[发明专利]含硼氮多元环的聚醚多元醇制得的高强度阻燃聚氨酯硬泡沫及其制法

说明书

本发明公开了一种含硼氮多元环的聚醚多元醇制得的高强度阻燃聚氨酯硬泡沫及其制备方法。本发明在聚氨酯硬质泡沫的制备工艺中引进一种含硼氧六环、芳环、氮杂环的阻燃聚醚多元醇，其与聚醚多元醇、聚酯多元醇、匀泡剂、催化剂、交联剂、发泡剂组成A组份，B组份为多亚甲基多苯基多异氰酸酯。A、B组份在一定条件下混匀发泡，经固化熟化后得到高强度阻燃聚氨酯硬质泡沫。本发明制备出的聚氨酯硬质泡沫具有较高的力学性能和阻燃性能，密度42.5‑45.0kg/m³，压缩强度0.45‑0.58MPa，极限氧指数27.5‑30.0％。

技术领域

本发明涉及阻燃聚氨酯材料，具体涉及一种基于硼氮多元环结构的聚醚多元醇制得的高强度阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法。

背景技术

聚氨酯材料是目前世界上使用最广泛的高分子材料之一，具有低密度，高比强度，优异耐磨性能，低导热系数，以及优良减震吸音性能等，已经应用在工业和生活中的各个领域。但是纯聚氨酯材料的缺点是易燃和耐高温性能差，接触火源会立即产生火焰，给人类的生命财产带来了巨大的威胁，引起的火灾造成的损失触目惊心。

目前，用于提高聚氨酯硬质泡沫材料阻燃性能的方法是向聚氨酯原料中加入阻燃剂，可分为添加型和反应型两种，添加型阻燃剂与聚氨酯原料间不发生化学反应，仅以物理形式填充分散到聚氨酯基体中，但添加型阻燃剂与聚氨酯基体相容性差，填充量较大时难免会导致阻燃剂浸出和材料机械性能下降等问题；反应型阻燃剂在聚氨酯合成过程中参加聚合反应并将阻燃元素结合到材料分子主链或侧链上，从而使制备出的聚氨酯材料具有阻燃性能，此类阻燃剂与基体材料相容性好，阻燃效率高。如磷酸酯类的聚醚多元醇，含氮杂环系聚醚多元醇等。由于卤系阻燃剂燃烧时会产生有毒气体，已经逐渐被限制使用。而磷系类阻燃聚醚多元醇本身也存在着一些缺点，如含磷化合物本身的毒性，挥发性大，而且燃烧时会产生比较大的烟雾，这也是发生火灾时对人产生致命的主要原因。

虽然反应型阻燃剂的使用使聚氨酯材料的阻燃性能得到大幅度提升，但是在一定密度范围内，同时兼顾到材料的力学性能和阻燃性能存在一定的困难。中国公开专利CN101906248A公开了一种高压缩强度刚性增强型硬质聚氨酯泡沫塑料，以芳香族化合物为增强聚氨酯泡沫塑料压缩强度的刚性结构组分，此芳香族化合物仅仅增强材料的力学性能，却对材料的阻燃性能没有改善，还需额外加入一定份数的添加型阻燃剂来提高材料的阻燃效果，势必会影响聚氨酯硬质泡沫塑料的整体性能。

本发明将阻燃元素硼、氮引入到聚醚多元醇分子结构中，同时利用刚性结构硼氧六环和苯环，耐热结构氮杂环的特性，同时增强聚氨酯材料的阻燃性能和力学性能。由于硼元素的加入，阻燃过程主要发生在凝聚相，在燃烧过程中产生玻璃状粘稠物质，起到物理覆盖隔绝作用，氮元素阻燃过程发生在气相，燃烧过程中产生不燃气体，稀释材料周围的空气浓度；而且含硼、氮阻燃剂与其它如含磷、卤系阻燃剂相比，前者的毒性要远远小于后者，而且前者具有良好的抑烟性。

发明内容

针对聚氨酯硬质泡沫塑料的防火性能差，添加阻燃剂后又影响泡沫塑料的力学性能等问题，本发明主要目的是提供了一种基于硼氮多元环结构的高强度阻燃聚氨酯硬质泡沫及其制备方法。本发明既提高了硬质塑料的阻燃性能，同时利用化学分子结构的特殊性大大增强材料整体的力学性能。由于硼、氮阻燃元素的存在，材料的极限氧指数达到30以上，由于阻燃聚醚多元醇结构上的特殊性，存在硼氧六元环结构和芳环结构，使聚氨酯材料的力学性能和热稳定性有很大的增强。

为了实现以上发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种含硼氮多元环的聚醚多元醇制得的高强度阻燃聚氨酯硬泡沫，它包含A、B两种组份，其中A组份由以下质量份数的原料组成：聚醚多元醇：25-45份，聚酯多元醇：10-15份，含硼氮多元环结构的阻燃聚醚多元醇：25-45份，匀泡剂：2-4份，凝胶型催化剂：0.5-2份，三聚催化剂：1-3份，交联剂：0.5-1.5份，发泡剂：25-40份；B组分的质量份为：多亚甲基多苯基多异氰酸酯：100-180份；所述的含硼氮多元环结构的阻燃聚醚多元醇其结构为：