可膨胀石墨阻燃水发泡聚氨酯泡沫塑料的制备_董金路
膨胀石墨的制备工艺与应用
膨胀石墨的制备工艺与应用董永利;周国江;丁慧贤;袁福龙【摘要】对膨胀石墨的制备工艺、结构、性能及其应用研究进行了综述,并对其发展趋势作了展望.主要介绍了以化学氧化法、电化学法、微波法、爆炸法和气相挥发法制备低温、无硫可膨胀石墨及复合膨胀石墨材料的工艺;总结分析了膨胀石墨材料在密封、阻燃、润滑、环境、催化、军事、医学等领域的研究现状和应用前景.【期刊名称】《黑龙江大学工程学报》【年(卷),期】2010(037)003【总页数】5页(P59-63)【关键词】膨胀石墨;制备工艺;应用研究;综述【作者】董永利;周国江;丁慧贤;袁福龙【作者单位】黑龙江科技学院,现代分析测试研究中心,哈尔滨,150027;黑龙江科技学院,现代分析测试研究中心,哈尔滨,150027;黑龙江科技学院,现代分析测试研究中心,哈尔滨,150027;黑龙江大学,化学化工与材料学院功能无机材料化学省部共建教育部重点实验室,哈尔滨,150080【正文语种】中文【中图分类】TQ1651 概述石墨是一种重要的非金属矿物,属于六方晶系,具有特殊的层状结构。
早在19世纪60年代初[1], Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热,发现了膨胀石墨(Expanded Graphite,EG),它是一种新型的原子、分子尺度上的碳素材料,呈现出独特的物理、化学性能,然而其应用则在百年之后才开始。
近20年来,众多国家相继展开了膨胀石墨的研究和开发,取得了重大的科研突破。
作为一种重要的无机非金属材料,膨胀石墨材料广泛应用于环境、化工、冶金、动力机械、宇航及原子能工业,显示了强大的生命力和市场应用前景。
1.1 膨胀石墨的基本特性膨胀石墨晶体仍然属于六方晶系,其形状貌似蠕虫,大小在零点几毫米到几毫米之间,故又称为蠕虫石墨,如图1a[2]所示。
膨胀后石墨的表观容积达250～300 mL/g或更大,在内部具有大量独特的网络状微孔结构(见图1b[3])。
氧化法制备可膨胀石墨
氧化法制备可膨胀石墨氧化法制备可膨胀石墨是一种制备石墨材料的方法，其独特性质使得可膨胀石墨广泛应用于建材、汽车、轻工、电子等众多领域。
在本文中，我们将介绍氧化法制备可膨胀石墨的原理、方法和应用。
一、氧化法制备可膨胀石墨的原理可膨胀石墨是一种具有高度可膨胀性的石墨材料，其制备通常使用氧化法。
该方法采用了碳材料的加氧制氧过程，将石墨氧化后形成具有高度层状结构的氧化石墨。
此后，经过一次高温处理即可获得可膨胀石墨。
由于氧化石墨层状结构的特性，热膨胀性得以大幅度增加，从而形成可膨胀性石墨材料。
二、氧化法制备可膨胀石墨的方法1.原材料的制备石墨材料作为氧化石墨材料的前驱体，是制备可膨胀石墨的基础。
原材料中的杂质、石墨片大小和形态都会影响可膨胀性。
因此，在选择原材料时，要选择具有较高纯度和小石墨片的石墨材料。
2.氧化石墨的制备氧化石墨材料是可膨胀石墨材料的前身，因此氧化石墨的制备过程非常重要。
该过程需要将石墨材料加入到硝酸中进行反应，过程中需要加热和搅拌。
反应完成后，产物应该进行充分的洗涤和过滤。
3.高温处理高温处理是可膨胀石墨制备的最后一步。
在该过程中，氧化石墨将被还原为石墨，同时通过气体或化学物质的影响，石墨表面形成了大量的孔隙和微裂缝。
这些孔隙和微裂缝赋予了可膨胀石墨良好的膨胀性。
三、氧化法制备可膨胀石墨的应用可膨胀石墨在众多领域都有广泛应用：1.建材：可膨胀石墨广泛应用于建筑材料、保温材料、屋面防水材料等方面。
其优良的隔热性能和轻盈的质量使得其在这些领域中可以替代一些传统的材料。
2.汽车：可膨胀石墨可以被用于汽车轻量化。
通过将可膨胀石墨纳入到聚合物中，制备出轻量化部件，可以显著降低汽车的重量，提高车辆性能和燃油效率。
3.电子：可膨胀石墨因其具有良好的导电性和热导性被广泛应用于电子领域。
例如，可膨胀石墨被用于作为电子导线、发泡胶等。
四、总结氧化法制备可膨胀石墨是一种制备石墨材料的有效方法。
