阻燃泡沫（精选5篇）
阻燃泡沫 篇1
飞机是现代化的运输工具之一,一旦着火就有可能造成机毁人亡的事故。飞机座椅垫是飞机客舱中的重要部件,与旅客直接接触,其泡沫芯由软质聚氨酯泡沫(flexible polyure-thane foam,FPUF,简称聚氨酯软泡)构成。FPUF由于含可燃的碳氢链段、密度小、开孔率较高、比表面积大,燃烧时由于较高的空气流通性而源源不断地供给氧气,所以极易燃烧,燃烧产生大量有毒烟雾,给灭火带来困难,因此对FPUF进行阻燃处理尤为重要。
Ravey[1]采用磷酸阻燃FPUF,研究发现磷酸添加量越多,烧毁长度越短;Price[2]研究发现三聚氰胺可增加FPUF的热容量,降低FPUF燃烧时的表面温度,使可燃气体的生成和燃烧速率都降低。硫元素是一种常用于聚合物的阻燃元素,研究报道一些磺酸盐含有0.05% ~0.1% (wt)的聚碳酸酯(PC)可达到V-0级别[3]。为此,本实验设计了一种含有磷、氮、硫三种阻燃元素的阻燃剂(PNSIFR)并将其应用于阻燃FPUF。
1 飞机客舱防火法规
飞机客舱防火安全性法规是飞机客舱防火的基础性文件,各国民航当局都高度重视,分别颁布了各自的防火法规。总的说来,有关飞机客舱防火的法规以美国联邦航空局(Fed-eral Aviation Administration,FAA)颁布的美国联邦航空规章(Federal Aviation Regulations,FAR)最具权威性,特别是FAR 25.853涉及多项适航试验。飞机座椅垫采用的软质聚氨酯泡沫属于FAR 25部附录F第I部分中(a)(1)(ii)类的材料,该类材料必须进行12s垂直燃烧试验,要求续燃时间平均值不应超过15s,滴落物燃烧时间平均值不应超过5s,烧焦长度平均值不应超过203mm。因此,本项目采用FAR 25.853(a)的要求对制备的阻燃泡沫进行燃烧性能测试。
2 实验部分
2.1 主要试剂
苯甲醛,异丁醛,氢氧化钾,无水乙醇,三氯甲烷和甲苯均为分析纯,成都科龙化工有限公司;三氯氧磷(分析纯),成都格拉西亚化工公司;硫氰酸钾(KSCN,分析纯),天津市瑞金特化学品有限公司;聚磷酸铵(APP),上海旭森非卤消烟阻燃剂有限公司;多元醇,上海翔康科技发展有限公司。
2.2 1-苯基-2,-2-二甲基-1,3-丙二醇(ADPD)的合成［４］
参照文献[4]制备1-苯基-2,-2-二甲基-1,3-丙二醇(AD-PD),产率73.1%。
2.3 4-苯基-5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂己内磷酰氯(ADPPC)的合成［４］
参照文献[4]制备4-苯基-5,5-二甲基-1,3,2-二氧杂己内磷酰氯(ADPPC),产率70%。
2.4 2-异硫氰基-4-苯基-5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷杂环己烷(IADDP)的合成［５］
在500mL的三口瓶中加入24.3g(0.25mol)KSCN和200mL丙酮溶剂,升温至56℃回流并开启磁力搅拌使KSCN溶解,然后取65.0g(0.25mol)ADPPC溶于丙酮并通过恒压滴液漏斗于1h内滴加进三口瓶中,滴加结束后维持温度和搅拌继续反应5h,然后冷却至室温,用布氏漏斗抽滤除去生成的KCl沉淀,抽滤得到的澄清滤液为IADDP的丙酮溶液,用作下一步反应。
2.5 阻燃剂PNSFR的合成［５］
将上一步反应得到的IADDP丙酮溶液加入500mL的三口瓶中,取29.4g(0.28mol)AMPD溶于100mL甲醇,溶解完全后旋转蒸发使AMPD的甲醇溶液达到较高的浓度并变得粘稠,然后将粘稠的AMPD甲醇溶液加入三口瓶中并在常温下让体系反应12h,反应生成白色沉淀。用布氏漏斗抽滤体系得到的白色沉淀用丙酮洗涤两次,用70mL甲醇洗涤1次,再于70℃下真空干燥,得到72.8g白色固体,产率75%(见式1)。
2.6 阻燃软质聚氨酯泡沫FRPU的制备
将阻燃剂(APP、PNSFR)分别与多元醇、助剂等组成的原料,在高速搅拌器中搅拌混合后,再加入甲苯二异氰酸酯(TDI)使之混匀,然后把混合料移入模具内发泡,熟化,即得阻燃软质聚氨酯泡沫FRPU,用切片机切割成试样。
分别在可乐、咖啡、纯净水浸泡1min后,试样在温度21℃±3℃和相对温度50%±5%环境下,自然晾干后进行燃烧性能测试。
2.7 结构表征
采用Bruker AV Ⅱ-400 MHz核磁共振仪测试核磁光谱;采用Nicolet 6700傅立叶变换红外光谱仪测试红外光谱,KBr压片作常规透射。
2.8 燃烧性能测试
采用HVFAA综合燃烧试验箱(美国ATLAS公司),按照FAR25.853(a)测试阻燃软质聚氨酯泡沫FRPU的垂直燃烧性能,试样尺寸为70mm×305mm×13mm。
2.9 力学性能测试
分别根据国家标准《GB/T 6669-2001软质泡沫聚合材料压缩永久变形的测定》方法B和《GB/T 6344-2008软质泡沫聚合材料拉伸强度和断裂伸长率的测定 》,采用IN-STRON3369万能材料试验机对制备的阻燃FRPU进行压缩性能和拉伸性能等力学性能的测定。
3 结果与讨论
3.1 PNSFR的结构表征
PNSFR的红外谱图如图1 所示,由图中可以看出,3584cm-1和3302cm-1处的峰分别对应的是P-NH-C和C-NH-C中仲氨基N-H键的振动吸收峰,3220cm-1处对应的是羟基(-OH)的振动吸收峰。P=O和P-O键的振动吸收峰分别出现于1265cm-1和1025cm-1。此外,1211cm-1处的小峰对应的是C=S键的振动吸收,1049cm-1处的峰对应的为C-O键的振动吸收。997cm-1对应的为P-N键的振动吸收。
