一種含納米氫氧化鋁阻燃聚多元醇的制備及在聚氨酯泡沫中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種含納米氫氧化鋁阻燃聚酯多元醇的制備及在聚氨酯泡沫中的應(yīng) 用，屬于阻燃聚氨酯泡沫材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚氨酯泡沫保溫材料，因優(yōu)異的保溫、粘接、防水、耐老化等特性，在建筑外墻保溫 材料應(yīng)用中的需求量正不斷擴大。但其存在遇火易燃，火焰蔓延速度快，火災(zāi)中產(chǎn)生大量濃 煙和有毒氣體的缺點，容易引發(fā)人員傷亡事故。因此，制備出高阻燃性能、低煙（環(huán)境友好 型）的聚氨酯泡沫材料對提升我國聚氨酯保溫材料的防火安全性具有重大的意義。
[0003] 添加阻燃劑是提高聚氨酯泡沫制品阻燃性能的有效辦法。傳統(tǒng)的添加有機鹵、磷 類液體阻燃劑的方法，是一種有效改善聚氨酯泡沫阻燃性能的方法，但對降低燃燒煙霧量 沒有效果，而且過高的添加量會影響聚氨酯泡沫制品的力學(xué)和老化性能，鹵類阻燃劑還會 增加有毒刺激性氣體的釋放量。氫氧化鋁是在聚氨酯材料領(lǐng)域中大量使用的無機類阻燃 劑，具有價格低廉、無毒、抑煙效果較好的特點，只是阻燃效果較差，通常需要添加60% (重 量比）以上，才有明顯的阻燃效果。其與有機阻燃劑復(fù)配使用，有明顯的協(xié)同阻燃效果，如 果粒徑達(dá)到納米級，且能夠在聚氨酯泡沫制品中均勻分散，則協(xié)同阻燃效果更佳。但納米級 氫氧化鋁粒子在液態(tài)物料中的極易團聚、不僅惡化聚氨酯泡沫的制備工藝，而且團聚后阻 燃效果也不明顯，并使得聚氨酯泡沫制品的閉孔率降低，而導(dǎo)致保溫和力學(xué)性能下降。因 此，解決氫氧化鋁在聚氨酯泡沫液體原料中的團聚問題，對提高聚氨酯泡沫制品的阻燃、 力學(xué)和保溫性能，具有重要意義。
[0004] 溶膠-凝膠法是一種常見納米粒子的制備方法，以溶膠-凝膠法在聚酯多元醇中 原位制備的含納米氫氧化鋁微粒，具有與聚酯多元醇相容性好，分散度高、長期穩(wěn)定不沉降 的特點。采用溶膠-凝膠法制備含氫氧化鋁納米阻燃聚酯多元醇的方法，尚未見到相關(guān)報 道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種含納米氫氧化鋁阻燃聚酯多元醇的制備方法及在聚氨 酯泡沫中的應(yīng)用。
[0006] 本發(fā)明的一種含納米氫氧化鋁的阻燃聚酯多元醇，該阻燃聚酯多元醇包括納米氫 氧化鋁、催化劑和聚酯多元醇；
[0007] 以氫氧化鋁的質(zhì)量為1份，聚酯多元醇的質(zhì)量為6-15份，催化劑的質(zhì)量為 0? 01-0. 05 份。
[0008] 本發(fā)明的一種含納米氫氧化鋁阻燃聚酯多元醇的制備方法，步驟為：
[0009] (1)將稀土類催化劑與金屬鋁粉，按比例加入到高能球磨機內(nèi)，在氮氣氛圍下研磨 1小時，得到高反應(yīng)活性的金屬鋁粉；
[0010] (2)將步驟（1)得到的高反應(yīng)活性的金屬鋁粉，加入到無水乙醇中，在常溫、氮氣 保護下和攪拌條件下反應(yīng)1小時，然后通過減壓蒸餾蒸出容器內(nèi)過量的乙醇，在氮氣保護 下干燥剩余的固體物質(zhì)，即得到中間產(chǎn)物乙醇鋁；