该方法的原理简单，使得制备的可膨胀石墨具有良好的膨胀性，具有广泛的应用前景。
聚氨酯阻燃的研究进展
硬质泡 沫塑料 ，测试结 果表 明 ，聚酯 多元 醇采 用一步法发泡工艺 ，将 的压缩 强度 、尺 寸稳 定性等较好；添加型阻燃剂三（． Ｊ ＩＦ ） Ｉ ２ 其 应 用 于 软质 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 。通 过 锥 形 量 热 表 明 ， 氯 异 丙 基１ 酸 酯 （Ｃ Ｐ可 赋 予 材 料 一 定 的阻 燃 性 ，但 磷 Ｔ Ｐ） 添 ￣ ＭＤＦ 和 ＩＲ 聚 氨 酯 软质 泡 沫 塑 料燃 烧 过程 热 释 对 泡 体 结 构 、 压缩 强度 和 尺 寸稳 定 性 有 影 响 。 Ｎ Ｐ Ｆ 的 放 、烟 气 、Ｃ ￣ Ｃ ， 放 大 大 降 低 ，材 料 更 难 点燃 ， Ｏ Ｈ Ｏ排 石 磊 ¨川 等 制 备 出 不 同 粒 径 的 可 膨 胀 石 墨 当添加量达 到３ ％，可使材料氧 指数达２ 左右 ，从 而 ０ ７ （ Ｇ），考 察 了不 同粒径Ｅ Ｅ Ｇ对硬 质聚氨酯 泡沫塑料
良的缓 冲 材 料 ，被 广 泛 应 用 于 多 个 领 域 。但 是 同 时 因 指 数 可 达 ３ ，压 缩 强 度 为２ ０ Ｐ 左 右 ， 达 到 了 国家 建 ３ ８Ｋ ａ
为其表 观结构上具有 多孔 ，且密度较低 ，使 得它在空 筑物阻燃Ｂ 级标准 ，且 阻燃效 果稳定 。 １ ２１ 聚氨 酯 硬泡 阻燃 的研 究进 展 ．２ ． 气中极易燃烧 ，且燃烧 时产 生大量 的有毒气 体和烟尘 罗振扬 ¨ ¨等 采 用 全 磷 阻燃 剂 （ ＭＭＰ Ｄ Ｅ 、 Ｄ 、 Ｅ Ｐ 会严重 威胁 人体健康和环境 。因此 ，对聚氨 酯发泡材 料 的改性就显得尤为重要 。聚 氨酯发泡材料按其硬 度 Ｖ ） 、 卤代 磷 酸 酯 阻 燃 剂 （ Ｃ Ｐ Ｔ Ｐ 、Ｔ Ｐ ６ Ｔ Ｅ 、 Ｃ Ｐ ＤＣ ） 以及 二 者 复配 对 硬 质 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 进 行 阻燃 改 性 ， 分 为 软 质 和硬 质 两类 ， 下面 分 别 进 行 概 述 。 ２１ 聚氨 酯软泡 阻燃 的研究进展 ．１ ． 测试结果证 明全 磷阻燃剂 的阻燃 效果优于 卤代磷酸酯 李秉 海 ¨ 等 先 以Ｔ 、 ＭＤＩ Ｉ 回 弹 聚 醚 多 元 类 阻 燃 剂 ，而 磷 卤复 配 阻 燃 效 果优 于 单 一 阻 燃 剂 。 另 ＤＩ ￣高 Ｊ 醇为主要 原料 ， 以水为发泡剂 ，再使 用两种无 卤阻燃 外 硅 烷 匀 泡 剂 Ａ Ｋ８ ０ 可 以提 高 硬 质 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 ８３ 剂 —— 间苯 二 酚 双 （ 苯 基 磷 酸 酯 ）齐 聚 物 （ ＤＰ 的 点 燃 时 间 以及 降 低 硬 质 泡 沫 塑料 燃 烧 释 放 热 危 害 ， 二 Ｒ ）
无卤阻燃全水发泡聚氨酯硬质泡沫的结构与性能研究
氨 酯硬质 泡 沫 （ Ｒ Ｐ ＵＦ） ， 并 研 究 了 其 结 构 与 性 能 。 结
材 料 ＧＲ４ １ １ Ｏ — Ｇ ＰＭ ２ Ｏ ０ 环 己 胺 Ｓ Ｄ一 ２ Ｏ １ 水
够赋 予 聚合 物材料 很 好 的阻 燃 性 能 。Ｅ Ｇ 能 够有 效 提 高Ｒ Ｐ ＵＦ的阻燃 性 能 。 ］ ， 但 Ｅ Ｇ 的粒 径对 其 阻燃性 能
具有 较大 的影 响 ， 研究表明 Ｅ Ｇ 的粒 径 越 大 ， 其 阻燃 效 果 越 好 ｊ 。但是 ， 大尺寸 Ｅ Ｇ 的加 入 会 大 幅 降 低 阻 燃 ＲＰ ＵＦ的力 学性 能 。本 文 以聚 磷 酸 铵 （ Ａ Ｐ Ｐ ） 、 氢 氧 化 铝（ ＡＴＨ） 与大粒径 的 Ｅ Ｇ 组 成 无 卤 复 配 阻燃 体 系 对 全 水发 泡 聚氨 酯 硬质 泡 沫 塑 料 进 行 阻 燃 处理 ， 很 好 的 平 衡 了阻燃 ＲＰ ＵＦ的阻燃 和力 学 性 能 ， 得 到 了阻 燃 性