图2为PNSFR的核磁氢谱图,由图中可以看出,化学位移0.8~1.3ppm间的3个尖峰对应的是甲基-CH3的特征吸收,亚甲基-CH2-吸收峰的化学位移则出现在3.57~4.46ppm之间。此外,位移值为4.85ppm处的峰对应的是PNSFR的羟基(-OH)振动吸收,5.57ppm处的峰是次亚甲基(-CH(C)-)的峰。在高化学位移区域,7.24~743ppm区间的峰显示出苯环结构的存在,8.35ppm处的峰对应的为仲氨基(C-NH-C)的振动吸收,9.37ppm处的峰对应的则为仲氨基(P-NH-C)的振动吸收。图2中出现的特征吸收峰和产物的理论结构都相吻合。以红外谱图和核磁氢谱的结果可以证明本研究成功地合成了阻燃剂PNSFR。
3.2 燃烧性能分析
本研究制备的FRPU燃烧测试结果如表1所示,由表1可以看出,未添加阻燃剂的PU完全被烧完,不能通过FAR25.853(a)的要求。当阻燃剂PNSFR的添加量是20%时,其PU的阻燃性能有了明显提高,未浸泡过污染液体样品的烧焦长度为50mm,续燃时间只有1s,可以通过FAR 25.853(a)的要求。当样品分别浸泡纯净水和咖啡后,虽然PU的阻燃性能都不同程度的下降,其续燃时间分别是1s和3s,烧焦长度分别是72mm和55mm,但还是能通过FAR 25.853(a)的要求。但当FRPU浸泡可乐后,燃烧剧烈,续燃时间是117s,整个样品被烧完,不能通过FAR 25.853(a)的测试要求,这可能是因为可乐中糖含量较高,这对软质聚氨酯泡沫有一定的助燃作用。在所有的样品中只有浸泡过可乐的FRPU样品没有滴落物,其他加了阻燃剂的样品都有滴落物,但滴落物不会燃烧,而未添加阻燃剂的PU有滴落物,而且滴落物的燃烧时间是4s。
3.3 力学性能分析
阻燃剂作为高分子材料改性的重要助剂之一,加入到材料后对材料的机械性能、化学性质通常会有一定影响。本研究对PU和FRPU的压缩永久变形、拉伸强度和断裂伸长率进行了测试,结果见表2所示。
由表2可以看出,添加了20wt% 的PNSFR后,PU的压缩永久变形变大,由5.5% 增加到6.6%,断裂伸长率也显著变化,由141.7%提高到204.9%,而拉伸强度略有降低。这是因为PNSFR为小分子阻燃剂,而小分子一般与聚合物相容性较差,所以其与PU不能很好地混合相容,并且阻燃剂的加入产生较多的开孔结构,导致气垫效应消减[6],从而导致了力学性能下降。
4 结语
本研究通过红外和核磁表征证明成功合成了含磷氮硫三阻燃元素的新型阻燃剂PNSFR。PNSFR加入软质聚氨酯泡沫可以使其通过FAR 25.853(a)测试要求,烧焦长度为50mm,续燃时间只有1s。当样品分别浸泡纯净水和咖啡后,虽然软质聚氨酯泡沫的阻燃性能都不同程度的下降,但依然能通过FAR 25.853(a)的要求。但浸泡过可乐的样品燃烧剧烈,不能通过FAR 25.853(a)测试要求,高糖含量的液体有可能会助燃飞机座椅垫用的软质聚氨酯泡沫。PNSFR的加入使软质聚氨酯泡沫的压缩永久变形变大,拉伸强度略有降低。
摘要：以新戊二醇、三氯氧磷、硫氰酸钾和苯甲醛等为原料制得含磷氮硫3种阻燃元素的新型阻燃剂(PNSFR),并将其应用于软质聚氨酯泡沫(FPUF)的阻燃改性。通过红外(IR)和核磁氢谱(1H NRM)对阻燃剂结构进行表征,采用民航专用的适航标准FAR 25.853(a)对阻燃软质聚氨酯泡沫(FRPU)的阻燃性能进行测试,结果表明PNSFR可有效提高FRPU的阻燃性能,并能使FRPU在浸泡纯净水和咖啡后仍然具有一定的阻燃性能,但力学性能略有下降。
关键词：阻燃剂,聚氨酯,飞机,力学性能
阻燃泡沫 篇2
1共混型酚醛泡沫复合材料
共混型酚醛泡沫复合材料通常采用向可发性酚醛树脂中加入填料后再进行发泡的方法制备而得,填料种类可根据复合材料的期望性能而定,其中为保证填料在酚醛树脂中的分散性及填料与酚醛树脂间的界面结合力,往往需要先对填料进行表面改性处理。
Hongbin Shen[4,5]使用玻璃纤维和芳纶纤维对酚醛泡沫进行改性,使其机械性能明显提高,并对纤维的种类和长度对泡沫复合材料性能的影响进行了研究。
何斌[6]通过分别添加纳米Si O2和凹凸棒土制备了纳米增强酚醛复合泡沫塑料,研究发现亲水性A200纳米Si O2对酚醛泡沫的增强效果较好,而疏水性R805纳米Si O2增强酚醛泡沫的压缩性能则严重下降,分散均匀的纳米Si O2在酚醛体系中起到异相成核的作用,减小了泡体尺寸,利于提高酚醛泡沫的热稳定性; 通过硅烷偶联剂改性的凹凸棒土增强酚醛泡沫的压缩性能提高,而未改性凹凸棒土增强酚醛泡沫的压缩性能出现下降,改性凹凸棒土对酚醛交联反应具有催化作用,能够提高交联密度,利于酚醛树脂常温发泡; 高冬梅等[7]采用凹凸棒土为增强改性剂,制得的酚醛泡沫压缩强度得到大幅度提高,导热系数略有提高,氧指数上升,阻燃性能提高;
位东[8]选用蒙脱土、碳纤维等对酚醛泡沫的进行了改性研究,蒙脱土片层发生了取向化,形成了蒙脱土片层包裹气泡的结构,减少了掉渣率,提高了酚醛泡沫热稳定性,碳纤维与酚醛树脂具有较好亲和性,在体系中起桥连作用,阻碍裂纹扩展,提高酚醛泡沫力学性能; 彭定忠[9]通过加入麦芽糊和脲醛树脂以改善酚醛泡沫的掉渣易碎和抗压强度差的缺陷,并加入珍珠岩粉提高其阻燃性和抗压强度。
马玉峰[10]采用木质纤维、无卤阻燃剂、膨润土和粉煤灰分别对酚醛树脂进行改性,处理后的纤维复合泡沫强度较未处理纤维复合泡沫有不同程度的提高,尤其以氢氧化钠与硅烷偶联剂A - 171复合处理方法和硅烷偶联剂KH - 792处理方法处理后的纤维复合泡沫的各项性能较优,阻燃剂的添加可使极限氧指数维持在73% 左右,所有阻燃系统中较为适合的为APP/ PER / Zn O; 填料经酸化处理后增强泡沫复合材料的强度提高, 尤其经酸化处理的粉煤灰酚醛泡沫复合材料的各项性能较优。
2夹层型酚醛泡沫复合材料
共混复合方式虽针对酚醛泡沫材料的缺陷进行了不同程度的改善,但均向的泡沫材料缺乏厚度方向增强,致使材料压缩强度有限,对此,发展了能够为酚醛泡沫提供骨架支撑的夹层型酚醛泡沫复合材料。
泡沫夹层材料具有整体刚度大、面板强度高、芯子密度小和良好的抗弯性能等特点,因此在航空航天以及民用工业中得到了广泛的应用[11,12,13,14]。现有可与酚醛泡沫复合的材料主要有薄钢板、铝板、纤维织物及蜂窝等几类,其中,对于纤维织物,需先经由树脂浸润,固化成型后再通过真空或气压工艺填充泡沫,得到夹层型酚醛泡沫复合材料,为增强骨架与泡沫芯材界面的结合力通常选用酚醛树脂作为织物浸润树脂。
