阻燃硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料的制備及其性能研究.pdf

1、硬質(zhì)聚氨酯(RPUF)因?yàn)榫哂械蜔釋?dǎo)率、強(qiáng)度高、重量輕等特性，以及防水、防潮、耐熱、耐寒等優(yōu)點(diǎn)，成為建筑節(jié)能工程中外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要保溫隔熱材料之一。但是，硬質(zhì)聚氨酯易燃燒且易發(fā)生火災(zāi)蔓延，具有重大火災(zāi)安全隱患，而常規(guī)的物理或化學(xué)阻燃方式往往會使得硬質(zhì)聚氨酯的熱導(dǎo)率升高，失去其作為保溫隔熱材料的優(yōu)勢，限制了它在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。
　　本文從儲能、隔熱、防火三個(gè)方面提出一種制備新型硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料的工藝思路。采用分子設(shè)計(jì)的原理，使

2、用三氯氧磷為偶聯(lián)劑，不同分子量的聚乙二醇為相變儲能物質(zhì)，將聚乙二醇鍵接于聚氨酯泡沫保溫隔熱材料用聚醚多元醇上，通過二乙醇胺調(diào)節(jié)其酸值后，進(jìn)而與多異氰酸酯進(jìn)行發(fā)泡反應(yīng)，制備出不同結(jié)構(gòu)的聚氨酯泡沫保溫隔熱材料。為了進(jìn)一步改善其阻燃性能，以“添加型”的方式為硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料引入了阻燃劑聚磷酸胺和三聚氰胺，將聚乙二醇的相變儲能性能和磷-氮協(xié)同阻燃的有效性充分協(xié)調(diào)起來，力求在賦予硬質(zhì)聚氨酯較好阻燃性能的同時(shí)保持甚至提高其保溫隔熱性能。并采用

3、紅外光譜(FTIR)對其化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，采用差示掃描量熱儀(DSC)、熱失重分析法(TGA)研究了阻燃硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料的熱行為，采用極限氧指數(shù)(LOI)、水平垂直燃燒、煙密度以及煙氣毒性分析法研究了阻燃硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性，采用Ozawa方法研究普通和阻燃聚氨酯保溫隔熱材料的熱降解行為。對阻燃硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料的阻燃機(jī)理、制備方法、燃燒行為以及熱性能等方面進(jìn)行了較為深入的研究。
　　本研究主要內(nèi)

4、容包括：⑴成功合成了同時(shí)含有P元素和PEG鏈段的改性聚醚多元醇。通過紅外光譜分析(FTIR)對其化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)在1011.58cm-1產(chǎn)生了新的化學(xué)鍵P-O-C的振動(dòng)吸收峰，證明聚乙二醇鏈段在三氯氧磷的偶聯(lián)作用下成功鍵接到了普通聚醚多元醇上;通過酸值和羥值的測試，證明了其滿足與異氰酸酯的反應(yīng)活性需求。⑵采用“一步法”的發(fā)泡技術(shù)將改性聚醚多元醇以“反應(yīng)型”的方式引入到硬質(zhì)聚氨酯體系中，制備得到含磷硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料，

5、并通過添加少量的聚磷酸胺和三聚氰胺阻燃劑進(jìn)一步改善了其阻燃性能。⑶運(yùn)用差示熱掃描量熱儀(DSC)和導(dǎo)熱性能測試的手段對阻燃硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料的保溫隔熱性能和儲能性能進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)引入相變儲能物質(zhì)PEG-800能使得RPUF材料在22～42℃內(nèi)具有更高的相變晗值，并且隨著PEG-800添加量增加，RPUF材料的升溫速率降低，具有更好的保溫隔熱性能。同時(shí)，阻燃劑的加入會增大材料的熱導(dǎo)率，但是受PEG-800固-液變化時(shí)儲能作用的影響，

6、阻燃硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料仍然具有比普通聚氨酯材料更好的保溫隔熱性能。⑷通過極限氧指數(shù)(LOI)、水平垂直燃燒以及熱失重(TGA)等手段對阻燃硬質(zhì)聚氨酯保溫隔熱材料的阻燃性能和熱降解行為進(jìn)行了研究，并使用Ozawa方法計(jì)算了普通和阻燃硬質(zhì)聚氨酯材料的活化能，進(jìn)一步分析了P元素的阻燃機(jī)理。研究結(jié)果表明，阻燃元素P的引入使硬質(zhì)聚氨酯LOI有了明顯提高，有了極好的自熄效果。尤其是少量聚磷酸胺和三聚氰胺的引入，在硬質(zhì)聚氨酯體系中形成了物理化學(xué)聯(lián)

7、用的P-N協(xié)同阻燃體系，LOI最高達(dá)到31.3，水平燃燒等級為FH-1，垂直燃燒等級為FV-0。⑸運(yùn)用煙密度以及煙氣毒性測試的手段研究了磷系和氮系阻燃劑對聚氨酯材料煙氣生成量以及煙氣中有毒害氣體發(fā)生量的影響規(guī)律。結(jié)果表明，P系和N系阻燃劑都會使聚氨酯材料在火災(zāi)下生成更多煙氣，尤其是P系阻燃劑更明顯，但煙氣中的有毒害氣體的發(fā)生量會隨著P系阻燃劑的加入而減少。說明了P系和N系阻燃劑雖然會增加聚氨酯材料火災(zāi)中煙氣的釋放量，但也會減少煙氣中毒性