司； 多 亚 甲基 多苯 基异 氰 酸酯 （ Ｐ ＡＰ Ｉ ） ： Ｐ Ｍ２ ０ ０ ， 烟 台万 华 聚氨 酯 股 份 有 限公 司 ； 环 己胺 （ Ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｈ ｅ ｘ ｙ ｌ ａ ｍｉ ｎ ｅ ） ：
度 比纯 ＲＰ ＵＦ降低 ２ ７ ． ５ ； Ｅ Ｇ ／ Ａ Ｐ Ｐ ／ ＡＴＨ 复 配体 系 具有 良好 阻燃 协 同效 应 ， 能很 好 地 平 衡 阻燃 Ｒ Ｐ ＵＦ的
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全生物质单组份膨胀型阻燃剂的制备与性能研究实验设计
全生物质单组份膨胀型阻燃剂的制备与性能研究实验设计靳艳巧;曹静;胡礼波;熊雷
【期刊名称】《实验技术与管理》
【年(卷),期】2024(41)3
【摘要】该文以生物质材料作为原料制备了单组分膨胀型阻燃剂,并将其加入聚乳酸中制备了复合材料。
实验结果表明,该阻燃剂能够显著提高聚乳酸的阻燃性能和抗熔滴性能,且热稳定性良好。
该实验涉及高分子材料配方设计、成型加工、性能测试、结构表征等专业知识,可使学生掌握高分子材料阻燃机理,熟练使用相关仪器设备进行测试与分析,有利于他们提高综合运用知识的能力,并针对高分子材料与工程领域的复杂工程问题设计解决方案。
【总页数】6页(P232-237)
【作者】靳艳巧;曹静;胡礼波;熊雷
【作者单位】福州大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0;TQ323.4
【相关文献】
1.反应型单组份聚氨酯水分散体的制备及性能
2.新型单组份磷-氮膨胀型阻燃剂的热分解动力学
3.新型单组份磷-氮膨胀型阻燃剂/OMMT对尼龙6热稳定性能的影响及其协同阻燃效果
4.膨胀型阻燃剂组份配比对阻燃性能的影响
5.一种新型改性磷-氮膨胀型阻燃剂的制备及其对聚氨酯泡沫阻燃性能的影响研究
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聚氨酯泡沫塑料
聚氨酯泡沫塑料简介聚氨酯泡沫塑料是一种重要的塑料材料，其具有轻质、隔热、吸音、阻燃、耐化学腐蚀等特点，在建筑、汽车、家具、电子等领域都有广泛的应用。
本文将介绍聚氨酯泡沫塑料的制备方法、物理特性、应用领域等方面的内容。
制备方法聚氨酯泡沫塑料的制备主要分为两个步骤：制备聚氨酯预聚体和制备聚氨酯泡沫塑料。
制备聚氨酯预聚体1.选择合适的聚氨酯原料，包括聚醚多元醇和二异氰酸酯。
2.将聚醚多元醇和二异氰酸酯按照一定的比例混合，并在一定温度下进行反应。
3.反应一段时间后，产生聚氨酯预聚体。
制备聚氨酯泡沫塑料1.在聚氨酯预聚体中添加发泡剂、催化剂等辅助剂。
2.将发泡剂溶解在预聚体中，并在一定条件下进行反应。
3.反应过程中，发泡剂会分解生成气体，使泡沫塑料形成。
4.经过固化和成型处理后，制备出聚氨酯泡沫塑料。
物理特性聚氨酯泡沫塑料具有以下主要物理特性：1.轻质：聚氨酯泡沫塑料的密度低，因此质量轻，方便搬运和使用。
2.隔热：聚氨酯泡沫塑料具有良好的隔热性能，可以有效减少热量的传导和散失。
3.吸音：聚氨酯泡沫塑料有良好的吸音性能，可以减少噪音对周围环境的干扰。
4.阻燃：聚氨酯泡沫塑料中的阻燃剂可以使其具备较好的阻燃性能，减少火灾风险。
5.耐化学腐蚀：聚氨酯泡沫塑料对一些化学物质具有较好的耐腐蚀性能。
应用领域由于聚氨酯泡沫塑料具有良好的物理特性，因此在各个领域都有广泛的应用，包括：1.建筑行业：聚氨酯泡沫塑料可以用于建筑墙体和屋顶的隔热、保温材料，以提高建筑物的能效。
2.汽车行业：聚氨酯泡沫塑料被广泛应用于汽车座椅、车门、仪表板等部件，以提高乘坐舒适度和安全性。
3.家具行业：聚氨酯泡沫塑料可以制作床垫、沙发垫等家具，具有舒适的触感和吸震效果。