夹层型酚醛泡沫复合材料可有效提高酚醛泡沫的力学强度,但骨架材料的成型工艺及泡沫芯材的填充工艺仍相对复杂。
王志才[15]利用手糊成型制备了酚醛泡沫填充三维间隔连体织物,固化树脂为酚醛树脂,此处三维间隔连体织物是一种层与层之间由连续纤维芯柱相接而成一体呈空芯结构的编织物,所用纤维为玻璃纤维,结果显示,随着材料密度增加,平压强度近似呈现出指数增长; 随着材料芯柱高度增加,平压强度呈现出下降的趋势,且在500 ℃ 和800 ℃ 灼烧状态下材料结构状态良好,并在1200 ℃ 下具有良好的隔热性能。
李国琴[16]采用手糊 成型和真 空辅助树 脂转移成 型 ( VARTM) 两种方法制备了芳纶三维织物增强酚醛泡沫,固化树脂为酚醛树脂,随后对制得的泡沫夹层复合材料进行了力学和燃烧性能测试和分析,真空辅助树脂转移成型制得的泡沫夹层复合材料的抗冲击性能要优于手糊成型制得的泡沫夹层复合材料,极限氧指数49% ,具有优良的阻燃性能。
邓爱民[17]研制了一种高阻燃性Z向玻璃纤维增强酚醛泡沫复合材料,实验得出,与普通泡沫夹芯复合材料作为对比, Z向增强泡沫夹层复合材料在力学性能上有大幅度提升; 并研究了承力柱高度、分布密度及缝编纱细度、缝合面板层数等结构参数对Z向增强泡沫夹芯复合材料力学性能的影响。
陈永鑫[18]使用芳纶蜂窝对酚醛树脂进行增强,研究表明, 蜂窝越厚、孔径越小,其与酚醛泡沫的相互增强效果越明显, 并且利于降低酚醛泡沫热导率,对其极限氧指数的影响也不明显; 李居影等[19]采用Nomex纸蜂窝增强酚醛泡沫,表观密度0. 168 g·cm- 3,导热系数为0. 045 W·( m·K)- 1,阻燃等级为B2级,经过120 ℃ 8 h固化处理后平压强度达到4. 07 MPa,横向纵向剪切强度分别达到1. 42 MPa和1. 56 MPa。
3结语
酚醛泡沫复合材料具有质轻高强、设计灵活度高的优势, 其在一定程度上弥补了酚醛泡沫作为保温材料的不足,提高了力学性能,并可通过对复合材料的合理设计达到更高的阻燃性能与保温性能,但酚醛泡沫复合材料也存在其劣势。共混型酚醛泡沫复合材料制备工艺较为简单,但其性能受填充物分散程度影响较大,在工艺上对填充物的预处理及树脂和填充物混合的均匀程度等要求较高,且其对酚醛泡沫力学性能,尤其是平压性能的提高有限; 夹层型酚醛泡沫复合材料由于骨架材料的加入而提高了酚醛泡沫的力学性能,但其在生产中需要经过骨架成型和泡沫填充等多重环节,对生产工艺的要求更高。因此,酚醛泡沫复合材料虽然性能较为优异,但也由于其工艺复杂程度高、性能稳定性不足等实际问题,使其在应用中仍存在困难,新的适用于工业应用的酚醛泡沫复合材料尚待进一步的针对性研究。
摘要：归纳并总结了阻燃保温用酚醛树脂泡沫复合材料的主要种类,并分别对于共混型和夹层型酚醛泡沫复合材料的近期研究成果进行了介绍。两种酚醛泡沫复合材料在力学、保温、阻燃等性能以及成型工艺上各有利弊,且在实际生产中的应用有待开发。通过分析两种酚醛泡沫复合材料的研究现状指出酚醛泡沫复合材料目前尚存在之问题,为今后的相关研究工作提供参考。
阻燃泡沫 篇3
通常RPUF的阻燃性研究就是在合成反应过程中添加各种阻燃剂, 用来提高RPUF的着火点, 以此增强它的阻燃性能, 但这种添加阻燃剂的研究方法也有不足之处, 就是降低了RPUF的机械性能[4,5]。
本研究采用乙二醇解聚的PET产物与多异氰酸酯反应, 并在反应过程中添加阻燃剂, 得到阻燃型RPUF。通过反应原料量、催化剂用量和反应温度等条件的比较, 确定反应的最佳工艺条件, 并对制备得到的阻燃RPUF的热性能进行测试[6,7,8]。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
试剂:多异氰酸酯PM-200, 异氰酸酯基 (-NCO) 含量为30.2%~32.0%、废弃聚酯 (PET) 、乙二醇、乙酸锌Zn (AC) 2·2H2O、亚甲基硅油、辛酸亚锡、去离子水、聚磷酸铵 (APPⅠ) 、正丁醇、乙酸酐、嘧啶、氢氧化钾、乙醇、酚酞指示液、甲苯和酚酞指示液。
仪器:具塞三角瓶;微量滴定管 (5mL) ;三角瓶 (250mL) ;碱式滴定管 (50mL) ;移液管;电子精密天平 (AR1530/C型) ;电热恒温鼓风干燥箱 (DGG-9140型) ;恒温油水浴锅 (XMTE-7000型) 。
1.2 实验步骤
1.2.1 废弃聚酯的解聚及羟值和酸值的测试
使用降解装置降解一定量的废弃聚酯, 再经过滤、冷却得到降解产物对苯二甲酸乙二醇酯 (BHET) , 然后测试BHET的羟值和酸值。
根据GB/T 2709-1995《聚酯多元醇中羟值的测定》和GB/T 2708-1995《聚酯多元醇中酸值的测定》, 分别测得BHET的羟值为321mgKOH/g, 酸值为1.48mgKOH/g。
1.2.2 阻燃型聚氨酯泡沫的制备
采用一步法发泡, 以10g降解产物BHET、1g发泡剂、5g阻燃剂、不定量的辛酸亚锡和亚甲基硅油作为A组分, 不定量的多异氰酸酯作为B组分, 然后把A、B组分混合后快速搅拌, 在一定温度下自由发泡, 制备出阻燃型RPUF。
1.3 性能测试
1.3.1 热重分析
采用热重分析仪METTLER TGA/DSC1, 测试出阻燃型RPUF与温度变化的关系。升温范围25~700℃, 升温速率10℃/min, 气氛为氮气。
1.3.2 动态热机械分析
采用动态热机械分析仪METTLER DMA/SDTA861E, 温度控制范围-110~150℃, 升温速率3℃/min, 频率为1HZ, 样品尺寸:15×Φ10mm。
2 结果与讨论
2.1 各项因素对泡沫性能的影响
2.1.1 反应物配比的确定
