一種聚氨酯泡沫保溫阻燃材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種聚氨酯泡沫保溫阻燃材料的制備方法，屬于阻燃材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯硬泡材料(簡稱HJ硬泡)是目前國際上性能最好的保溫材料，原料方面，中國是擁有生產(chǎn)異氰氨酯這一高新技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的五個(gè)國家之一。硬質(zhì)聚氨酯具有重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低、耐熱性好、耐老化、容易與其它基材黏結(jié)、燃燒不產(chǎn)生溶滴等其它材料不可比擬的優(yōu)異性能。聚氨酯可以根據(jù)不同物性要求靈活設(shè)計(jì)出各種高分子結(jié)構(gòu)，而且還可以現(xiàn)場加工成型，推廣聚氨酯材料作為我國建筑保溫材料的替代品，是我國實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能的一個(gè)重要途徑。
[0003]聚氨酯泡沫保溫材料是一種新型隔熱保溫材料，具有導(dǎo)熱系數(shù)低、保溫性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用與航天、汽車、包裝、建筑和冷庫保溫等領(lǐng)域。隨著人們對(duì)聚氨酯研究越來越深，聚氨酯的優(yōu)異性能逐漸得到了認(rèn)識(shí)和使用。然而聚氨酯硬泡材料在生產(chǎn)、施工和使用中的火災(zāi)事故屢有發(fā)生，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)造成了嚴(yán)重危害。所以對(duì)聚氨酯硬泡材料替代傳統(tǒng)建筑保溫材料的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行探討具有十分重要的意義。
[0004]傳統(tǒng)的聚氨酯泡沫塑料由石油基的聚酯聚醚多元醇和發(fā)泡劑、表面活性劑、催化劑、水以及多聚異氰酸酯共混，在常溫或者一定溫度下發(fā)泡制備。隨著不可再生化石資源的日益枯竭、國家對(duì)環(huán)境污染整治力度的加大以及人們對(duì)材料阻燃性能要求的提高，使得可再生的天然生物質(zhì)資源替代化石資源中最重要的可再生甘油三酯類化合物，是植物油類中唯一含有天然羥基的多元醇，利用產(chǎn)量豐富的蓖麻油通過改性合成蓖麻油基阻燃多元醇替代石油基聚酯聚醚多元醇制備聚氨酯泡沫保溫材料對(duì)改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)聚氨酯泡沫保溫行業(yè)發(fā)展均有明顯的促進(jìn)作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前使用的聚氨酯泡沫塑料是由石油基的聚酯聚醚多元醇合成的，不僅污染環(huán)境而且造成了不可再生化石資源的枯竭的弊端，提供了一種聚氨酯泡沫保溫阻燃材料的制備方法，本發(fā)明用蓖麻油為原料，采用三乙醇胺和甲醇鈉為混合催化劑制備甘油醇解蓖麻油多元醇，利用制備的環(huán)氧甘油醇解蓖麻油多元醇與磷酸二乙酯，在甲苯作溶劑和三苯基膦為催化劑條件下，合成了蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇，并用制備的蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇和甘油醇解蓖麻油多元醇與二苯基甲烷二異氰酸酯制備了聚氨酯泡沫保溫阻燃材料，本發(fā)明利用可再生的蓖麻油為原料，綠色環(huán)保，制成的聚氨酯泡沫具有很好的保溫阻燃性能，材料氧指數(shù)達(dá)到了 28.5?29.5，而且原料來源豐富，成本低。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種聚氨酯泡沫保溫阻燃材料的制備方法，其特征在于具體制備步驟為:
(!)量取100?200mL蓖麻油和25?50mL甘油放入500mL燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，再加入0.5?Ig甲醇鈉和0.2?0.5g三乙醇胺，放置在磁力攪拌機(jī)上，以100?200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10?15min后，放入油浴鍋中，升溫至180?200°C，反應(yīng)2?3h，再移入臥式高速離心機(jī)離心處理30?40min，離心轉(zhuǎn)速為10000?12000r/min，分離得上清液，即為甘油醇解蓖麻油多元醇；
(2)在帶有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入20?50mL上述制備的甘油醇解蓖麻油多元醇和2?5mL質(zhì)量濃度為90%的甲酸溶液，開啟攪拌器以100?150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10?15min，再加入I?3mL的質(zhì)量濃度為30%的磷酸溶液作催化劑，加熱升溫至35?45 °C，用滴管緩慢滴加5?6滴濃度為30%的雙氧水，水浴升溫至50?60°C，并反應(yīng)
5?6h ;
(3)將上述環(huán)氧化反應(yīng)后的溶液冷卻至室溫，加入100?150mL乙酸乙酯，并加入50?10mL蒸餾水進(jìn)行萃取5?lOmin，待反應(yīng)物萃取分層后，分離得到環(huán)氧化甘油醇解蓖麻油多元醇；
(4)在帶有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入20?25mL甲苯和100?150mL環(huán)氧化甘油醇解蓖麻油多元醇，移入水浴鍋中，加熱至40?50°C，邊攪拌邊緩慢滴加混合溶液，滴加時(shí)間為30?40min，所述的混合溶液由10?20mL甲苯、30?40mL磷酸二乙酯、5?1mL三苯基膦混合制成；
(5)上述混合液滴加完畢后，油浴升溫至70?75°C，反應(yīng)4?5h，之后移入濃縮罐，減壓至2000?2500Pa進(jìn)行低壓脫水，制得蓖麻油基磷酸酯阻燃多元醇；
(6)向磁力攪拌杯中加入I?3g泡沫穩(wěn)定劑、0.5?2g催化劑、I?2g發(fā)泡劑、20?50mL蒸餾水和50?10mL蓖麻油基磷酸酯阻燃多元醇以及80?120mL甘油醇解蓖麻油多元醇，以500?600r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3?5min，再加入I?2g 二苯基甲燒二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌10?20s后倒入模具中，加熱至40?50°C，固化24?30h后即得一種聚氨酯泡沫保溫阻燃材料。
[0007]所述的甘油醇解蓖麻油多元醇為蓖麻油甘二酯和蓖麻油單甘酯比例為1:2的混合物。
[0008]所述的泡沫穩(wěn)定劑為蓖麻油酸鈉，催化劑為N，N’ 一二甲基環(huán)己胺，發(fā)泡劑為十二燒基硫酸納。
[0009]本發(fā)明的具體應(yīng)用方法為:將本發(fā)明制得聚氨酯泡沫保溫阻燃材料應(yīng)用在家用墻體上，從墻體上中裁取5?7個(gè)尺寸8cmX Icm的試片裝入試驗(yàn)裝置中，在規(guī)定條件下，通入氧與氮的混合氣體，將試片用點(diǎn)火器點(diǎn)燃，測定保持如蠟狀持續(xù)燃燒所必須的最低氧濃度，最終測定氧指數(shù)達(dá)到了 28.5?29.5，阻燃性能和熱穩(wěn)定性好。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(O本發(fā)明制成的聚氨酯泡沫具有很好的保溫阻燃性能，材料氧指數(shù)達(dá)到了 28.5?29.5 ；
(2)本發(fā)明利用可再生的蓖麻油為原料，來源豐富，綠色環(huán)保，成本低。
【具體實(shí)施方式】