4.电子行业：聚氨酯泡沫塑料可以用作电子产品的保护材料，具有防震、绝缘等特性。
总之，聚氨酯泡沫塑料在各个领域都有着广泛的应用，其优异的物理特性使其成为一种重要的塑料材料。
随着科技的进步，聚氨酯泡沫塑料的制备方法和性能还将不断改进和提升，为各个行业带来更多的应用可能性。
聚氨酯泡沫制备的工艺和应用
聚氨酯泡沫制备的工艺和应用聚氨酯泡沫是一种重要的高分子材料，常用于绝缘、填充、粘合、隔热等领域。
其制备工艺和应用也成为了近几十年来科研工作者关注的重点。
本文将着重介绍聚氨酯泡沫的制备工艺和应用。
一、聚氨酯泡沫的制备工艺聚氨酯泡沫的制备工艺可以分为两个主要步骤：原料的配制和聚合反应。
原料的配制一般包括三个部分：聚醇、聚异氰酸酯和气体发生剂。
聚醇一般以聚醚、聚酯、聚醇酸等为主，聚异氰酸酯则以TDI（2，4，6-三甲基-1，5-二异氰酸酯）和MDI（4,4-二苯甲烷二异氰酸酯）为主。
气体发生剂则常用水和氟利昂等。
这些原料经混合后通过喷淋等方式进行反应即可得到聚氨酯泡沫。
聚合反应是聚氨酯泡沫制备的关键步骤，其分为开放式和闭合式两种方式。
开放式反应一般是在环境条件下进行，聚氨酯泡沫在此过程中能够自由发展，不受限制。
闭合式反应一般是在密闭的容器内进行，其反应过程中产生的气体随即发生膨胀，泡沫发展受限制。
尽管聚合反应方式不同，但是聚氨酯泡沫的质量和性能却受到原料的配制、混合过程、聚合过程、发生剂的含量等多种因素的制约。
因此，在聚氨酯泡沫制备过程中，需要对原料及其过程进行精细化控制，以提高聚氨酯泡沫的性能和质量。
二、聚氨酯泡沫的应用由于聚氨酯泡沫本身具有优异的物化性能，因此被广泛应用于农业、建筑、电力、家电等多个领域。
其中，以下是其主要的应用：（1）绝缘领域：由于聚氨酯泡沫具有的优异的隔热、绝缘、保温性能，因此广泛应用于低温工程、石油化工、冶金、建筑、家电等领域，以提高设备性能和降低能耗。
（2）建筑领域：聚氨酯泡沫给建筑带来了很大的改变，它能够有效地提高房屋的节能性能。
聚氨酯泡沫被用于制造建筑板材、保温材料、焊接构造物、夹层板等。
此外，聚氨酯泡沫还可以用于隔音和吸音，并且具有耐用性和良好的抗震性。
（3）家电领域：聚氨酯泡沫是电器的为难绝缘材料，它可以应用于冷冻淋浴喷头、空调、冰箱等。
由于聚氨酯泡沫的绝缘性能好，因此可以有效地控制制氧气流量，延长电器使用年限。
全水发泡阻燃聚氨酯硬质泡沫塑料的制备与性能
全水发泡阻燃聚氨酯硬质泡沫塑料的制备与性能彭 智 郑 震 王新灵3(上海交通大学化学化工学院高分子系 200240)摘 要:采用多元醇、异氰酸酯、催化剂、发泡剂和阻燃剂等为原料制备了全水发泡阻燃聚氨酯硬质泡沫(P URF),讨论了聚醚多元醇种类、催化剂、发泡剂、异氰酸酯指数以及阻燃剂对PUR F性能的影响。
结果表明,聚酯多元醇能够改善泡孔结构,但降低压缩强度和尺寸稳定性;不同催化剂复配,可以控制发泡工艺;水发泡剂与泡沫的密度、泡孔结构、力学性能有关;异氰酸酯指数在111～112时,泡沫的压缩强度、尺寸稳定性等较好;三(22氯异丙基)磷酸酯(TCPP)可赋予P UR F一定的阻燃性,但对泡体结构、压缩强度和尺寸稳定性有影响。
关键词:聚氨酯硬质泡沫;全水发泡;阻燃;性能中图分类号:T Q328.2 文献标识码:A 文章编号:1005-1902(2009)01-0014-04 聚氨酯硬质泡沫(P URF)塑料是一种性能优越的高分子合成材料,它既可作为绝热保温材料,又可作为结构承重材料,广泛应用于建筑、交通运输、冰箱、冰柜、石油化工管道、航空等领域[1]。
全水发泡技术是P UR F发泡过程中ODP值为零的工艺技术之一,它利用水和异氰酸酯反应生成的CO2作发泡剂,以替代氯氟烃类发泡剂。
但是,全水发泡体系与氯氟烃类体系相比存在许多不足,如组合聚醚粘度比较大、泡孔粗大、尺寸稳定性差等,从而限制了全水发泡聚氨酯泡沫的推广和应用[2,3]。