根据阻燃型RPUF合成原理和BHET的羟值和酸值的测试, 当使用10gBHET、1g发泡剂去离子水时, 多异氰酸酯的理论用量应该是24.5g。但阻燃型RPUF合成反应中有其他的二聚物和三聚物生成, 影响了合成反应, 这就可能造成多异氰酸酯的理论用量不足或多余。依据这种原理设计了反应物原料配比方案, 其配比单位为质量比。表1为反应温度在80℃, BHET、去离子水、催化剂辛酸亚锡和表面活性剂亚甲基硅油的质量比为1∶0.1∶0.1∶0.1时, 多异氰酸酯的用量对合成的阻燃型RPUF的力学性能的影响。从表1可知, 当多异氰酸酯的用量为BHET的245%时, 阻燃型RPUF的压缩强度和密度都是最好的, 压缩强度为155.64kPa, 密度为105.74kg/m-3, 这与理论值是相符的。而当减少或者增加多异氰酸酯的用量时, 泡沫的压缩强度和密度都会降低, 影响泡沫的力学性能。
2.1.2 催化剂用量的确定
在阻燃型RPUF的合成过程中存在两个主要的化学反应, 即凝胶反应和发泡反应, 这两种反应需要达到平衡才能制备性能优良的泡沫。催化剂就是在聚氨酯泡沫合成中调节反应的速度, 平衡凝胶反应和发泡反应, 催化剂分为叔胺类催化剂和有机锡类催化剂, 叔胺类催化剂在工艺过程中不易控制, 因此选择使用有机锡类催化剂。
辛酸亚锡是最常用的有机锡类催化剂, 它催化效力高, 同时无毒、无腐蚀性。表2为催化剂用量对阻燃型RPUF的力学性能影响, 当催化剂和BHET的质量比为0.105~0.115∶1时, 泡沫的压缩强度是最大为167.73kPa, 密度为118.59kg/m-3, 增加或减小催化剂的用量对泡沫的力学性能都有一定的影响。
2.1.3 表面活性剂的影响
试验合成的阻燃型RPUF使用的泡沫稳定剂是二甲基硅油, 它属于有机硅化合物, 具有较强的控制泡孔大小的作用, 同时使物料的流动性好、密度分布均匀。
图1是通过电子显微镜对样品内部以20倍进行拍照, 观察其发泡情况。从图1可看出随着二甲基硅油加入量的增多, 泡沫内部的开孔率越高, 开孔均匀度越好, 但图1 (d) 相对于图1 (c) 开孔均匀度较差, 说明加入过多的表面活性剂也会影响了泡沫的开孔, 因此合成泡沫的配方中应加入0.67g~0.8g的二甲基硅油。
2.1.4 温度的确定
多异氰酸酯、BHET、去离子水、辛酸亚锡和硅油按质量比2.45∶1∶0.1∶0.115∶0.1配置, 改变合成反应的外部温度, 得到结果见表3。
[ (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 是分别加入0.35g、0.51g、0.67g、0.83g的亚甲基硅油合成的泡沫]
从表3可知, 在泡沫合成的过程中提高外部温度可以增强制备的阻燃型PUF的力学性能。随着温度的升高, 泡沫的压缩强度不断的增强, 但密度的变化不明显, 在温度升高到80℃时制备的泡沫压缩强度达到了132.73。其中在温度达到60℃后压缩强度是明显提高, 再继续提高温度, 泡沫的压缩强度变化不明显, 因此反应温度应选择为60~80℃之间。
2.2 性能测试分析
2.2.1 热重分析
阻燃型PUF的热重 (TG/DTG) 谱图见图2, 在DTG曲线上显示阻燃型PUF的失重发生在170~325℃和355~500℃这两个阶段, 在170~325℃的失重是由于聚氨酯的解聚, 分解成了多异氰酸酯和多元醇, 然后在更高的温度下, 由于多异氰酸酯极活泼, 使二聚物形成了碳化二亚胺和CO2, 二亚胺进一步和醇或水蒸气反应生成取代脲, 这就是泡沫在355~500℃间发生降解的原因。从TG曲线上可知制备的样品在120℃开始失重, 达到170℃时有明显的失重现象, 并在295℃达到最大失重率。当温度升高到600℃时, 失重过程基本完成, 失重率达到56%左右。从分析可知, 制备的阻燃型RPU具有良好的热稳定性, 基本满足应用要求[9]。
2.2.2 动态热机械分析
图3为制备的阻燃型RPUF的DMA温度谱图, 此图谱是在压缩模式下, 保持1HZ的频率不变, 储能模量E′和阻尼因子tanδ随温度变化得到的动态热力学温度谱图。从图3储能模量E’和阻尼因子tanδ的曲线可以看出在-60~50℃时模量变化不明显, 此阶段为玻璃化温度, 力学状态呈玻璃态。温度继续升高, 在60℃后储能模量迅速下降, 聚合物高分子中的一些链段开始自由运动, 但体系粘度很高, 阻尼tanδ剧增呈峰状, 此时样品发生明显的变形, 力学状态为粘弹态。同时在-80℃时阻尼因子tanδ的曲线图上存在1个峰值, 它的值达到了0.15, 说明在低温状态下制备的高聚物耐寒性及低温抗冲击性较好[10,11]。
3 结论
利用废弃聚酯制备阻燃型RPUF, 研究了反应物的配比、催化剂和表面活性剂的用量、反应温度对制备的泡沫力学性能的影响。试验表明, 当多异氰酸酯、BHET、去离子水、辛酸亚锡和二甲基硅油按质量比为2.45∶1∶0.1∶0.115∶0.08, 反应温度为80℃时制备的阻燃型RPUF具有极佳的力学性能。
用热重分析仪对制备的样品测试表明, 阻燃型RPUF在小于170℃的环境下基本不分解, 热稳定性良好;通过动态热机械分析仪测试表明, 制备的样品的玻璃化转变温度为70℃, 同时抗低温冲击性也较好。
摘要：采用乙二醇降解废弃聚酯的产物对苯二甲酸乙二醇 (BHET) 、多异氰酸酯和去离子水等作为原料, 并在发泡原料中加入阻燃剂制备出阻燃型硬质聚氨酯泡沫 (RPUF) 。探讨了包括反应物配比、催化剂、表面活性剂和反应温度等不同的反应条件对合成泡沫性能的影响, 并确定最佳工艺条件;之后利用热重分析 (TGA) 对阻燃型RPUF的热稳定性能进行研究, 利用动态热机械分析 (DMA) 对样品的玻璃化转变温度和阻尼性能进行测试。实验表明, 利用废弃聚酯解聚产物制备阻燃型RPUF的最佳工艺条件为:反应物多异氰酸酯、BHET和去离子水的质量比为2.45∶1∶0.1, 与催化剂辛酸亚锡和表面活性剂硅油的质量比为0.115∶0.08, 反应温度80℃。
关键词：聚氨酯泡沫,阻燃,工艺条件,热性能
参考文献
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阻燃泡沫 篇4
