一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子化學領(lǐng)域，涉及一種聚氨酯軟泡，具體來說是一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯軟質(zhì)泡沫簡稱為聚氨酯軟泡，在聚氨酯制品中用量最大。聚氨酯軟泡多為開孔結(jié)構(gòu)，具有質(zhì)輕柔軟、回彈性好、相對密度小、比強度高等特點，因此被廣泛應用做家具墊材、交通工具座椅等墊材，也用作隔聲、防震、隔熱等材料。由于聚氨酯軟泡特有的內(nèi)在分子結(jié)構(gòu)，在空氣中極易燃燒，其氧指數(shù)一般為16~18%，大大增加了火災和火險發(fā)生的可能性。通常提高其阻燃性能主要有如下三種方法，即添加阻燃劑法，包括添加含磷、氯、溴、銻、鋁、硼、氮等阻燃元素的添加型阻燃劑，這種方法最為簡單有效。但大量實驗證明，添加阻燃劑法會導致泡沫塌泡、收縮或開裂，且長期使用存在阻燃劑易析出、阻燃效果下降等不足。反應型阻燃劑則是將阻燃元素或者阻燃基團通過化學反應引入到泡沫分子結(jié)構(gòu)中，從而使得泡沫獲得阻燃性能，此法具有阻燃效果持久性好、對泡沫物理機械性能影響較小等優(yōu)點，但卻存在生產(chǎn)過程復雜、產(chǎn)物粘度大等問題。浸漬法則是將泡沫浸漬在阻燃劑中，經(jīng)壓乳、干燥后獲得阻燃性能，雖然其不會影響發(fā)泡反應，但存有生產(chǎn)周期長、工藝復雜等不足。
[0003]基于以上背景，一種成本低廉、生產(chǎn)工藝簡便且阻燃性能高效的聚氨酯軟泡必然是未來的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡及其制備方法，所述的這種無鹵阻燃聚氨酯軟泡及其制備方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的無鹵阻燃聚氨酯軟泡工藝復雜、成本高的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡，由A組分和B組分組成，按重量比計算，A與B的重量比為1: (0.46-0.50)；
其中，所述的A組分，按重量份數(shù)計算，由如下成分組成:
高活性聚醚多元醇330N30-50份
難燃聚醚多元醇308330-50份
復配阻燃劑10~20份
催化劑0.2-0.45份
穩(wěn)定劑0.5-1.0份發(fā)泡劑1~3份水1~3份
所述的復配阻燃劑為無鹵反應型磷/硅阻燃劑、膨脹石墨、氫氧化鋁或者氫氧化鎂中的一種或兩種以上任意比例的混合物；
所述的催化劑為三亞乙基二胺、N，N-二甲基環(huán)己胺、四甲基乙二胺、二月桂酸二丁基錫或者辛酸亞錫中的一種或兩種以上任意比例的混合物；
所述的穩(wěn)定劑為娃油、娃碳型穩(wěn)定劑或娃油與娃碳型穩(wěn)定劑組成的混合物；
所述的發(fā)泡劑為HCFC-141b、或者水中的一種或兩種任意比例的混合物；
所述的B組分為甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)中的一種或兩種以上任意比例的混合物。
[0006]進一步的，所述的高活性聚醚多元醇330N、難燃聚醚多元醇3083分別購自佳化化學股份有限公司和江陰友邦化工有限公司。
[0007]具體的，高活性聚醚多元醇330N是以一種甘油為起始劑，環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷為聚合單體，含有較高伯羥基活性成份，環(huán)氧乙烷封端，分子量達到4800的通用聚醚多元醇。
[0008]難燃聚醚多元醇3083是氰尿酸分子的3個氫有2個或以上被聚氧化烯烴醚醇取代形成氰尿酸衍生物結(jié)構(gòu)，平均相對分子量300?8000、平均羥基官能度2?3。
[0009]進一步的，所述的無鹵阻燃聚氨酯軟泡，按重量份數(shù)計，其原料組成及含量如下: 高活性聚醚多元醇330N 50份
難燃聚醚多元醇308330份
