低烟阻燃聚氨酯泡沫塑料的制备及性能研究

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聚氨酯泡沫塑料(Polyurethane Foam,PUF)是一种具有多孔结构的高分子材料,具有质量轻、导热系数小、比强度高、稳定性好和粘合强度高等优良特性。再加上其多样性和可控性,PUF在建筑保温隔音材料、航空航天、各类防水管道和交通运输等领域具有广泛的应用。但由于自身结构的问题导致PUF遇火易燃,且燃烧速度快,其广泛应用受到限制。阻燃效果较好的阻燃剂大多数是含有氮、磷等添加型阻燃剂,但该类阻燃剂往往会导致材料力学性能变差,且使用量大。本文制得了一种含硅反应型阻燃剂,再复配添加型阻燃剂甲基膦酸二甲酯(Dimethyl Methyl Phosphonate,DMMP)和可膨胀石墨(Expandable Graphite,EG)来提高PUF的阻燃性能。通过聚硅氧烷与烯丙基聚醚进行硅氢化反应合成了聚醚改性聚硅氧烷(Polyether Modified Silicone Oil,PESO),结合红外光谱和核磁共振氢谱对PESO进行结构表征,通过观察产物性状确定反应终点,得出最佳反应条件:Si-H与C=C摩尔比为1/1.2,反应温度为110℃,铂催化剂为5ppm,反应时间为3h。再将PESO与聚醚多元醇、二月桂酸二丁基锡、三乙醇胺及发泡剂均匀混合作为白料,与多苯基多次亚甲基多异氰酸酯(PAPI)均匀混合制备PUF。研究了各组分含量对PUF泡孔结构、压缩强度、表观密度、吸水率、极限氧指数、残炭形貌及残炭率的影响。得出最优配方为:PESO为20份、聚醚多元醇为80份、二月桂酸二丁基锡为0.67份、三乙醇胺为1.34份、HCFC-141b为15份、水为2份、PAPI为150份,此时PUF的泡孔结构较为稳定,综合性能最佳。在上述体系中加入添加型阻燃剂DMMP和EG。研究了DMMP-EG(1/2)加入量对PUF压缩强度、表观密度、泡孔结构及炭层形貌、LOI、烟密度等性能的影响,并通过热重分析了PUF阻燃体系的热降解过程。结果显示:当PESO与聚醚多元醇质量比为2/8,DMMP-EG(1/2)加入量为30%时,PUF/DMMP-EG的LOI可达到31.8%,烟密度等级为18.3%。
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