本研究通过乙二醇醇解废弃聚酯纤维得到中间产物对苯二甲酸乙二醇酯(BHET),与多异氰酸酯及助剂反应制得阻燃硬质聚氨酯泡沫,可作为绝热保温和结构承载材料用于工农业、建筑业及国防军事等诸多领域[4]。通过添加三氯丙基磷酸酯(TCPP)等阻燃剂,提高了聚氨酯泡沫的阻燃性能,并研究了阻燃剂用量对泡沫密度、压缩强度的影响,及添加助剂用量对阻燃性能的影响。
1 实验部分
1.1 主要试剂及仪器
试剂:废弃聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯,缩写PET),醋酸锌,乙二醇,多异氰酸酯,水,硅油,辛酸亚锡,三氯丙基磷酸酯(缩写TCPP)。
仪器:电子精密天平(BSA224S型),赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;恒速搅拌器(S212型),上海梅颖浦仪器制造有限公司;恒温油水浴锅(XMTE-7000型),上海申顺生物科技有限公司;循环水式多用真空泵(SHB-Ⅲ型),郑州长城科工贸有限公司;真空干燥箱(DZF-6090型),上海一恒科学仪器有限公司;傅里叶变换红外光谱仪(Nicolet Nexus-470型),美国Thermo Nicolet公司;视频变焦显微镜(DI3型),日本U-nion公司;多孔性固体密度仪(TW-300Y型),厦门雄发仪器仪表有限公司;电子万能材料试验机(3385H型),美国Instron有限公司;氧指数测定仪(JF-3 型),南京市江宁区分析仪器厂。
1.2 废弃聚酯纤维醇解
将一定量的乙二醇放入带有温度计,搅拌器,冷凝管,充有氮气保护的四口烧瓶中,加入催化剂醋酸锌,加热至醋酸锌完全溶解。将已经清洗、干燥过的聚酯纤维放入四口烧瓶中,通氮保护,防止发生氧化反应,通入冷凝水,缓慢升温至乙二醇的沸点196℃。开始发生回流现象后计时,反应3h后停止加热。保持冷凝水和氮气的持续通入,待反应后的混合液冷却到140℃以下,取下备用。将冷却的混合液稀释到90℃的蒸馏水中,过滤,将滤液冷却结晶,重复上述操作3次后,将结晶物对苯二甲酸乙二醇酯BHET放入真空干燥箱内,控制温度在60℃ 下干燥24h,即可得到较高纯度的醇解产物BHET[5],反应式如下:
1.3 BHET制备聚氨酯泡沫
采用一步法发泡,将BHET、多异氰酸酯、发泡剂(水)、稳定剂(硅油)、催化剂(辛酸亚锡)以及阻燃剂(TCPP)等原料按一定配比混合在一起搅拌,倒入模具,在2-10s内完成整个发泡过程,得到具有较高相对分子质量且有一定交联密度的泡沫,再经24h放置熟化。发泡过程较为复杂,主要包括链增长、气体发生及交联等反应[6]:
(1)多异氰酸酯与BHET反应,主链增长:
(2)多异氰酸酯与水发生发泡反应,生成CO２和聚脲:
(3)多异氰酸酯的聚合反应:
依据GB 12008.3-1989《聚醚多元醇中羟值测定方法》和GB 12008.5-1989《聚醚多元醇中酸值测定方法》,分别测得BHET单体的羟值和酸值,计算可知与10.0g BHET反应所需异氰酸酯的质量为13.26g。其他助剂的用量分别为:发泡剂(水)0.3~0.6g,稳定剂(硅油)0.2~0.35g,催化剂(辛酸亚锡)0.25~0.65g,阻燃剂(TCPP)0~1.8g。按确定比例混合,充分搅拌均匀,发泡反应即开始,1.5~2.5min内发泡结束。放置24h熟化后制样,测定泡沫性能。
1.4 聚氨酯泡沫性能测试
(1)外观形态:按垂直于泡沫升起的方向切割样品,通过视频变焦显微镜观察其泡孔结构。
(2)红外光谱测试:采用Nicolet Nexus-470型傅里叶变换红外光谱仪,通过KBr压片法对聚氨酯泡沫的结构进行表征。
(3)密度的测定:依照GB/T 6343-2009《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》,利用TW-300Y型多孔性固体密度仪对经防水处理的聚氨酯泡沫的表观密度及孔隙率测试。样品制作后放置至少72h以上,且放置48h后测出密度与放置72h后测出值相差小于10%。每种配方的样品分别测量5次,取其平均值。
(4)压缩强度的测定:将样品烘干至恒重,用美国Instron3385H型电子万能材料试验机测试样品压缩强度,预载荷为0.500N,速度为12.0m/min,测定不同配料情况下,泡沫的最大承载压强和最大压缩位移。
(5)阻燃性能测定:利用JF-3型氧指数测定仪,参照GB/T 2406-93《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》对聚氨酯泡沫进行阻燃性能测试。样品尺寸为100mm×10mm×10mm,采用顶端点燃法,分别对同一配方样品进行5次测试,取其平均值,得到极限氧指数及续燃时间。
2 结果与讨论
2.1 聚氨酯泡沫外观形态
依上述方法制得的聚氨酯泡沫为闭孔泡沫,紧密相连的孔壁可以支撑泡沫结构(图1),具有较好的结构稳定性。同时,封闭的泡孔包含了大量的静止空气,降低导热系数,使其具有良好的保温性能。
[(a)×4，(b)×100]
2.2 BHET及聚氨酯泡沫红外光谱分析
采用KBr压片法对提纯后的BHET及聚氨酯泡沫的结构进行表征,红外光谱如图2所示。
由BHET红外光谱图中各波段的吸收峰可知,在3400~3230cm-1处显示了醇羟基结构;1610~1370cm-1之间出现了3个尖锐的吸收谱带,分别位于1500~1450cm-1处两个吸收带和1300cm-1处一个吸收带,显示了苯环结构;这些都说明了产物具有BHET的基本特征。在聚氨酯泡沫的红外光谱中,2275~2225cm-1处为异氰酸酯基的特征吸收峰,证明了多异氰酸酯与BHET的反应[7]。
2.3 阻燃剂用量对泡沫阻燃效果的影响
