本發(fā)明屬于材料制備領域，尤其涉及一種聚氨酯硬泡的制備方法。

背景技術：

目前，聚氨酯材料的阻燃主要分為兩種：一種是外添加阻燃劑型，另一種是在分子結構中引入阻燃元素以及芳雜環(huán)結構。前者當加入量較大時，會使聚氨酯材料的機械性能明顯下降，同時還存在因阻燃劑發(fā)生遷移而阻燃性能降低等問題，但仍是聚氨酯材料阻燃要求較低時使用最廣泛的阻燃技術；后者主要是通過在聚氨酯材料的配方中加入含有阻燃元素或者雜環(huán)結構的多元醇、反應型阻燃劑的方法來實現，具有阻燃性能持久、影響機械性能小的優(yōu)點。

硬質聚氨酯泡沬塑料具有獨特的隔熱保溫性能、重量輕、比強度大、施工簡單等優(yōu)良的特性，同時還有隔音、耐寒、耐熱、耐腐蝕等特點，是目前有機和無機材料中導熱系數最低的一種保溫材料。因此被廣泛地用于建筑外墻、冷庫、管道、冰箱冰柜等的保溫隔熱材料。

技術實現要素：

本發(fā)明旨在解決上述問題，提供一種聚氨酯硬泡的制備方法。

本發(fā)明的技術方案為：

一種聚氨酯硬泡的制備方法，包括如下步驟：

（1）在2Ｌ不銹鋼反應釜中加入THPO、KOH催化劑，用氮氣置換釜內空氣3-5次；

（2）根據THPO/PO質量比分別為5：11、7：11和9:11加入PO，隨后將溫度升至110℃，壓力保持在0.6MPa以下，反應進行4h；

（3）卸去反應釜壓力，加入磷酸、精制劑，真空脫水，過濾即可得到含磷阻燃聚醚多元醇；

（4）稱取含磷阻燃聚醚多元醇、穩(wěn)定劑、催化劑置于500mL塑料杯中，將溫度調節(jié)到25℃后混合，在2000r/min轉速下攪拌均勻后注入模具內自由發(fā)泡成型，模具溫度控制在45℃并維持2h，然后取出泡沫體在室溫放置72-75h完成制備。隨著聚氨酯發(fā)泡體系中異氰酸酯指數的提高，聚氨酯泡沫的氧指數逐漸變大，但是當異氰酸酯指數提高到200后，極限氧指數提高不多。此外過量的異氰酸酯在催化劑作用下可形成三聚體，可提高聚氨酯泡沫的壓縮強度、耐熱性。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（1）中所述反應釜的溫度為80℃，反應時間為0.5h。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（3）中所述脫水時間為2-3h。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（4）中所述攪拌時間為30s。

本發(fā)明的技術效果在于：

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，提高阻燃劑用量和異氰酸酯指數均可提高聚氨酯泡沫的阻燃性能。阻燃劑的效果更明顯，一般只通過添加阻燃劑可達到，當更高的阻燃要求時需添加阻燃聚醚多元醇，同時提高異氰酸酯指數。

具體實施方式

實施例1

一種聚氨酯硬泡的制備方法，包括如下步驟：

（1）在2Ｌ不銹鋼反應釜中加入THPO、KOH催化劑，用氮氣置換釜內空氣3次；

（2）根據THPO/PO質量比分別為5：11加入PO，隨后將溫度升至110℃，壓力保持在0.6MPa以下，反應進行4h；

（3）卸去反應釜壓力，加入磷酸、精制劑，真空脫水，過濾即可得到含磷阻燃聚醚多元醇；

（4）稱取含磷阻燃聚醚多元醇、穩(wěn)定劑、催化劑置于500mL塑料杯中，將溫度調節(jié)到25℃后混合，在2000r/min轉速下攪拌均勻后注入模具內自由發(fā)泡成型，模具溫度控制在45℃并維持2h，然后取出泡沫體在室溫放置72h完成制備。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（1）中所述反應釜的溫度為80℃，反應時間為0.5h。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（3）中所述脫水時間為2h。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（4）中所述攪拌時間為30s。

