯微胶囊化可膨胀石墨及其在硬质聚氨酯泡沫塑料中的应用，该微胶囊化可膨胀石墨具有更好的膨胀体积和阻燃效果，可以实现核-壳协同阻燃。所得无卤阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料可有效降低其燃烧时热释放速率和总热释放量，降低其产烟量及烟气毒性，同时降低或消除因阻燃剂的添加对泡沫力学性能的不利影响，可满足消防安全和工程应用的要求。 

本发明的技术方案为：一种核-壳协同聚氨酯微胶囊化可膨胀石墨阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料，组成以质量份计为： 

聚醚和/或聚酯多元醇 30～40， 

发泡剂 20～30, 

泡沫稳定剂 0.5～2， 

催化剂 0.5～2， 

有机磷系阻燃剂 0.5～10， 

无卤膨胀型阻燃剂 0.5～10， 

有机改性纳米无机填料 0.5～5， 

核-壳协同阻燃的聚氨酯微胶囊化可膨胀石墨 0.5～20； 

多异氰酸酯化合物 35～45， 

异氰酸酯指数 1.00～1.10； 

所述多异氰酸酯化合物是具有两个或多个异氰酸酯基的多异氰酸酯化合物， 

所述核-壳协同阻燃的聚氨酯微胶囊化可膨胀石墨，是以可膨胀石墨微粒为囊芯，以环糊精或环糊精/改性树脂与甲苯二异氰酸酯交联形成的聚氨酯作为囊壳，通过下述步骤制备得到： 

(1)将2～10质量份的环糊精或环糊精/改性树脂加入到溶剂二甲亚砜中，搅拌升温 至环糊精或环糊精/改性树脂完全溶解;