聚氨酯泡沫分子链中含可燃烧的碳氢分子链,不耐热,容易被点燃,产生毒性气体,危害人身财产安全。由于聚氨酯泡沫密度小,有孔状结构,比表面积大,因此燃烧时会加快燃烧速度和质量的散失,其极限氧指数(LOI)在16%~18%之间,属于易燃材料,需通过添加阻燃剂来提高其阻燃性能[4]。三氯丙基磷酸酯(TCPP)是硬质聚氨酯泡沫常用的阻燃剂,经试验证明TCPP也适用于由PET降解产物BHET和多异氰酸酯反应而成的泡沫。
由表1可见,由BHET和多异氰酸酯反应而成的泡沫在没有添加阻燃剂的情况下,极限氧指数为24.25%,高于一般未添加阻燃剂的聚氨酯泡沫的极限氧指数(16%~18%),其原因主要是BHET主链上的芳香基团提高了泡沫的阻燃性能。随着阻燃剂TCPP的增加,极限氧指数由24.25%逐渐上升至大于27%,达到难燃材料水平。当TCPP添加量超过1.5g后,LOI到达极限值,不再随TCPP量的增加有明显变化。没有添加阻燃剂的泡沫,续燃时间在60s以上,通过增加阻燃剂TCPP用量,续燃时间可减少至20s,并不伴随明显的阴燃。
2.4 添加剂对聚氨酯泡沫阻燃效果的影响
发泡过程中主要的添加剂包括发泡剂(水)和催化剂(辛酸亚锡)等。当水用量过少时,不能产生足够的气泡,泡沫迅速凝固胶化;而当水用量过多时,会产生大量气泡,气泡逃逸过快,导致泡沫塌泡。经试验表明,发泡剂(水)用量的适宜范围应在0.30-0.65g之间。表2 中显示当水含量在0.30~0.65g之间变化时,对于泡沫的极限氧指数影响并不显著,变化值小于1%,这可能和发泡过程中大量的水参加反应,并生成气体挥发,而并未以水或结晶水的形式存在泡沫中有关。
表3显示了催化剂(辛酸亚锡)用量增加对阻燃效果的影响,随着辛酸亚锡从0.25g增加到0.65g,极限氧指数从25.38%下降到了23.27%。辛酸亚锡用量的增加,平衡了发泡反应与凝胶反应,增大了泡孔率,增大了气体渗透性,因此也更易燃烧,降低了其极限氧指数。
2.5 阻燃剂对聚氨酯泡沫密度的影响
阻燃剂TCPP的添加对泡沫密度和泡沫孔隙率产生了一定的影响,随着TCPP用量的增加,泡沫密度逐渐减小,与TCPP用量成反比关系,空隙率增大(表4)。
2.6 阻燃剂对聚氨酯泡沫压缩强度的影响
阻燃剂(TCPP)为添加型阻燃剂,以物理分散的方式分散于聚氨酯基体的网络中。但因与其他反应物的混容性差,当用量增加时,会降低泡沫的力学性能。如表5中可见,随着TCPP的添加,泡沫最大承载压强下降,最大压缩位移变化不显著。因此在保证阻燃性能的基础上,为确保泡沫力学性能,需控制TCPP的用量,以1.5gTCPP/10gBHET为宜。
3 结论
利用废弃聚酯纤维的乙二醇醇解产物BHET与多异氰酸酯在发泡剂(水)、催化剂(辛酸亚锡)、稳定剂(硅油)和阻燃剂(TCPP)的共同作用下,制备了阻燃硬质聚氨酯泡沫材料。发泡剂(水)的用量在0.30~0.65g之间时,发泡速度可控,发泡效果较好,且对阻燃性能影响可忽略。催化剂(辛酸亚锡)的增加,会引起阻燃效果的下降。BHET中含有芳香基团,从而增强了泡沫的阻燃性能,极限氧指数可达24.25%。通过增加TCPP的用量,极限氧指数可达27%以上,符合难燃材料的标准。但随着TCPP用量增加,泡沫密度降低,泡孔率增大,泡沫压缩性能逐渐下降。因此,在保证阻燃效果的同时,TCPP应适量添加,以1.5g/10gBHET为宜。
摘要：以废弃聚酯纤维、乙二醇、多异氰酸酯等为原料,采取乙二醇醇解法降解废弃聚酯纤维,分离提纯得到高纯度的BHET单体,并采用一步发泡法制备了具有阻燃效果的聚氨酯泡沫材料。利用傅立叶变换红外光谱对各阶段产物进行定性分析。讨论了阻燃剂(TCPP)、发泡剂(水)及催化剂(辛酸亚锡)对阻燃性能的影响,以及TCPP对泡沫密度、压缩性能的影响。
阻燃泡沫 篇5
提高泡沫阻燃性的方法之一是添加非反应型卤代有机磷酸酯类阻燃剂, 近年来, 此类阻燃剂使用较为普遍[7,8], 但它们的使用量受限于其自身对泡沫的增塑性, 而且该阻燃剂存在易迁移、易水解、不能持久保持阻燃效果等缺陷, 因此会导致RPUF的储存性能较差, 长期存放会使泡沫性能严重下降。提高泡沫阻燃性的方法之二是在化学结构中引入异氰脲酸酯环状结构, 泡沫阻燃性的优化得益于此环状结构具有较高的热稳定性。提高泡沫阻燃性的方法之三是在聚氨酯分子链上引入阻燃元素, 例如采用反应型阻燃剂取代部分常规的多元醇, 以获得不同等级的阻燃性来满足不同应用场合的阻燃要求。
目前, 虽然可以将喷涂硬泡的氧指数提高到26%左右, 但仍与消防安全对建筑保温材料的要求存在一定的差距。为此, 本文在阻燃型喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及性能研究[9]的基础之上, 采用反应型阻燃聚酯多元醇、阻燃聚醚多元醇、普通聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、发泡剂和耐水解阻燃剂等原料制备高阻燃喷涂硬质聚氨酯泡沫材料, 讨论了反应型阻燃聚酯多元醇对RPUF物理性能、阻燃性能和储存性能的影响。另外, 考察了环境因素 (温度和湿度) 对RPUF性能的影响。
1 实验
1.1 主要原料
反应型阻燃聚酯多元醇Saytex RB-79, 分子质量628, 羟值为218 mg KOH/g, 官能度f=2, 雅保化工 (上海) 有限公司;反应型阻燃聚醚多元醇Ixol B251, 相对分子质量510, 羟值为330 mg KOH/g, f=3, 苏威氟化学有限公司;反应型阻燃聚醚多元醇WNN-1, 自制;普通聚醚多元醇ZS-4110, 羟值为430mg KOH/g, f=4, 江苏钟山化工有限公司;硅烷类泡沫稳定剂 (AK-8812) , 南京德美世创化工有限公司;胺类催化剂, 三乙烯二胺 (A-33) , 上海敏晨化工有限公司;胺类催化剂, 二甲基环己胺 (DMCHA) , 常州市越兴化工有限公司;交联剂, 三乙醇胺 (TEA) , 抚顺亿龙化工有限公司;三聚催化剂, PC-41, 美国气体公司;发泡剂, HCFC-141b, 山东兴氟新材料有限公司;耐水解阻燃剂WNN-2, 自制;多异氰酸酯, PM-200, 异氰酸酯的质量分数为30.2%~32.0%, f=2.7, 烟台万华聚氨酯有限公司。