普通聚醚多元醇合成的聚氨酯泡沫的極限氧指數僅為18.7％，而未添加阻燃劑的阻燃聚醚多元醇制備的硬質聚氨酯泡沫塑料的極限氧指數最低為24.5％，并且壓縮強度和密度變化不大。隨著阻燃聚醚多元醇中的磷含量的增大，阻燃效果增加，極限氧指數可達25.6％，但壓縮強度出現明顯下降。氧指數是表征聚氨酯泡沫阻燃性能的重要指標，一般氧指數越大，阻燃性能越優(yōu)異。隨阻燃劑用量的增加，聚氨酯泡沫的氧指數增大。當添加到質量分數３０％時，使用普通聚醚多元醇制備的聚氨酯泡沫Ｆ0極限氧指數可達26.1％，因此往往在實際應用中在極限氧指數低于26％以下時，添加阻燃劑即可得到要求的阻燃性能。當對阻燃要求更高時，使用阻燃聚醚多元醇是最佳選擇，當添加阻燃劑質量分數３０％時，硬泡樣品F3的極限氧指數可達到30.5%。

異氰酸酯指數可直接影響聚氨酯泡沫的氧指數，主要是因為過量的異氰酸酯生成異氰酸脲酯基團，可提高體系的阻燃性能。隨著聚氨酯發(fā)泡體系中異氰酸酯指數的提高，聚氨酯泡沫的氧指數逐漸變大，但是當異氰酸酯指數提高到200后，極限氧指數提高不多。此外過量的異氰酸酯在催化劑作用下可形成三聚體，可提高聚氨酯泡沫的壓縮強度、耐熱性。異氰酸酯指數可選用170。

實施例2

一種聚氨酯硬泡的制備方法，包括如下步驟：

（1）在2Ｌ不銹鋼反應釜中加入THPO、KOH催化劑，用氮氣置換釜內空氣5次；

（2）根據THPO/PO質量比分別為9:11加入PO，隨后將溫度升至110℃，壓力保持在0.6MPa以下，反應進行4h；

（3）卸去反應釜壓力，加入磷酸、精制劑，真空脫水，過濾即可得到含磷阻燃聚醚多元醇；

（4）稱取含磷阻燃聚醚多元醇、穩(wěn)定劑、催化劑置于500mL塑料杯中，將溫度調節(jié)到25℃后混合，在2000r/min轉速下攪拌均勻后注入模具內自由發(fā)泡成型，模具溫度控制在45℃并維持2h，然后取出泡沫體在室溫放置75h完成制備。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（1）中所述反應釜的溫度為80℃，反應時間為0.5h。

本發(fā)明所述的聚氨酯硬泡的制備方法，步驟（3）中所述脫水時間為3h。步驟（4）中所述攪拌時間為30s。

當在250℃ 時，含磷阻燃聚氨酯泡沫熱穩(wěn)定性降低，明顯不如普通聚氨酯泡沫，原因可能是因為阻燃聚氨酯泡沫中的含磷鏈段的熱分解活化能低，促使含磷鏈段在較低的溫度分解 。此外阻燃聚醚多元醇制備的聚氨酯泡沫在500℃燃燒基本結束，然而Ｆ0直到600℃后才基本結束。800℃時，含磷聚氨酯泡沫的殘留率明顯高于Ｆ0，這主要是因為含磷元素的引入，在高溫條件下生成了多磷酸、焦磷酸等促使聚氨酯泡沫脫水炭化，形成的殘留物沉積表面，隔絕了與外表空氣交換的和熱傳遞，延緩了燃燒的時間，從而提高了聚氨酯泡沫的阻燃性能。Ｆ2的含磷量低于Ｆ3， 但最終殘?zhí)柯蕿?0％，高于后者，說明了聚氨酯硬泡氧指數和殘?zhí)柯实淖兓灰欢ㄒ恢隆?/p>

以THPO為原料制備了含磷阻燃聚醚多元醇，表征含磷聚醚多元醇的化學結構，隨THPO用量的增加，含磷量、羥值、黏度隨之增大。含磷阻燃聚醚多元醇制備的聚氨酯硬泡具有較高的阻燃性能，氧指數可達25.6％。