[0011] ⑶將步驟⑵得到乙醇錯，按比例加入到聚酯多元醇中，攪拌混合均勻后，在 60 °C下緩慢滴加反應(yīng)物水，生成的氫氧化物析出，以納米級粒子分散在多元醇中，通過控制 水的添加量和PH值，確定反應(yīng)終點，然后通過減壓蒸餾將反應(yīng)副產(chǎn)物乙醇蒸出，即得到含 有納米氫氧化鋁的阻燃聚酯多元醇。
[0012] 上述步驟⑴中所述的稀土類催化劑，包括金屬鈷、鑭、鈰中的一種或幾種；
[0013] 上述步驟（1)中所述的所述的金屬鋁粉，為普通工業(yè)級粒徑鋁粉，其活性成分含 量要求達(dá)到90%以上；
[0014] 上述步驟⑴中稀土類催化劑與金屬鋁粉的質(zhì)量比為0. 01~0. 05 : 1 ;
[0015] 上述步驟（2)中所述的無水乙醇，其乙醇濃度要求大于99% ;
[0016] 上述步驟（2)中高反應(yīng)活性的金屬鋁與無水乙醇的質(zhì)量比為1 : 10 ;
[0017] 上述步驟（3)中所述的反應(yīng)物水，為去離子水；
[0018] 上述步驟（3)中所述的聚酯多元醇，為分子量為400~2000,官能度為1.8~3. 2， 羥值為100~300mgK0H/g的通用型聚酯多元醇；上述步驟（3)中所述的乙醇鋁，與聚酯多 元醇的質(zhì)量比為1 : 6~15 ;
[0019] 上述步驟（3)中所述的乙醇鋁，與去離子水的摩爾比為1 : 3。
[0020] 將上述得到的含納米氫氧化鋁的阻燃聚酯多元醇（以下簡稱阻燃聚酯多元醇）， 應(yīng)用到聚氨酯泡沫的原料中，混合均勻后，通過高壓噴出發(fā)泡后，得到聚氨酯泡沫材料。
[0021] 聚氨酯泡沫原料包括異氰酸酯、阻燃聚酯多元醇、水、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑和發(fā)泡 劑；
[0022] 以阻燃聚酯多元醇的總質(zhì)量為100份計算，其他各組分的質(zhì)量含量為：
【主權(quán)項】
1. 一種含納米氫氧化鋁的阻燃聚酯多元醇的制備方法，其特征在于：該阻燃聚酯多元 醇包括氫氧化鋁、催化劑和聚酯多元醇； 以氫氧化鋁的質(zhì)量為1份，聚酯多元醇的質(zhì)量為6-15份，催化劑的質(zhì)量為0. 01-0. 05 份。
2. -種含納米氫氧化鋁的阻燃聚酯多元醇的制備方法，其特征在于步驟為： (1) 將稀土類催化劑與金屬鋁，按比例加入到高能球磨機內(nèi)，在氮氣氛圍下研磨1小 時，得到高反應(yīng)活性的金屬鋁； (2) 將步驟（1)得到的高反應(yīng)活性的金屬鋁，加入到無水乙醇中，在常溫、氮氣保護下 和攪拌條件下反應(yīng)1小時，然后通過減壓蒸餾蒸出容器內(nèi)過量的乙醇，在氮氣保護下干燥 剩余的固體物質(zhì)，即得到中間產(chǎn)物乙醇鋁； ⑶將中間產(chǎn)物乙醇錯，按比例加入到聚酯多元醇中，攪拌混合均勻后，在60°C下緩慢 滴加反應(yīng)物水，生成的氫氧化鋁析出，以納米級粒子分散在聚多元醇中，通過控制水的添加 量和pH值，確定反應(yīng)終點，然后通過減壓蒸餾將反應(yīng)副產(chǎn)物乙醇蒸出，即得到含有納米氫 氧化鋁阻燃聚酯多元醇。 上述步驟（1)中所述的稀土類催化劑，包括金屬鈷、鑭、鈰中的一種或幾種； 上述步驟（1)中所述的所述的金屬鋁粉，為普通工業(yè)級粒徑鋁粉，其活性成分含量要 求達(dá)到90%以上； 上述步驟（1)中稀土類催化劑與金屬鋁粉的質(zhì)量比為0.01~0.05 : 1; 上述步驟（2)中所述的無水乙醇，其乙醇濃度要求大于99% ; 上述步驟（2)中高反應(yīng)活性的金屬鋁與無水乙醇的質(zhì)量比為1 : 10 ; 上述步驟（3)中所述的反應(yīng)物水，為去離子水； 上述步驟（3)中所述的聚酯多元醇，為分子量為400~2000,官能度為1. 