聚氨酯硬泡用含氮阻燃聚醚的制備及阻燃性能研究

朱國(guó)全，張繼倫，張 揚(yáng)，齊春蕾，翟木艷

(1.山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 淄博 255049；2.山東沂蒙博科新型建材有限公司，山東 淄博 255049)

聚氨酯硬泡材料具有十分良好的機(jī)械性能、物理性能、耐化學(xué)腐蝕性以及耐溶劑性等特征，并且被認(rèn)為是一種優(yōu)良的絕熱材料和結(jié)構(gòu)性材料，對(duì)大多數(shù)基材具有著較好的粘結(jié)性，通常被廣泛地應(yīng)用在外墻的保溫、石油化工管道的保溫、冰庫(kù)冰箱的保溫、太陽(yáng)能的保溫等領(lǐng)域，已經(jīng)成為很多領(lǐng)域不可或缺的材料[1-5]；但是，由于聚氨酯硬泡材料的結(jié)構(gòu)疏松且多孔，沒(méi)有經(jīng)處理的PU硬泡材料容易燃燒，故其阻燃性能成為了今后是否能被廣泛使用的關(guān)鍵所在[5-6]。通常，提高聚氨酯硬泡材料阻燃性能多采用添加型和反應(yīng)型阻燃劑。一般添加型阻燃劑就是直接地添加無(wú)機(jī)阻燃劑(如氧化銻、多磷酸銨等)和有機(jī)阻燃劑(如含鹵、氮、磷等有機(jī)物)以達(dá)到改善阻燃效果的目的[7-8]；因?yàn)闊o(wú)機(jī)類(lèi)阻燃劑不適宜聚氨酯硬泡材料的連續(xù)化生產(chǎn)且添加有限，故，限制了它的使用；而反應(yīng)型阻燃劑就是通過(guò)化學(xué)鍵將阻燃元素與聚氨酯緊密地結(jié)合起來(lái)，故能有效地解決阻燃元素在聚氨酯硬泡材料中的遷移問(wèn)題，具有較好的阻燃持久性，用途也較為廣泛[9-10]。本文采用含氮化合物與甲醛發(fā)生Mannich 反應(yīng)制備了含氮阻燃聚醚，又進(jìn)一步制備了阻燃聚氨酯硬泡材料，并對(duì)其阻燃性能進(jìn)行了測(cè)試。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑及儀器

尿素、三聚氰胺、甲醛水溶液(37%)、催化劑、聚醚4110、異氰酸酯、發(fā)泡劑、勻泡劑均為化學(xué)純；極限氧指數(shù)儀(LOI)：JF-3型氧指數(shù)儀，南京市江寧區(qū)分析儀器廠，樣品尺寸為120 mm×10 mm×10 mm，每個(gè)樣測(cè)3次。

1.2 含氮阻燃聚醚的制備

在裝有冷凝管的三口燒瓶中，按照摩爾比例加入尿素、三聚氰胺、甲醛，調(diào)pH值大于7，慢慢升溫至80～90℃，反應(yīng)1～2 h，然后，抽真空去掉水分，得到含氮阻燃聚醚RPOLY。

1.3 阻燃聚氨酯硬泡的制備

在三口燒瓶中，按照質(zhì)量比例，加入RPOLY、聚醚4110、催化劑、發(fā)泡劑、勻泡劑，然后，迅速攪拌10～15 s，再加入一定量的異氰酸酯，快速攪拌5～10 s，倒入不銹鋼模具中常溫固化，即得含氮阻燃聚氨酯硬泡材料。

2 結(jié)果與討論

2.1 阻燃聚醚含量對(duì)聚氨酯硬泡發(fā)泡性能的影響

從表1可以看出，隨著RPOLY含量的增加，發(fā)泡速度加快，凝膠時(shí)間縮短，聚氨酯硬泡的交聯(lián)密度增加。這可能是由于RPOLY含有伯羥基，反應(yīng)活性較普通聚醚的仲羥基要高所致，且由于反應(yīng)速度快，使得凝膠時(shí)間短，又因RPOLY的羥值高于普通聚醚，故形成硬泡后的交聯(lián)密度相應(yīng)地提高[1]。

2.2 阻燃聚醚含量對(duì)聚氨酯硬泡材料極限氧指數(shù)的影響

從表2可以看出，隨著RPOLY含量的增加，聚氨酯硬泡材料的極限氧指數(shù)增加了。這可能是由于RPOLY含量增加使得聚氨酯硬泡材料的氮元素含量增加，而氮元素會(huì)促進(jìn)膨脹碳層的形成，可釋放不燃的惰性氣體來(lái)稀釋可燃?xì)怏w，從而達(dá)到阻燃的目的。

表2 RPOLY 含量對(duì)聚氨酯硬泡材料極限氧指數(shù)的影響

3 結(jié)論

本文制備了含氮阻燃聚醚及阻燃聚氨酯硬泡材料。測(cè)試結(jié)果表明，隨著含氮阻燃劑含量的增加，聚氨酯發(fā)泡速度增加，凝膠時(shí)間縮短，硬泡的交聯(lián)密度增大，硬泡材料的極限氧指數(shù)提高了。