目前关于P URF全水发泡技术和阻燃的研究已有文献报道,BASF、B ayer等公司[4～7]分别开发了用于全水发泡多元醇组合料,均采用了官能度较低、粘度较小的“减粘聚醚”用以改善体系粘度与流动性,减小泡沫脆性。
而P UR F的阻燃多采用含磷、氯、溴元素的有机化合物和固体阻燃剂三聚氰胺(M EL)、多聚磷酸铵(APP)等,这类阻燃剂都可赋予P URF一定的阻燃性,但泡沫各项性能都有所下降[8～10]。
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第25卷第6期高分子材料科学与工程Vol.25,No.6 2009年6月POL YM ER MA TERIAL S SCIENCE AND EN GIN EERIN GJ un.2009可膨胀石墨阻燃水发泡聚氨酯泡沫塑料的制备董金路1,2,曹宏斌1,张 懿1(1.中国科学院过程工程研究所,北京100080; 2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:采用四溴醇合成了适合水发泡的阻燃聚醚多元醇,并通过可膨胀石墨与其它阻燃剂的复配使用,制得了可膨胀石墨阻燃的水发泡聚氨酯泡沫塑料。
讨论了溴代醇种类、发泡剂种类及用量、可膨胀石墨粒径及用量和复合阻燃剂配比等因素对泡沫阻燃性能的影响。
结果表明,该阻燃聚醚多元醇与含有可膨胀石墨的复合阻燃剂复配使用,制得的可膨胀石墨阻燃水发泡聚氨酯泡沫塑料氧指数可达33%,压缩强度为280KPa ,达到了国家标准G B/T 8624-1997中B 1级氧指数的要求,并且阻燃剂用量少,阻燃效果稳定。
关键词:可膨胀石墨;阻燃;聚氨酯泡沫塑料;水发泡中图分类号:TQ328.3 文献标识码:A 文章编号:100027555(2009)0620128204收稿日期:2008204208通讯联系人:曹宏斌,主要从事环境化工方面研究, E 2mail :hbcao @ 聚氨酯材料性能优异,制品种类多,其中尤以泡沫塑料的用途最为广泛。
但未经阻燃处理的泡沫在空气中极易燃烧,对人们的生命财产具有很大的潜在危害[1]。
随着聚氨酯泡沫塑料的大量生产及广泛应用,国内外对其阻燃性能提出了越来越严格的要求,使得聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能研究成为业内的热门课题。
传统的聚氨酯泡沫塑料进行阻燃方法是在泡沫中加入卤素、氮、磷、锑等阻燃元素[2],但这种方法添加量高,很难在保证聚氨酯物理性能的前提下达到阻燃要求,因此可膨胀石墨以其优异的阻燃和抑烟性能受到人们越来越多的重视[3]。
本工作研究了起始物料、发泡剂等因素对硬质泡沫塑料阻燃性能的影响,并对可膨胀石墨阻燃聚氨酯泡沫塑料的技术进行了深入的研究,得到了阻燃剂添加量少、阻燃性能优良、效果稳定的聚氨酯产品。
1 实验部分1.1 发泡工艺称取一定量的聚醚多元醇及异氰酸酯,控制好料温及模具温度,采用一步法发泡工艺,依次将聚醚多元醇、阻燃剂、泡沫稳定剂、催化剂和发泡剂加入反应杯中,在高速电动搅拌下使其充分混合均匀,然后在搅拌状态下,快速将异氰酸酯加入,继续搅拌,直到混合液颜色即将发白时将其倒人模具中发泡,待泡沫完全熟化后(24h ,室温)测定其性能。
1.2 泡沫性能测试泡沫氧指数采用HC 22型氧指数测定仪测定;压缩强度采用WDZ 210KN 型万能材料试验机测定;红外采用Spectrum 2GX 型傅立叶变换红外光谱仪测定;聚醚黏度采用NDJ 21型旋转式黏度仪测定;泡沫泡孔结构采用J SM 26700F 型场发射扫描电子显微镜观测。
2 结果与讨论2.1 水发泡聚氨酯用聚醚多元醇的合成聚氨酯阻燃时一般阻燃剂添加量较大,不仅影响泡沫力学性能而且阻燃效果不稳定。
本试验合成了阻燃聚醚多元醇,通过阻燃聚醚多元醇替代一定量的普通聚醚多元醇来实现较少的阻燃剂添加量和稳定而优异的阻燃效果。
试验在确定了基本起始物料体系的基础上,采用不同的溴代醇与基础物料和环氧丙烷进行反应,生成阻燃效果不同的阻燃型聚醚多元醇并对这些聚醚所发泡沫进行测定,选出最佳的阻燃聚醚多元醇原料。
