建筑用高阻燃型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的研制

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1、2003中國聚氨酯行業(yè)整體淘汰ODS國際論壇論文集建筑用高阻燃型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的研制閆格王娟魏秀琴劉彥軍鄧欣榮（蘭州華宇創(chuàng)新科技有限公司甘肅蘭州730000）摘要：在國產(chǎn)聚醚和液體阻燃劑復(fù)配的基礎(chǔ)上，對(duì)聚氨酯進(jìn)行改性，研制出了滿足建筑阻燃要求的硬質(zhì)聚異氰脲酸酯泡沫，其密度為50kg/m3，氧指數(shù)為32，導(dǎo)熱系數(shù)為0.030W/(m·K)，壓縮強(qiáng)度為310kPa。關(guān)鍵詞：建筑；阻燃；硬質(zhì)泡沫塑料；聚異氰脲酸酯；氧指數(shù)眾所周知，由于硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能、電學(xué)性能、聲學(xué)性能以及耐化學(xué)腐蝕性能，并與多種材料具有很強(qiáng)的粘結(jié)力，而被廣泛用作城市供熱管道、石油化工

2、管道、冷藏設(shè)備、空調(diào)客車等的隔熱保溫材料。近年來，隨著建筑節(jié)能在我國的深入發(fā)展，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的各種優(yōu)良物理性能被建筑行業(yè)的人士看好，開始逐漸在建筑屋面、墻體等部位采用該材料。但是，未經(jīng)阻燃處理的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的氧指數(shù)僅為17左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到建筑材料防火要求。對(duì)于硬質(zhì)聚氨酯泡沫在建筑上應(yīng)用的火災(zāi)危險(xiǎn)性，早已引起國內(nèi)外的重視，其阻燃技術(shù)得到了迅速發(fā)展。近十年來，我國開發(fā)了許多新型阻燃劑，有關(guān)單位在硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料阻燃防火方面也開展了一系列研究[1]，提高聚氨酯泡沫阻燃性的途徑主要有兩條：(1)添加含氯、溴、磷等元素的阻燃劑，(2)對(duì)聚氨酯進(jìn)行結(jié)構(gòu)改性[2]。采用添加

3、阻燃劑的辦法將硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的氧指數(shù)提高到26，但對(duì)添加阻燃劑后組合聚醚的保質(zhì)期未做探討，另外目前市場上很少見到達(dá)到GB8624－1997“建筑材料燃燒性能分級(jí)方法”中所規(guī)定的氧指數(shù)大于32的B1級(jí)硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料體系。為了在建筑領(lǐng)域大力推廣應(yīng)用聚氨酯泡沫，我們開展了硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料阻燃防火性能的研究，研制出氧指數(shù)達(dá)到32的B1級(jí)硬質(zhì)聚氨酯泡沫，其組合聚醚原料的保質(zhì)期為15天，泡沫密度為50～55kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.027W/(m·K)，壓縮強(qiáng)度為310kPa。1實(shí)驗(yàn)1.1原料聚醚多元醇(羥值400mgKOH/g)，國產(chǎn)；聚酯多元醇(羥值350mgKOH/g)

4、，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所；二甲基環(huán)己胺，金壇華陽化工助劑廠；抗氧劑2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚，金壇華陽化工助劑廠；阻燃劑TCEP、DMMP、TCPP，揚(yáng)州晨光化工廠；泡沫穩(wěn)定劑B-8462、B-8454，德國高施米特公司；發(fā)泡劑HCFC-141b，浙江三環(huán)化工有限公司；多異氰酸酯(PAPI)，牌號(hào)5005，美國Huntsman公司。1.2　設(shè)備電動(dòng)攪拌器，金壇市金城國勝實(shí)驗(yàn)儀器廠；萬能材料試驗(yàn)機(jī)CMT4503，深圳新三思計(jì)量技術(shù)有限公司；氧指數(shù)檢測系統(tǒng)HC-2，南京江寧分析儀器廠；導(dǎo)熱系數(shù)測試儀，自制。1.3　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.3.1　組合聚醚的配制將聚醚多元醇、聚

5、酯多元醇、泡沫穩(wěn)定劑、催化劑、發(fā)泡劑及阻燃劑等原料按確定比例混合均勻,則配制成組合聚醚。1.3.2　聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的制備控制好組合聚醚與異氰酸酯的料溫及模具溫度，按確定的配方稱取組合聚醚和異氰酸酯，混合后在電動(dòng)攪拌器上攪拌10ｓ，隨后倒入模具中，使其發(fā)泡。待泡沫熟化徹底后測定其性能。1.3.3聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料性能測試泡沫性能按國家標(biāo)準(zhǔn)方法測試，測試項(xiàng)目及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)名稱分別為：3312003中國聚氨酯行業(yè)整體淘汰ODS國際論壇論文集泡沫密度GB/T6343-1995泡沫塑料和橡膠表觀（體積）密度的測定；泡沫壓縮強(qiáng)度GB8813-1988硬質(zhì)泡沫塑料壓縮試驗(yàn)方法；泡沫導(dǎo)熱系

6、數(shù)GB3399-1982塑料導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)方法──護(hù)熱平板法；泡沫阻燃性GB/T2406-93塑料燃燒性能試驗(yàn)方法氧指數(shù)法。2結(jié)果與討論為了研制阻燃性滿足建筑要求的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在實(shí)驗(yàn)配方上設(shè)計(jì)了3種方案，具體配方見表1。表1阻燃型硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料配方及性能配方1配方2配方3配方聚醚多元醇/質(zhì)量份1005050聚酯多元醇/質(zhì)量份05050泡沫穩(wěn)定劑/質(zhì)量份2～32～32～3催化劑/質(zhì)量份0.5～2.50.5～2.50.5～2.5阻燃劑/質(zhì)量份15～3515～3015～30發(fā)泡劑/質(zhì)量份12～2012～2012～20多異氰酸酯指數(shù)1.051.051.05～3泡沫性能密度

7、/kg·m－350±250±250±2導(dǎo)熱系數(shù)/W·(m·K)－10.024~0.0270.024~0.0280.024~0.030壓縮強(qiáng)度/kPa230260310氧指數(shù)23～2624～2824～32對(duì)于配方體系1，在泡沫整體密度基本不變的條件下，調(diào)整阻燃劑的添加量，測得泡沫氧指數(shù)與阻燃劑的關(guān)系如圖1所示。從圖1可以得知，僅靠在組合聚醚中添加阻燃劑的辦法，泡沫的阻燃性能只能達(dá)到B2級(jí)，而且由于阻燃劑添加量大，造成泡沫的其它物理性能有所下降。對(duì)于配方體系2，在泡沫整體密度基本不變的條件下，調(diào)整阻燃劑的添加量，測得泡