8~3. 2,羥值 為100~300mgK0H/g的通用型聚醋多元醇；上述步驟⑶中所述的乙醇錯，與聚醋多元醇 的質(zhì)量比為1 : 6~15;上述步驟（3)中所述的乙醇鋁，與聚酯多元醇的質(zhì)量比為1 : 6~ 15 ； 上述步驟（3)中所述的乙醇鋁，與去離子水的摩爾比為1 : 3。 上述步驟（3)中制備的乙醇錯粒子的平均粒徑在100~200nm。
3. -種含納米氫氧化鋁的阻燃聚酯多元醇在聚氨酯泡沫中的應(yīng)用，其特征在于為： 聚氨酯泡沫原料包括異氰酸酯、阻燃聚酯多元醇、水、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑和發(fā)泡劑； 以阻燃聚酯多元醇的總質(zhì)量為100份計算，其他各組分的質(zhì)量含量為：
上述的催化劑包括具有促進三聚成環(huán)的催化劑和促進凝膠反應(yīng)的催化劑； 具有促進三聚成環(huán)的催化劑為脂肪族羧酸類的堿金屬鹽或有機堿性化合物，其中最為 常用的有N，N'，N"_三（二甲胺基丙基）六氫三嗪、2,4,6_三（二甲胺基甲基）苯酚、季銨 鹽、醋酸鉀或異辛酸鉀中的一種或兩種以上的混合物； 促進凝膠反應(yīng)的催化劑為二甲氨基乙基醚、、三乙烯二胺二丙二胺、二甲基乙醇胺、叔 胺類催化劑或N，N-二甲基環(huán)己胺中的一種或兩種以上的混合物。 上述的發(fā)泡劑為1，1，1，3, 3-五氟丁烷、1，1-二氯-1-氟乙烷中的一種或兩種的混合 物； 上述的異氰酸酯與阻燃聚多元醇、水、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑和發(fā)泡劑的混合物的質(zhì)量比 為1 : 1，異氰酸酯為多亞甲基多苯基多異氰酸酯； 上述的泡沫穩(wěn)定劑為聚醚改性硅油； 上述的有機阻燃劑為甲基膦酸二甲酯、磷酸三乙酯、三（2-氯丙基）磷酸酯、三（2-氯 乙基）磷酸酯中的一種或幾種的混合物。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種含納米氫氧化物的阻燃聚多元醇的制備方法及在聚氨酯泡沫中的應(yīng)用，屬于無鹵阻燃保溫技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過溶膠-凝膠技術(shù)，在聚酯多元醇中原位生成納米氫氧化鋁粒子。所制備的含納米氫氧化鋁阻燃聚酯多元醇，納米氫氧化鋁粒子與聚多元醇間具有優(yōu)異的相容性，可在聚酯多元醇中達(dá)到均勻分散，能夠長期儲存穩(wěn)定不沉降，并且與有機鹵系、磷系阻燃劑之間有很好的協(xié)同阻燃和抑煙效果。應(yīng)用本發(fā)明制備的含納米氫氧化鋁阻燃聚酯多元醇來制備的聚氨酯泡沫保溫材料，均勻分散的氫氧化鋁粒子可起到提高閉孔率，增加泡孔數(shù)量，提高泡孔均勻程度，增強泡孔壁強度的作用，從而提高聚氨酯泡沫材料保溫性能、力學(xué)性能和尺寸穩(wěn)定性。
【IPC分類】C08K3-22, C08G18-79, C08J9-14, C08J9-08, C08G18-42
【公開號】CN104693396
【申請?zhí)枴緾N201510134134
【發(fā)明人】張旭東
【申請人】張旭東
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月26日