所考察的溴代醇为二溴醇、三溴醇、四溴醇,主要考察不同溴代醇种类和添加量对泡沫塑料阻燃性能的影响,其结果见Fig.1。
由图可知,采用溴代醇合成阻燃聚醚多元醇能够较大幅度提高聚氨酯的氧指数,且阻燃效果随着添加量的增加而上升,四溴醇的阻燃效果明显优于二溴醇和三溴醇,由于合成所需温度、压力等条件接近,所以实验最终选择四溴醇合成阻燃聚醚多元醇。
该溴代醇的加入不会对聚氨酯其它性能带来较大影响,且由于含有苯环,由其合成的泡沫尺寸稳定性及压缩强度均要稍优于普通聚醚所制产品。
同时综合经济因素、阻燃性能等条件考虑,聚醚多元醇中溴代醇含量选为25%(溴含量约为15.25%),所得泡沫塑料的氧指数高于24。
Fig.2为阻燃聚醚多元醇及其合成的聚氨酯的红外光谱图,图中3000cm -1～3100cm -1、1600cm -1、700cm -1～900cm -1处吸收峰为苯环的特征吸收峰。
2.2 发泡剂对泡沫塑料阻燃性能的影响2.2.1 发泡剂种类对泡沫塑料阻燃性能的影响:发泡剂的选择直接影响聚氨酯泡沫的密度、压缩强度等参数,同时也可能影响聚氨酯的阻燃性能。
由于传统的氯氟烃发泡剂对臭氧层有破坏作用,已逐渐被禁止使用,目前比较看好的是以环戊烷等碳氢化合物和水为发泡剂的技术路线。
本试验考察了3种不同体系发泡剂用量与泡沫阻燃性能的关系,结果见Tab.1。
T ab.1 E ffect of vesicant on oxygen index ,densityand compressive strength of rigid foamBlowing agentH 2O CyclopentaneH 2O and HCFC 2141b L OI (%)20.619.519.9Core density (kg/m 3)34.740.230.2Compressive strength (kPa )270.5335.6210.4 由结果可以看出,所选三种体系,环戊烷所发泡沫阻燃性能最差,全水发泡所得泡沫氧指数最高,H 2O 与HCFC 2141b 混合发泡体系所发泡沫阻燃性能居中。
这是因为在这几种发泡剂中,环戊烷为易燃物,HCFC 2141b 为可燃物,而全水发泡没有可燃物参与。
由密度及压缩强度数据可以看出,在密度适中时,水发泡压缩强度适中。
考虑到水发泡的绿色、环保,后续试验中均采用H 2O 作为发泡剂进行发泡。
2.2.2 水发泡剂用量对泡沫氧指数的影响:试验在确定水为发泡剂的条件下具体考察了水的用量对聚氨酯泡沫塑料氧指数及压缩强度的影响,其结果如Fig.3所示。
可以看出,随着水用量的增加,泡沫氧指数先稍有增加然后下降,总体变化不大,可见水量对泡沫阻燃性921 第6期董金路等:可膨胀石墨阻燃水发泡聚氨酯泡沫塑料的制备能的影响并不显著,但水量对泡沫物理性能有较大的影响,随着水量的增加,泡沫的压缩强度下降明显,这主要是因为发泡过程中随着水量的增加,水与异氰酸酯反应会产生更多的CO 2,泡沫内形成了更多的细微泡孔,导致泡沫压缩强度下降。
综合泡沫氧指数、压缩强度等各因素考虑,试验选择水用量为5的条件进行发泡。
2.3 石墨及协同阻燃剂对塑料泡沫阻燃性能的影响可膨胀石墨作为膨胀型阻燃剂近年来发展迅速,其作为填加剂可以赋予聚合物很好燃烧性能,尤其是聚氨酯泡沫塑料[4,5]。
但目前的文献中对可膨胀石墨阻燃水发泡硬质聚氨酯泡沫塑料的研究还很少。
本试验考察了不同粒径石墨对泡沫塑料氧指数的影响,同时考察了石墨与其它阻燃剂间的协同效应,Fig.4为不同粒径可膨胀石墨对聚氨酯阻燃性能的影响。
由Fig.4可以看出,泡沫氧指数随着可膨胀石墨添加量的增加而增大,且50mesh 石墨阻燃效果要优于80mesh 石墨。
这是因为当石墨粒径较小时,石墨片层之间的氧化剂受热时很容易从片层之间逃离,膨胀倍率较小,因而在泡沫燃烧时不能有效占据样品的表面空间及表面燃烧点,在样品表面形成许多裂缝,最终氧气的传播、质量热量的传递继续向样品内部发生,导致燃烧继续,阻燃效果变差[6]。
