高阻燃低VOC聚氨酯轻质泡沫的组合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、根据世界汽车制造协会的统计，全球世界汽车生产总体稳定，呈现逐年增长的态势，能源、环保和安全这三大问题也随之成为各大汽车厂家关注的焦点，寻求轻量化的材质在车身上使用，可以大大降低车身重量，减少能源的消耗，聚氨酯全水低密度喷涂因其具有施工方便、密度低、吸音降噪等优点，多采用这种喷涂的方式工艺方式进行。但喷涂工艺易产生细微泡沫颗粒极易对施工者的生命健康造成危害，另外在客车有限的空间内进行喷涂施工存在一定的风险和不便性。如果可以采用类似轿车的方式，把顶棚成型好，然后固定在车顶，无论是施工环境还是车内环境将会得到极大地改善，另外根据中国新的交通行业标准jt-1095，规定了商用客车绝缘泡沫的防火性能，泡沫所需氧指数比以前高得多。

2、高阻燃的泡沫如氧指数大于26％，基本上都是采用硬质泡沫喷涂的方式，喷涂料基本上voc较高，而且喷涂施工工艺会带来环境污染和施工人员的身体伤害。低密度喷涂料没有办法先发成泡沫然后进行切片成型应用于车顶棚。现有的轻质泡沫多用于轿车的前围和发动机罩盖等吸音件，对阻燃性的要求不高，阻燃性能在a0水平，水平燃烧小于100mm/s即可，目前还没有密度12～18kg/m3轻质泡沫的氧指数可以达到28.2％以上的要求。因而，开发一种车顶高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫是十分必要的。

3、cn108148168a提供了一种高阻燃、低密度聚氨酯泡沫的制备方法，有益效果在于以环保无污染的方式制备密度范围在5.5～9kg/m3，且氧指数范围为22％～26％的客车顶棚用全水低密度阻燃聚氨酯喷涂泡沫。但只能采用喷涂的施工方式，无法先发成泡沫再进行顶棚成型且氧指数＜28.2％。

4、cn110982030a公开了一种一步法制备轻质聚氨酯半硬泡的连续生产方法，配方中包含组合聚醚、组合异氰酸酯、相关助剂，以质量配比计，组合聚醚配比如下：聚醚多元醇组合物：80～90份；阻燃剂：10～20份；开孔剂：2～10份；扩链剂：5～10份，该方法生产的泡沫具有密度小、泡孔更细腻的优点，但采用磷酸酯类阻燃剂，易挥发、气味大，不符合汽车内饰发展的环保需求，另外其内容也未提及泡沫的阻燃性能。

5、cn116874721a通过采用一种低密度多孔材料，由组分a、b、c和d组成，以重量份数比计，a：b：c：d＝100：85～250：0.5～10：10～55；组分a以重量份数计，包括：聚醚多元醇a为20～60份，聚醚多元醇b为20～50份，开孔型聚醚多元醇为0.5～11份，泡沫稳定剂为0.2～2.5份，水为3～18份；组分b为异氰酸酯；组分c为小分子化合物与催化剂的组合物；组分d为重量份数比1：1～10的膨胀阻燃材料与多孔纳米材料的组合物；膨胀阻燃材料的膨胀倍率＞50；多孔纳米材料的粒径≥3000目，比表面积＞10000cm2/g及其制备的技术方案较好地解决了主要解决现有技术中存在的车用聚氨酯多孔材料密度大、吸音差、阻燃差的问题，但其阻燃性不高，仅满足a0级别，达不到氧指数≥28.2％的要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中车用聚氨酯多孔材料阻燃性能差和voc高的问题，提供一种高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的组合物，该组合物具有阻燃效果好和voc低的优点。

2、本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决技术问题之一相对应的高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的制备方法。

3、本发明所要解决的技术问题之三是提供一种与解决技术问题之一相对应的高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的应用。

