單組分聚氨酯泡沫填縫劑的阻燃性能研究

羅軍力，寧智勇，陳炳耀,

（1.廣東三和化工科技有限公司，廣東 中山528429；2.廣東阜和實業(yè)有限公司，廣東 中山528434）

前 言

聚氨酯發(fā)泡劑全稱單組分聚氨酯泡沫填縫劑，俗稱發(fā)泡劑、發(fā)泡膠、PU 填縫劑，是氣霧技術(shù)和聚氨酯泡沫技術(shù)交叉結(jié)合的產(chǎn)物?，F(xiàn)市場上流通發(fā)泡膠多為未經(jīng)阻燃處理的B3 級（即易燃）發(fā)泡膠,氧指數(shù)（氧指數(shù)越大，阻燃性能越好）僅為18 左右，屬于易燃產(chǎn)品；一般的阻燃型發(fā)泡膠為B2 級，氧指數(shù)為26 左右, 屬于可燃產(chǎn)品；所謂的B1 級別，即氧指數(shù)≥30,屬于難燃產(chǎn)品。隨著人們安全意識的提高,在一些領(lǐng)域（例如：防火門）對發(fā)泡膠的阻燃性能要求越來越高,因此,開發(fā)一種防火性能優(yōu)異的單組分聚氨酯泡沫填縫劑成為市場的迫切需求。通常在阻燃型發(fā)泡膠開發(fā)的過程中往往會遇到要兼顧阻燃性能與物理機械性能的問題, 需要在阻燃性能和物理機械性能之間選擇一個最佳比例范圍, 兼顧阻燃性能與物理機械性能,從而得到性能優(yōu)異的產(chǎn)品。

1 實 驗

1.1 材料

氯化石蠟(工業(yè)級）,濟源市恒順新材料；聚醚多元醇（工業(yè)級），山東淄博德信聯(lián)邦化學(xué)；阻燃聚醚多元醇（工業(yè)級），萬華化學(xué)；磷酸三（1- 氯-2- 丙基）酯TCPP（工業(yè)級），江蘇雅克化工；氰尿酸三聚氰胺（工業(yè)級），濟南泰星精細(xì)化工；硅油（工業(yè)級），中山東峻化工；固化劑（工業(yè)級），北京油化精細(xì)化工研究所；粗MDI（工業(yè)級），萬華化學(xué)；乙二醇二甲醚DME（工業(yè)級），佛山興順燃?xì)?；LPG（工業(yè)級），中山東鳳鳳燃。

1.2 儀器與設(shè)備

表1 實驗儀器Table 1 The experiment apparatus

1.3 實驗方法

1.3.1 基礎(chǔ)配方設(shè)計

表2 實驗基礎(chǔ)配方[6]Table 2 The basic formula for experiment

1.3.2 組合聚醚的制備

將混合聚醚加入反應(yīng)容器中，攪拌、升溫，在105℃下保持1h，然后依次加入氯化石蠟、助劑、TCPP、氰尿酸三聚氰胺，攪拌1h，即得組合聚醚。

1.3.3 單組分聚氨酯泡沫填縫劑的制備

利用氣霧劑灌裝機在耐壓罐中依次灌入組合聚醚、粗MDI、二甲醚、丙丁烷，通過搖床搖晃3～5min，在室溫下放置24h 即得成品。

1.3.4 性能測試

1.3.4.1 尺寸穩(wěn)定性[3]

按GB/T 8811-2008 規(guī)定進(jìn)行：試驗條件為（23±2）℃，制樣72h 后測試。

1.3.4.2 拉伸粘接強度

按JC936-2017 中7.6 規(guī)定的方法進(jìn)行。

1.3.4.3 噴出率噴完整支產(chǎn)品，計算其噴出率；檢測方法按GB/T 14449-2017 中5.3.6 的規(guī)定進(jìn)行。

1.3.4.4 彈性

在標(biāo)準(zhǔn)試驗條件下，溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%，將聚氨酯泡沫填縫劑噴射在報紙上，24h 后用落球回彈測試儀檢測。

1.3.4.5 氧指數(shù)

按GB/T 2406.2-2009 的檢測方法進(jìn)行。

1.3.4.6 延長米的測試

以相同凈含量為準(zhǔn),采用槍式打樣法，分別稱量打樣前、打樣后試樣的質(zhì)量，計算凈含量；控制噴出后的泡沫寬3cm、高2cm，并計算噴出泡沫的米數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚醚的比例選擇