[0011]首先量取100?200mL蓖麻油和25?50mL甘油放入500mL燒杯中，用玻璃棒攪拌均勾，再加入0.5?Ig甲醇鈉和0.2?0.5g三乙醇胺，放置在磁力攪拌機(jī)上，以100?200r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10?15min后，放入油浴鍋中，升溫至180?200°C，反應(yīng)2?3h，再移入臥式高速離心機(jī)離心處理30?40min，離心轉(zhuǎn)速為10000?12000r/min，分離得上清液，即為甘油醇解蓖麻油多元醇；在帶有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入20?50mL上述制備的甘油醇解蓖麻油多元醇和2?5mL質(zhì)量濃度為90%的甲酸溶液，開啟攪拌器以100?150r/min的轉(zhuǎn)速攪拌10?15min，再加入I?3mL的質(zhì)量濃度為30%的磷酸溶液作催化劑，加熱升溫至35?45°C，用滴管緩慢滴加5?6滴濃度為30%的雙氧水，水浴升溫至50?60°C，并反應(yīng)5?6h ;將上述環(huán)氧化反應(yīng)后的溶液冷卻至室溫，加入100?150mL乙酸乙酯，并加入50?10mL蒸餾水進(jìn)行萃取5?lOmin，待反應(yīng)物萃取分層后，分離得到環(huán)氧化甘油醇解蓖麻油多元醇；在帶有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入20?25mL甲苯和100?150mL環(huán)氧化甘油醇解蓖麻油多元醇，移入水浴鍋中，加熱至40?50°C，邊攪拌邊緩慢滴加混合溶液，滴加時(shí)間為30?40min，所述的混合溶液由10?20mL甲苯、30?40mL磷酸二乙酯、5?1mL三苯基膦混合制成；上述混合液滴加完畢后，油浴升溫至70?75°C，反應(yīng)4?5h，之后移入濃縮罐，減壓至2000?2500Pa進(jìn)行低壓脫水，制得蓖麻油基磷酸酯阻燃多元醇；向磁力攪拌杯中加入I?3g泡沫穩(wěn)定劑、0.5?2g催化劑、I?2g發(fā)泡劑、20?50mL蒸餾水和50?10mL蓖麻油基磷酸酯阻燃多元醇以及80?120mL甘油醇解蓖麻油多元醇，以500?600r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3?5min，再加入I?2g 二苯基甲燒二異氰酸酯，繼續(xù)攪拌10?20s后倒入模具中，加熱至40?50°C，固化24?30h后即得一種聚氨酯泡沫保溫阻燃材料。
[0012]所述的甘油醇解蓖麻油多元醇為蓖麻油甘二酯和蓖麻油單甘酯比例為1:2的混合物。
[0013]所述的泡沫穩(wěn)定劑為蓖麻油酸鈉，催化劑為N，N’ 一二甲基環(huán)己胺，發(fā)泡劑為十二燒基硫酸納。
[0014]將本發(fā)明制得聚氨酯泡沫保溫阻燃材料應(yīng)用在家用墻體上，從墻體上中裁取5?7個(gè)尺寸8cmXlcm的試片裝入試驗(yàn)裝置中，在規(guī)定條件下，通入氧與氮的混合氣體，將試片用點(diǎn)火器點(diǎn)燃，測定保持如蠟狀持續(xù)燃燒所必須的最低氧濃度，最終測定氧指數(shù)達(dá)到了28.5?29.5，阻燃性能和熱穩(wěn)定性好。
[0015]首先量取10mL蓖麻油和25mL甘油放入500mL燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻，再加Λ 0.5g甲醇鈉和0.2g三乙醇胺，放置在磁力攪拌機(jī)上，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌1min后，放入油浴鍋中，升溫至180°C，反應(yīng)2h，再移入臥式高速離心機(jī)離心處理30min，離心轉(zhuǎn)速為lOOOOr/min，分離得上清液，即為甘油醇解蓖麻油多元醇；在帶有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的三口燒瓶中，加入20mL上述制備的甘油醇解蓖麻油多元醇和2mL質(zhì)量濃度為90%的甲酸溶液，開啟攪拌器以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌lOmin，再加入ImL的質(zhì)量濃度為30%的磷酸溶液作催化劑，加熱升溫至35°C，用滴管緩慢滴加5滴濃度為30%的雙氧水，水浴升溫至50°C，并反應(yīng)5h ;將上述環(huán)氧化反應(yīng)后的溶液冷卻至室溫，加入10mL乙酸乙酯，并加入50mL蒸餾水進(jìn)行萃取5min，待反應(yīng)物萃取分層后，分離得到環(huán)氧化甘油醇解蓖麻油多元醇；在帶有攪拌器、冷凝管、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入20mL甲苯和10mL環(huán)氧化甘油醇解蓖麻