1.2 主要设备与仪器
万能试验机, CMT4104型, 美特斯工业系统 (中国) 有限公司;扫描电子显微镜 (SEM) , S-250, S-4700型, 日本Hitachi公司;导热系数测定仪, DRCD-3030, 沈阳天宏竣实验设备有限公司;多功能强度拉拔仪, SW-4B型, 北京盛世伟业科技有限公司;高压喷涂机, Reactor A-20, 美国固瑞克公司。
1.3 制备方法
按设计配方比例将反应型阻燃聚酯多元醇、阻燃聚醚多元醇、普通聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、发泡剂和耐水解阻燃剂等原料均匀混合得到组合聚醚, 作为B组分;以多异氰酸酯作为A组分, 异氰酸酯指数为1.27。高阻燃喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料B组分的基础配方见表1。
注:泡沫稳定剂、催化剂、交联剂、发泡剂和耐水解阻燃剂的添加量以100份多元醇为基准。
实验室小试制备方法:发泡时, 调节A组分和B组分的温度为35℃, 按设计配方称取A料和B料, 加入纸杯内用电动搅拌器搅拌混合2~3 s使其自由发泡, 转速200 r/min, 同时依次测定起发时间、拉丝时间、不黏时间。泡沫在常温下熟化48 h后, 测试相关性能。
高压喷涂机制备方法:利用高压喷涂设备, 将A、B两个组分以1∶1的体积比, 进行计量、加压、升温后, 通过喷枪喷到基层上, 得到硬质聚氨酯泡沫塑料。设定喷涂机的压力为8.27 MPa, 温度为35℃, 两个组分的喷涂压力差小于1.38MPa, 喷涂硬泡聚氨酯材料在常温下熟化48 h后制样, 测试相关性能。
1.4 组合聚醚的储存稳定性试验
按照上述基础配方配制组合料, 取出一部分进行发泡, 测试其反应参数, 将剩余的组合料密封后在常温下存放, 定时取样进行发泡和喷涂测试, 观察其外观和反应参数的变化。
1.5 性能测试方法
聚氨酯泡沫塑料表观芯密度按GB/T 6343—2009《泡沫塑料及橡胶表观密度的测定》进行测试;压缩强度按GB/T8813—2008《硬质泡沫塑料压缩性能的测定》进行测试;导热系数按GB/T 3399—1982《塑料导热系数试验方法护热平板法》进行测试;氧指数按GB/T 2406.2—2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分:室温试验》进行测试;SEM分析:将试样在液氮中脆断, 表面喷金后, 观察其断面形态并拍照;闭水试验按GB 50404—2007《硬泡聚氨酯保温防水工程技术规范》中附录A进行测试。
2 结果与讨论
2.1 反应型阻燃聚酯多元醇对泡沫性能的影响
阻燃剂的使用可提高聚氨酯泡沫的难燃性, 延缓燃烧速度或阻止其燃烧。不同类型的阻燃剂阻燃机理不同。添加型阻燃剂是以物理方式分散于聚氨酯基体中, 与聚氨酯基体及其反应原料之间不发生化学反应, 它单独使用时, 阻燃效果不好, 复配使用, 可产生协同效应, 提高阻燃性能, 但是添加型阻燃剂在硬泡聚氨酯组合料中储存稳定性较差, 因此不适合配在组合料中。反应型阻燃剂 (阻燃聚酯或阻燃聚醚多元醇) 可解决组合料储存期较短的问题。
本实验采用含溴元素的反应型阻燃聚酯多元醇Saytex RB-79, 它是由3, 4, 5, 6-四溴-1, 2-苯二酸 (或四溴苯酐) 与一缩二乙二醇及丙二醇的缩合产物。Saytex RB-79是低官能度 (f=2) 、低羟值和低分子质量的多元醇, 但具有较高的溴含量 (45%) , 且它们可结合到聚合物分子链上, 所以预配在硬质聚氨酯泡沫塑料的双组分体系中时, 能保持长期的储存稳定性。以100份多元醇为基准, 其它组分不变, 通过增加Saytex RB-79的用量来代替聚醚多元醇ZS-4110的量, 考察其对泡沫性能的影响, 结果如图1、图2和表2所示。
由图1、图2和表2可知, 随着反应型阻燃聚酯多元醇Saytex RB-79用量的增加, 泡沫材料的氧指数和导热系数逐渐升高, 而密度和压缩强度呈先减小后增大的趋势。当Saytex RB-79的用量大于等于45份时, 泡沫出现了收缩现象。因为Saytex RB-79是低官能度、低羟值和低分子质量的多元醇, 用量过多, 使得生产交联网状的主体骨架结构变差, 导致泡沫出现整体收缩现象, 最终使泡沫密度和压缩强度增大;泡沫收缩也会导致泡孔结构变差, 进而使导热系数增大;当Saytex RB-79添加量较少时, 高官能度聚醚多元醇ZS-4110 (f=4) 含量高, 泡沫骨架结构较好, 泡孔均匀性相对较好, 故密度和压缩强度较大, 导热系数较低, 泡沫密度小, 出方率高;又因Saytex RB-79本身阻燃性能较好, 所以泡沫的氧指数随其用量的增加而升高。另外, 泡沫的拉伸粘结强度随着Saytex RB-79用量的增加而增大, 原因是酯基 (—COO—) 的极性大于醚基 (—O—) 的极性, 因此Saytex RB-79添加量大时, 粘结性好。由表2可知, 当Saytex RB-79添加量为30份时, 常温储存稳定性良好, 且组合料澄清, 无分层无沉淀析出, 储存6个月无质量问题。
根据以上综合性能分析, 以100份多元醇为基准, 其它组分保持不变, 当Saytex RB-79用量为30份时, 泡沫的性能最佳, 即密度为56.9 kg/m3, 压缩强度323.2 k Pa, 氧指数30.1%, 导热系数0.022 W/ (m·K) , 拉伸粘结强度0.49 MPa, 出方率17.6 m3/t, 不收缩、不透水, 常温可储存6个月, 其性能符合GB 50404—2007的物理性能指标要求和GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中的B1级燃烧性能指标。
2.2 环境温度对泡沫性能的影响