無鹵反應型磷/硅阻燃劑 5份膨脹石墨6份
三亞乙基二胺0.35份
辛酸亞錫0.1份硅油1.1份
HCFC-141b2.5 份
TDI24.7 份
MDI19.0 份。
[0010]進一步的，所述的無鹵阻燃聚氨酯軟泡，按重量份數(shù)計，其原料組成及含量如下: 高活性聚醚多元醇330N 30份
難燃聚醚多元醇308340份
無鹵反應型磷/硅阻燃劑 6份氫氧化鋁6份
N, N-二甲基環(huán)己胺0.35份硅油0.8份
HCFC-141b3 份
TDI19.8 份
MDI20.7 份。
[0011]進一步的，所述的無鹵阻燃聚氨酯軟泡，按重量份數(shù)計，其原料組成及含量如下: 高活性聚醚多元醇330N 35份
難燃聚醚多元醇308340份
無鹵反應型磷/硅阻燃劑 5份氫氧化鎂7份
四甲基乙二胺0.3份娃油0.9份 HCFC-141b2 份
TDI43.3 份。
[0012]進一步的，所述的無鹵阻燃聚氨酯軟泡，按重量份數(shù)計，其原料組成及含量如下: 高活性聚醚多元醇330N 40份
難燃聚醚多元醇308355份
無鹵反應型磷/硅阻燃劑 6份膨脹石墨4份氫氧化鎂3份
二月桂酸二丁基錫0.2份硅油0.8份
三亞乙基二胺4份
HCFC-141b2 份
TDI56.3 份。
[0013]進一步的，所述的無鹵阻燃聚氨酯軟泡極限氧指數(shù)為27.8-28.5%，水平燃燒時間為75~85 S，平均燃燒長度小于50 _，表觀密度35.2~40.6 kg/m3。
[0014]本發(fā)明還提供了上述的一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡的制備方法，包括如下步驟:
(1)將無鹵反應型磷/硅阻燃劑與其它阻燃劑復配后置于一容器中，加入含有聚醚多元醇、催化劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑和水的混合物中，控制轉(zhuǎn)速為300~500 r/min進行攪拌5~20s后，得到A組分；
(2)以甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯甲烷二異氰酸酯(MDI)中的一種或兩種以上任意比例的混合物為B組分，按照質(zhì)量比稱取B組分，將其加入到步驟(I)所述的A組分中，以500-1000 r/min的速度攪拌5~20 S，倒入聚四氟乙烯模具中固化100~110 S，在室溫下后固化20~50 h，即得無鹵阻燃聚氨酯軟泡。
[0015]進一步的，所述的無鹵反應型磷/硅阻燃劑的制備方法為:按摩爾比計算，即甲基乙烯基二氯硅烷:亞磷酸二甲酯:三氯化鋁為1: 1.6:0.3的比例，將甲基乙烯基二氯硅烷、亞磷酸二甲酯和三氯化鋁依次加入到容器中，升溫至80~95°C，反應10~20 h，將得到的反應液降溫至70~80 0C，加入為反應液的體積3~4倍的水，繼續(xù)控制溫度為70~80 °C進行反應3~5h，然后自然降至室溫，所得的反應液經(jīng)pH調(diào)節(jié)劑淬滅后，再經(jīng)有機溶劑萃取2~3次，收集有機相，然后將所收集的有機相在真空度-0.1 MPa以下減壓蒸餾，收集150°C~155°C、_0.099MPa的餾分，即得無鹵反應型磷/硅阻燃劑。
[0016]本發(fā)明的自制的無鹵反應型磷/硅阻燃劑，該阻燃劑分子結(jié)構(gòu)中同時含有活性官能團和阻燃元素，既克服了添加型阻燃劑長期使用易析出、阻燃效果差、用量大等缺陷，又能克服單一型阻燃劑阻燃效果不理想之技術(shù)難題。
[0017]本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進步是顯著的。本發(fā)明解決了聚氨酯軟泡所用的添加型阻燃劑用量大和阻燃性能差、含鹵阻燃劑價格昂貴且存在嚴重安全隱患、現(xiàn)有反應型阻燃劑成本高和阻燃性能不理想等技術(shù)問題。本發(fā)明的聚氨酯軟泡生產(chǎn)成本低、阻燃特性高，可用作家具墊材、床墊、汽車座椅、坐墊等墊材。
【具體實施方式】