该结果同样可以通过Fig.5中泡沫燃烧后残渣的扫描电镜照片看出,普通泡沫燃烧后为细小碎屑,无法阻止聚合物的进一步燃烧,而可膨胀石墨阻燃时,在泡沫外层的石墨遇到热源产生了数倍的体积膨胀,燃烧后的剩余物大部分为膨胀后的石墨残渣,且50mesh 石墨能更有效地在剩余材料表面形成一个隔绝层,阻燃效果更好。
Fig.5 SEM photo of burned polyureth ane foams 虽然可膨胀石墨能有效提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能,但添加量足够多才能达到一定的效果,阻燃剂过多严重影响泡沫其它性能以及发泡等后续工艺,因此试验考察了可膨胀石墨与其它阻燃剂间的协同效应对泡沫阻燃性能的影响。
根据已有试验,本试验选用了阻燃效果较好的磷类、胺类、锑类阻燃剂进行复配,其试验结果如Tab.2所示。
T ab.2 E ffect of synergistic flame retard ants on oxy 2gen index and compressive strength of foamsNumbersEG Level (%)B C D L OI(%)Compressive strength(KPa )1010101028.5270.021********.5285.33101001030.6295.04101010033280.0420101035300.0 可以看出,阻燃剂协同能大幅度提高聚氨酯泡沫的阻燃性能,且添加锑阻燃剂的阻燃效果相对较好,而阻燃剂间比例为1时能得到较高的氧指数。
虽然继续加大石墨用量能够进一步提高泡沫的阻燃性能,但会增大混合物黏度、泡沫硬度以及成本,因此综合考虑,试验确定了可膨胀石墨∶磷∶锑=1∶1∶1的复配比例,泡沫氧指数可达33,压缩强度为280KPa 左右,达到了国家建筑物阻燃B 1级标准。
3 结论(1)研究了水发泡聚氨酯用聚醚多元醇的合成,考察了起始剂对泡沫阻燃性能的影响,合成出了阻燃性能良好、适合水发泡的聚醚多元醇。
(2)研究了发泡剂对泡沫塑料阻燃性能的影响,得出了水发泡体系,并最终选取水用量为5的条件进行发泡。
(3)研究了不同粒径可膨胀石墨的阻燃性能。
得出泡沫的阻燃性能随着石墨添加量的增大而提高,且目数较低的石墨阻燃性能优于目数较高石墨,在此基031高分子材料科学与工程2009年 础上通过石墨与其它阻燃剂复配,得出复合阻燃体系。
所得阻燃泡沫氧指数可达33,压缩强度为280KPa左右,达到了国家建筑物阻燃B1级标准,且阻燃效果稳定。
参考文献:[1] 闫格,王娟,魏秀琴,等.建筑用高阻燃型硬质聚氨酯泡沫塑料的研制[J].聚氨酯工业,2003,18(2):31233.YAN G,WAN G J,WEI X Q,et al.Preparation of the higherflame retardant PU rigid foam for the construction[J].PolyurethaneIndustry,2003,18(2):31233.[2] 秦桑路,杨振国.添加型阻燃剂对聚氨酯硬泡阻燃性能的影响[J].高分子材料科学与工程,2007,23(4):1672169.QIN S L,YAN G Z G.Effect of flame2retardants additive on theflame retardancy of rigid polyurethane foam[J].Polym.Mater.Sci.&Eng.,2007,23(4):1672169.[3] DUQU ESN E S,L E BRAS M,BOURBIGO T S.Thermal degrada2tion of polyurethane and polyurethane/expandable graphite coatings [J].Polym.Degrad.Stab.,2001,74:4932499.