环境温度是喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料的影响因素之一。发泡依靠热量而进行, 如果没有热量, 体系中的发泡剂就无法蒸发, 从而无法生成泡沫塑料。热量来自于化学反应放热和环境提供。当环境温度高时, 能给反应体系提供热量, 可增加反应速度, 缩短反应时间, 表现为泡沫发泡充分, 泡沫表层和芯部密度接近。当环境温度低时, 部分反应热就会散发到环境中, 导致热量损失, 会造成泡沫熟化期延长, 增大了泡沫成型收缩率, 同时也会使泡沫的出方率降低, 进而增加泡沫材料的用量, 最终增加施工成本。在喷涂施工时, 温度过低或过高对硬泡聚氨酯材料的性能都有很大影响, 为此, 在其它环境因素适宜的条件下, 分别对低温段 (5~10℃) 、中温段 (20~40℃) 和高温段 (45~50℃) 进行了考察, 如图3和图4所示。
由图3可知, 低温环境下, 喷涂硬泡雾化较差, 而中温下雾化较好, 且低、中温下喷涂硬泡样板存在较大差异, 低温时喷涂泡沫的每层起发高度明显低于中温环境。这是因为如果环境温度很低, 硬泡聚氨酯每一层喷涂完后, 反应热量会迅速散发到环境中, 不利于发泡剂起发, 导致材料发泡量减少。
由图4可知, 在高温环境下喷涂施工时, 喷涂硬泡聚氨酯材料的表面平整性较差, 甚至出现了层间起鼓开裂现象。而中温下表面平整性较好, 层间粘接性较好, 无分层、无起鼓开裂等现象。这是由于, 当环境温度较高时, 喷涂硬泡聚氨酯材料的内部反应产生的热量较大且很难扩散掉, 再加上材料中的催化剂在高温时活性增大, 进一步加快了聚氨酯材料凝胶反应的进行, 导致泡沫表面平整性差, 且产生层间起鼓、开裂现象。
表3为低、中、高温时高阻燃喷涂硬泡聚氨酯材料的起发、拉丝和不黏时间测试结果。
由表3可知, 高温时, 起发和不黏时间较快, 低温时, 起发和不黏时间较慢, 进一步充分地说明了高温下泡沫表面粗糙和层间开裂, 低温下泡沫发泡不充分。
根据喷涂施工试验, 在其它环境因素适宜的条件下, 当环境温度为20~40℃时, 高阻燃喷涂硬泡聚氨酯材料的施工性能最佳。
2.3 环境湿度对泡沫性能的影响
喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料是多异氰酸酯和组合多元醇混合反应生成的高分子材料, 其中多异氰酸酯组分很容易和水发生反应生成脲, 如果聚氨酯中脲键含量较高, 则泡沫塑料会变脆, 导致泡沫与基材的粘接力降低, 而且反应时产生的二氧化碳 (CO2) 气体也会对泡沫材料的性能造成影响。本实验在其它环境因素适宜的情况下, 研究了不同的空气湿度和混凝土基材湿度对高阻燃喷涂硬泡聚氨酯材料的性能影响。其中干燥混凝土基材为:混凝土板在50℃烘箱中放置24 h, 取出再在室外条件下放置48 h后进行试验;潮湿混凝土基材 (无明水) 为:混凝土板在水中浸泡24 h, 取出后在室外条件下放置30 min至无明水立即试验;潮湿混凝土基材 (有明水) 为:混凝土板在水中浸泡24 h, 取出后立即进行试验。如图5和图6所示。
从图5可以看出: (1) 在不同空气湿度下, 喷涂硬泡聚氨酯材料的每层发泡厚度不同, 雨天喷涂的泡沫厚度明显大于晴天喷涂时的厚度, 这是由于雨天湿度大, 喷涂时空气中的水极易与材料中的多异氰酸酯发生反应, 产生CO2气体作为化学发泡剂, 致使每层之间的厚度明显增加。 (2) 雨天喷涂泡沫易出现层间粘结性较差的现象, 这可能是由于湿度较大时, 每层泡沫表面残留水与异氰酸酯反应生成脲基聚合物, 表面相对发脆, 使其层间粘结力较差。
喷涂硬泡聚氨酯材料是在现场发泡成型, 而发泡属于化学反应, 对周围的环境温度、湿度等有一定的要求, 尤其对基面的含水率很敏感。如果含水率过大, 不仅会使硬泡聚氨酯材料发泡时与基面的粘结力降低, 而且会造成硬泡聚氨酯穿孔等现象, 从而影响硬泡聚氨酯材料的保温和防水功能。
从图6可以看出, 硬泡聚氨酯材料与干燥混凝土基材粘结性能良好, 采用潮湿混凝土基材 (无明水) 时, 泡沫与基材有部分区域出现空隙, 当使用潮湿混凝土基材 (有明水) 时, 泡沫不仅起鼓非常严重, 而且与混凝土基材完全脱离。可见, 如果基材非常潮湿 (有明水或无明水) 时, 应严禁硬泡聚氨酯材料喷涂施工。
根据喷涂施工试验, 在其它环境因素适宜的情况下, 在湿度20%~65%的晴天, 且混凝土基材干燥的情况下, 高阻燃喷涂硬泡聚氨酯材料的施工性能最佳。
3 结语
(1) 随着反应型阻燃聚酯多元醇Saytex RB-79用量的增加, 泡沫材料的氧指数和导热系数逐渐升高, 而密度和压缩强度呈现先减小后增大的趋势;当Saytex RB-79的用量大于等于45份时, 泡沫出现了收缩现象;泡沫密度小, 出方率高, 密度大, 出方率低;泡沫的拉伸粘结强度随着Saytex RB-79用量的增加而增大。综合性能分析, 以100份多元醇为基准, 其它组分不变, 当Saytex RB-79用量为30份时, 泡沫的性能最佳。
(2) 低温 (5~10℃) 环境下, 喷涂硬泡雾化较差, 而中温 (20~40℃) 下雾化较好, 且低、中温环境下喷涂硬泡样板存在较大差异, 低温时喷涂的泡沫的每层起发高度明显低于中温环境。在高温 (45~50℃) 环境下喷涂施工时, 喷涂硬泡聚氨酯材料的表面平整性较差, 甚至出现了层间起鼓开裂现象, 而中温下表面平整性较好, 层间粘接性较好, 无分层、起鼓、开裂等现象。根据喷涂施工试验, 在其它环境因素适宜的条件下, 当环境温度在中温时, 高阻燃喷涂硬泡聚氨酯材料的施工性能最佳。
(3) 硬泡聚氨酯材料与干燥混凝土基材粘结性能良好, 采用潮湿混凝土基材 (无明水) 时, 泡沫与基材有部分区域出现空隙, 当使用潮湿混凝土基材 (有明水) 时, 泡沫不仅起鼓非常严重, 而且与混凝土基材完全脱离。根据喷涂施工试验, 在其它环境因素适应的情况下, 在湿度20%~65%的晴天, 且混凝土基材干燥的情况下, 高阻燃喷涂硬泡聚氨酯材料的施工性能最佳。
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