[0018]下面通過實施例對本發(fā)明進一步詳細描述，但并不限制本發(fā)明。
[0019]實施例1
一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡，其制備過程所用的原料由A組分和B組分組成，按重量比計算，A與B的重量比為1:0.46 ;
按重量份數(shù)計算，其原料組成及含量如下:
高活性聚醚多元醇330N 50份難燃聚醚多元醇308330份
無鹵反應型磷/硅阻燃劑 5份膨脹石墨6份
三亞乙基二胺0.35份
辛酸亞錫0.1份硅油1.1份
HCFC-141b2.5 份
TDI24.7 份
MDI19.0 份
所述的高活性聚醚多元醇330N、難燃聚醚多元醇3083分別購自佳化化學和江陰友邦化工；
上述的一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、按摩爾比計算，即甲基乙烯基二氯硅烷:亞磷酸二甲酯:三氯化鋁為1:1.6:0.3的比例，將甲基乙烯基二氯硅烷、亞磷酸二甲酯和三氯化鋁依次加入到容器中，邊攪拌邊升溫至50°C進行反應16 h，將得到的反應液I升溫至75°C，加入為反應液I的體積3倍的水，繼續(xù)控制溫度為75°C進行反應4 h，然后自然降至室溫，所得的反應液2經(jīng)pH調(diào)節(jié)劑淬滅后，再經(jīng)有機溶劑萃取2~3次，收集有機相，然后將所收集的有機相在真空度-0.1 MPa下減壓蒸餾，收集150°C ~155°C、-0.099 MPa的餾分，即得無鹵反應型磷/硅阻燃劑；
(2)、將步驟(I)所得無鹵反應型磷/硅阻燃劑與其它阻燃劑復配后置于一體積為250mL的容器中，加入含有聚醚多元醇、催化劑、穩(wěn)定劑、發(fā)泡劑和水的混合物中，控制轉(zhuǎn)速為300 r/min進行攪拌5~20 s后，得到A組分；
(3)、以TDI和MDI為B組分，按照質(zhì)量比稱取B組分，將其加入到步驟(2)所述的A組分中，以500 r/min的速度攪拌5~20 S，倒入自制20 cmX 10 cmX 10 cm聚四氟乙稀模具中固化100~110 S，在室溫下后固化36 h，即得一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡。
[0020]采用HC900-2型氧指數(shù)測定儀對上述所得的無鹵阻燃聚氨酯軟泡，根據(jù)GB/T2406.2-2009標準測得其極限氧指數(shù)為27.8%。
[0021]采用KS-8332D泡沫塑料水平燃燒測試儀對上述所得的無鹵阻燃聚氨酯軟泡，根據(jù)GB/T8332-2008標準測定其水平燃燒時間為75 S，平均燃燒長度為45 mm。
[0022]采用物理方法對上述所得的無鹵阻燃聚氨酯軟泡，根據(jù)GB/T6343-1995標準測定其密度為36.5 kg/m3。
[0023]實施例2
一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡，其制備過程所用的原料由A組分和B組分組成，按重量比計算，A與B的重量比為1:0.47; 按重量份數(shù)計算，其原料組成及含量如下:
高活性聚醚多元醇330N 30份難燃聚醚多元醇308340份
無鹵反應型磷/硅阻燃劑 6份氫氧化鋁6份
N，N-二甲基環(huán)己胺0.35份
硅油0.8份
HCFC-141b3 份
TDI19.8 份
MDI20.7 份
所述的高活性聚醚多元醇330N、難燃聚醚多元醇3083分別購自佳化化學和江陰友邦化工；
上述的一種無鹵阻燃聚氨酯軟泡的制備方法，具體包括如下步驟:
(1)、按摩爾比計算，即甲基乙烯基二氯硅烷:亞磷酸二甲酯:三氯化鋁為1:1.6:0.3的比例，將甲基乙烯基二氯硅烷、亞磷酸二甲酯和三氯化鋁依次加入到容器中，邊攪拌邊升溫至50°C進行反應16 h，將得到的反應液I升溫至75°C，加入為反應液I的體積3倍的水，繼續(xù)控制溫度為75°C進行反應4 h，然后自然降至室溫，所得的反應液2經(jīng)pH調(diào)節(jié)劑淬滅后，再經(jīng)有機溶劑萃取2~3次，收集有機相，然