[4] KRASSOWSKI D W,FORD B M.Expandable graphite flake as anIntumescent flame retardant additive[J].Proceedings of Fire&Ma2 terials,1998,2:293.[5] MODESTI M,LORENZETII A,SIMIONI F,et al.Expandablegraphite as an intumescent flame retardant in polyisocyanurate polyurethane foams[J].Polym.Degrad.Stab.,2002,77:1952 202.[6] CEL ZARD A,MARECHE J F,FURDIN G.Modelling of exfoliat2ed graphite[J].Process in Materials Science,2005,50:932179.Preparation of Flame2R etardant of W ater B low n Polyurethane FoamsFilled with Expandable G raphiteDON G Jin2lu1,2,CAO Hong2bin1,ZHAN G Y i1(1.Instit ute of Process Engi neeri ng,Chi nese A cademy of Sciences,Beiji ng100080,Chi na;2.Graduate School of Chi nese A cademy of Sciences,Beiji ng100049,Chi na)ABSTRACT:Flame2retardant polyether polyol,which was mainly made of bromhydrin,was compounded with ex2 pandable graphite and other flame retardants to prepare a flame2retardant of water2blown polyurethane foam filled with expandable graphite.Effects of different kinds of bromal,blowing agent level,diameter and level of expandable graphite and proportion of synergistic flame retardants on flame2retardant performance of the rigid polyurethane(PU) foams were discussed.The results show that the flame2retardant effect of the PU foams is improved with oxygen in2 dex33%,compressive strength280KPa,which reaches the Chinese national standard of flame2retardant B1grade. The level of the flame retardants is low and the effect is steady.K eyw ords:expandable graphite;flame retardant;polyurethane foam;water blown foams高分子专利专利名称:丝素/碳酸钙纳米复合材料及其制备方法专利申请号:CN200710069129.8公开号:CN101081932申请日:2007.06.06 公开日:2007.12.05申请人:浙江理工大学本发明公开了一种丝素/碳酸钙纳米复合材料及其制备方法,该材料中含有机成分和矿物质,所述有机成分为脱胶后的丝素蛋白,所述矿物质为碳酸钙晶体。