阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及性能研究

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中文摘要：聚氨酯硬质泡沫塑料(Polyurethane Rigid Foam，PURF)，由于其低导热性和出色的隔热性能，广泛用于建筑房屋外墙、道路防冻、冷库隔热、运输等领域。但由于其结构特征，导致阻燃性能差，限制了应用。常规的PURF阻燃改性是将含有阻燃元素及结构的添加型阻燃剂，通过物理共混的方式加入到基体树脂中。该方法不仅添加量大，而且极大的降低了改性PURF的机械性能，且阻燃效果有限。因此本文采用结构阻燃法，合成一种反应型阻燃剂并复配含磷阻燃剂甲基膦酸二甲酯(Dimethyl Methyl Phosphonate，DMMP)对PURF进行阻燃改性。首先以三聚氰胺、甲醛等为原料，合成了一种反应型含氮阻燃剂多羟甲基三聚氰胺(Hydroxymethyl Melamine，HM)，并采用红外光谱、固体核磁共振氢谱与碳谱、元素分析(Elemental Analysis，EA)等方法进行结构表征。考查了原料配比、反应时间、反应温度、溶液pH值等对羟甲基化产物的影响和缩聚反应时间、反应温度、pH值及脱水时间对HM性能、含水量、游离甲醛含量的影响。由此得到的最佳反应条件为:三聚氰胺与甲醛摩尔比为1∶2.5，催化剂选择10wt％NaOH，调节pH=8.5～9.2，羟甲基化时间为40～50min，羟甲基化温度为80℃～90℃。缩聚反应pH=6～7，缩聚时间为15～20min，反应温度为80℃～90℃，脱水时间为7h。通过热重分析(ThermogravimetricAnalyzer，TG)及EA分析表明，HM的热稳定性良好，含氮量为43.6％，可以用于PURF的结构阻燃。将合成的HM加入到PURF发泡体系，得到HM/PURF阻燃体系。将10wt％的DMMP加入HM/PURF体系，得到HM-DMMP/PURF阻燃体系。分别对上述两个体系的压缩强度、冲击强度、极限氧指数(LOI)、垂直燃烧、热重分析、泡孔及炭层形貌、吸水率等进行测试。实验结果显示:当HM添加量达到30wt％以上时，HM/PURF阻燃体系的LOI从18.1％提高至22％，在HM40wt％处达到24.6％。随着HM的添加，压缩强度降低，当加入30wt％HM时，PURF的压缩强度胃58MPa，吸水率略微增加，综合物理性能最佳。HM-DMMP/PUI强阻燃体系的综合性能最佳配比为30wt％HM复配10wt％DMMP，此时的LOI升高至25.9％，压缩强度为0.135MPa，吸水率最小。对阻燃PURF进行热重-傅里叶变换红外光谱联用(Thermogravimetric Analyzer-Fourier Transform Infrared，TG-FTIR)测试。结合测试结果表明，HM在高温下分解出的含氮气体产物，可以对PURF的燃烧起到很好的抑制作用。复配DMMP使用后，使得PURF在热分解的各阶段都能得到阻燃剂分解产物的保护，抑制泡沫分解。

作者：

张璟晨

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关键词：

聚氨酯硬质泡沫塑料多羟甲基三聚氰胺甲基膦酸二甲酯阻燃改性

授予学位：

硕士

学科专业：

材料加工工程

导师：

邬素华

学位年度：

2019

学位授予单位：

天津科技大学

语种：

中文

中图分类号：