4、为解决上述技术问题之一，本发明提供的技术方案如下：高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的组合物，包括：由组分a、组分b和组分c组成，组分a、组分b与组分c以重量份数比计按50：68～115:7.5～20，其中，组分a以重量份数计，包括以下组分：聚醚多元醇ⅰ为50～70份，聚醚多元醇ⅱ为20～30份，聚乙二醇为10～20份，泡沫稳定剂为2～5.5份，组合催化剂为0.6～0.85份，液体阻燃剂为10～20份，水为8～15份；组分b为重量份数比10:1～1.5的异氰酸酯和阻燃聚酯的组合物；组分c虾蟹壳处理物为25～40份。所述的聚醚多元醇ⅰ以丙三醇为起始剂，由环氧乙烷和环氧丙烷聚合而成，官能度为3，分子量为4000～6000，羟值为25～45mgkoh/g；所述的聚醚多元醇ⅱ以丙三醇和山梨糖醇为混合起始剂，由环氧丙烷聚合而成，官能度为3～6，分子量为300～400，羟值为400～500mgkoh/g；所述的聚乙二醇为环氧乙烷和水的缩合物，官能度为2，分子量为300～500，羟值为250～300mgkoh/g；所述的组分b由异氰酸酯和阻燃聚酯预聚而成，异氰酸酯基含量为25～28％；所述的组分c的虾蟹壳处理物为虾壳或蟹壳经过干燥处理后粉碎，再经过碱液的浸泡得到的虾蟹壳处理物，具有一定的阻燃性能。

5、上述技术方案中，所述的组分a中的聚乙二醇为peg-400、peg-350中的至少一种，且经过脱水处理，水含量≤0.01wt％，具有良好的稳定性和相溶性。

6、上述技术方案中，所述的组分a中的组合催化剂由催化剂ⅰ和催化剂ⅱ组成，两者以重量份数比计按6～8:1，催化剂ⅰ选自a1、zf-10、ne-300中的至少一种，催化剂ⅱ为三聚催化剂，选自pc46、pc41、tmr-2中的至少一种。

7、上述技术方案中，所述的液体阻燃剂为高分子量磷酸酯类，选自antiblaze v66、antiblaze v500、antiblaze v610中的至少一种。

8、上述技术方案中，所述的泡沫稳定剂选自b8715、b8002、l580、l668中的至少一种。

9、上述技术方案中，所述的组分b中的异氰酸酯选自纯mdi、粗mdi、pm200、m20s、5005、炭化二胺改性mdi、mdi-50或tdi中的至少一种，所述的阻燃聚酯选自ps-2132、hf-8734、ps-2412中的至少一种。

10、为解决上述技术问题之二，本发明采用的技术方案如下：高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)制备组分a：在容器中按照重量份数计，依次加入聚醚多元醇ⅰ为50～70份，聚醚多元醇ⅱ为20～30份，聚乙二醇为10～20份，泡沫稳定剂为2～5.5份，组合催化剂为0.6～0.85份，液体阻燃剂为10～20份，使各组分充分搅拌；

12、(2)制备组分b：将异氰酸酯加入反应釜中搅拌并抽真空，温度控制在60～80℃，氮气置换后，滴加阻燃聚酯，异氰酸酯和阻燃聚酯以重量份数比计按10:1～1.5，反应时间约180min；

13、(3)制备组分c：虾壳或蟹壳经过干燥处理后粉碎，用碱液浸泡得到的虾蟹壳，浸泡时间约为24h，过滤分离出沉淀物即可得到虾蟹壳处理物；

14、(4)控制环境温度为19～22℃，将组分c加入组分b中快速混合搅拌，然后加入组分a，快速搅拌15～25s，搅拌均匀后立即倒入发泡箱内发泡，得到产品。

15、为解决上述技术问题之三，本发明采用的技术方案如下：高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的组合物在客车车顶中的应用。

16、采用本发明的技术方案，可制备得到高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的组合物，技术方案优点如下：第一，采用三聚催化剂，可以使芳香族异氰酸酯自聚为三聚体，形成异氰酸酯环，具有良好的耐热性，耐火焰贯穿性好，燃烧发烟量少；第二，阻燃聚酯和异氰酸酯进行预聚，一方面可以形成大量的苯环结构，同时也引入了大量的阻燃氮元素，能够大大地提高阻燃性能；另一方面阻燃聚酯和异氰酸酯预聚形成预聚体，可以避免聚酯在组合物中的水解；第三，液体阻燃剂采用高分子量磷酸酯类，其分子链长且含有大量的氮磷元素，具有阻燃性能好、挥发性小和voc低的特点；第四，虾蟹壳处理物作为固体阻燃剂，首先其在高温下可以形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气，里面的部分蛋白质可以形成碳化层阻止聚合物进一步热解；其次虾蟹壳含有一定的甲壳素，其具有一定的阻燃性，最后虾蟹壳属于丰富的可再生生物资源，既绿色环保又廉价易获得。制得的一种高阻燃低voc聚氨酯轻质泡沫的组合物材料，在密度(12.1～18.3kg/m3)、压缩强度(8.4～20.6kpa)和断裂伸长率(12.5～25.6％)可以满足使用条件的情况下，具有阻燃性能好(28.5～31.5％，loi越高，阻燃性能越好)和低voc的优点，取得了较好的技术效果。