本配方采用聚醚多元醇與阻燃聚醚多元醇混合搭配使用[2]，以便使產(chǎn)品同時具備阻燃性能與較好的物理機械性能，阻燃聚醚多元醇[4]型號為：R2310；羥值：163～173（mgKOH/g）；黏度200～300（mPa·s）；是一種含磷和鹵素的反應(yīng)型阻燃聚醚，參與聚氨酯合成反應(yīng)，進(jìn)入聚氨酯鏈結(jié)構(gòu)中，聚氨酯泡沫本身具備阻燃性能，使用該聚醚制備的聚氨酯泡沫具有優(yōu)良的阻燃性能，并且阻燃性能持久；另外，R2310還可提高產(chǎn)品的粘接力與彈性；聚醚多元醇DDL-1000D，羥值：109～115（mgKOH/g）；官能度為2，相對分子質(zhì)量1000；聚醚多元醇DDL-1000D 在具體應(yīng)用時隨著聚醚相對分子質(zhì)量的增大，制品的斷裂伸長率逐漸提高，可有效提高聚氨酯產(chǎn)品的延長米，提高產(chǎn)品的施工量，同時，制品的拉伸強度逐漸降低。

通過兩種聚醚多元醇優(yōu)勢互補，以便使產(chǎn)品具備較好的阻燃性能與較好的物理機械性能。

表3 聚醚多元醇的影響Table 3 The effects of polyether polyols

由上表可知，在TCPP、氰尿酸三聚氰胺占比分別為10%、7.5%不變的前提下，隨著阻燃聚醚多元醇在配方中的占比逐漸提高，氧指數(shù)逐漸變大，阻燃性能逐步提高，拉伸粘接強度逐漸提高，延長米逐漸變短，施工量變小。在混合聚醚占配方30%,阻燃聚醚多元醇R2310 占配方15%～18%，聚醚多元醇DDL-1000D 占配方9%～15%時[8]，具備較好的阻燃性能（B1 級，氧指數(shù)OI≥30%），產(chǎn)品同時保持較好的拉伸粘接強度（＞170kPa），較好的延長米（延長米＞40m），較好的施工量。

2.2 TCPP 的比例選擇

TCPP[1]是一種氯化磷酸酯阻燃劑，可用于聚氨酯硬泡，是一種液體添加型阻燃劑，產(chǎn)品特性：透明液體，P 含量：9.4%；Cl 含量：32.5%；TCPP 被廣泛應(yīng)用于阻燃劑中來使配方能夠達(dá)到最基本的防火標(biāo)準(zhǔn)，比如GB/T 8626-2007（B1/B2），通過按不同比例在配方中添加，研究其對產(chǎn)品阻燃性能與物理機械性能的影響。

從表4 可以看出，在混合聚醚在配方中占比30%，阻燃聚醚多元醇R2310 與聚醚多元醇DDL-1000D在配方中占比分別為18%、12%的條件下，隨著TCPP 添加量變大，彈性變差，脆性變大，拉伸粘接強度變低，氧指數(shù)變高、阻燃性能變好；由表4 可知在TCPP 添加量5%～15%的條件下，阻燃性能：氧指數(shù)OI＞30%，產(chǎn)品不發(fā)脆，拉伸粘接強度＞170kPa，具備較好的彈性:回彈高度＞70mm。

2.3 氰尿酸三聚氰胺

氰尿酸三聚氰胺[5,7]作為氮系阻燃劑產(chǎn)品，具有無鹵、低毒、低煙等優(yōu)點，熱穩(wěn)定性高，外觀為白色結(jié)晶狀的白色粉末，無臭無味，作為一種高效的固體添加型阻燃劑，由于其本身的環(huán)境友好性，符合當(dāng)今阻燃劑向高效低毒方向發(fā)展的要求，其中，氰尿酸三聚氰胺含量≥99%，粒徑≤3μm。

表5 氰尿酸三聚氰胺的影響Table 5 The effects of melamine cyanurate

從表5 可以看出，在混合聚醚在配方中占比30%，阻燃聚醚多元醇R2310 與聚醚多元醇DDL-1000D在配方中占比分別為18%、12%的條件下，隨著氰尿酸三聚氰胺在配方中占比變大，發(fā)脆程度逐步變大，拉伸粘接強度逐漸變小，噴出率逐漸變低，氧指數(shù)逐漸變高；在氰尿酸三聚氰胺添加量5%～10%的條件下，產(chǎn)品不發(fā)脆，拉伸粘接強度＞170kPa，噴出率≥97.4%，阻燃性能：氧指數(shù)OI＞30%。

3 結(jié) 論

綜上所述，在混合聚醚占配方30%，阻燃聚醚多元醇R2310 占配方15%～18%，聚醚多元醇DDL-1000D 占配方9%～15%，TCPP 添加量5%～10%，氰尿酸三聚氰胺添加量5%～10%的范圍內(nèi)：具備較好的阻燃性能（B1 級，氧指數(shù)≥30%）；具備不發(fā)脆，較好的拉伸粘接強度（＞170kPa），較好的延長米（＞40m），較好的彈性（回彈高度＞70mm），具備較好的噴出率（≥97.4%），從而得到阻燃性能、物理機械性能優(yōu)異的產(chǎn)品。