聚氨酯改性酚醛高分子阻燃发泡材料

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1、项目背景：由于有机高分子的先天结构因素，大部分类型阻燃性能不佳，甚至成为消防安全隐患。如输冷供热系统保温材料、轻质墙体和军用多个领域对材料的阻燃性能均有很高要求，尤其易发生火灾的化工、石油、建筑等对有机高分子材料的阻燃性更为严格。酚醛泡沫塑料是一种物美价廉的轻质、绝热有机高分子材料，是目前泡沫塑料中发展最快的品种之一。酚醛泡沫塑料其导热系数一般在0.02～0.04W／(m·K)，与硬质聚氨酯泡沫塑料相当，它的耐热性能和防火性能却大大优于其它泡沫塑料，具有难燃（临界氧指数较高，可达35～40）、烟雾度低（烟密度小于50）、适用温度范围大

2、(-150～200℃)、耐热（可在140～160℃下长期使用）、抗火焰穿透、遇火无滴落物、耐化学腐蚀等优点，是一种具有优异综合性能的保冷、隔热材料，特别适用于易发生火灾的化工、石油、建筑等所需的隔热保温材料。从二十世纪八十年代起，国外对酚醛泡沫的研究进展飞快，并研制成功连续复合板材生产线及发泡设备，1985年世界总产量已达2万吨。国内则从九十年代中开始起步，近几年研究、开发渐入佳境。以风管市场为例，随着多家单位相继从国际引进酚醛泡沫复合板生产线，2001年时酚醛泡沫占市场0.1%，2005年则达到2%，2006年的市场占有率约10％，

3、大有淘汰无机玻璃钢、镀锌板等传统风管之势。酚醛泡沫材料在输冷供热系统保温材料、轻质墙体和军用多个领域等均有应用前景。与其它材料相比，酚醛泡沫的刚性结构决定其存在着脆性大的明显缺点，这就不可避免地限制其广泛使用。采用本项目产品用于酚醛发泡材料的生产，保持其阻燃性能的同时显著提高了其韧性，将大大增加应用范围，市场推广前景良好。国内对聚氨酯改性酚醛发泡材料的研究还不够深入，且多数尚处于试验室研发阶段。本单位在十几年前就初步进行了酚醛改性聚氨酯的研究工作，为聚氨酯改性酚醛的研究积累了一定的经验，随后专注于聚氨酯预聚体及制品的研究开发，顺利完成

4、了与聚氨酯相关的多项省级科研项目，并顺利实现了中试生产。借助已有条件，希望通过对聚氨酯增韧酚醛泡沫深入研究，探索出立足国内原料、配合适当操作工艺，简便可行的改性技术，为阻燃有机高分子材料的发展做出积极的贡献。2技术原理：酚醛泡沫塑料具有优异综合性能的保冷、隔热性能，尤其适用于易发生火灾的化工、石油、建筑等所需隔热保温材料场合。但是与其它品种相比，酚醛泡沫因其先天结构因素决定其存在着脆性大的明显缺点，难免限制其广泛使用，因此需要提高酚醛泡沫韧性。酚醛泡沫塑料的增韧改性主要有以下几类方法：1.调整基本原料组成；2.采用增韧剂复合技术；3.

5、反应增韧技术，即在甲阶酚醛树脂中加入能与酚羟基和羟甲基发生化学反应的含柔性链的小分子或低聚物，进而发泡固化成型，得到增韧改性的酚醛泡沫塑料。与共混方式相比，采取这种方式因增韧材料与酚醛材料的相容性得到改善，因而增韧效果更好。反应增韧技术中，采用异氰酸酯改性，也就是聚氨酯改性酚醛泡沫，可以提高制品的强度，降低密度及导热系数，并能提高制品的韧性，被认为是最有成效的改性方法之一。聚氨酯改性酚醛树脂的原理是利用异氰酸酯基团与酚醛树脂中的羟甲基反应生成氨基甲酸酯链段，同时引入相对柔软的低聚合度聚醚或聚酯链段，从而改善酚醛树脂的脆性。通常使用两种

6、方式:一种将低聚物多元醇与甲阶酚醛树脂混合、多异氰酸酯与固化剂混合的一步法，有着粘度小、操作容易的优点，但存在增韧效率差的缺点；另一种方式是使用预聚体，增韧效果好，但粘度大，使用范围受限制。本项目首创采用基于TDI的端异氰酸酯基聚氨酯半预聚体法和端羟基聚氨酯半预聚体法，综合上述两种方式的优点，在保证阻燃性能的情况下，有效增加酚醛发泡材料的韧性。采用聚氨酯预聚体路线，即由多官能团的异氰酸酯与双官能团的低分子量醇或氨反应形成带活性端基的中间体，借助活性基团与可溶性酚醛树脂中的羟甲基和酚羟基反应，从而引入良好柔韧性的氨基甲酸酯链段，达到增韧

7、目的；通过对不同商业原料的筛选，开发出既能改善脆性、又基本保持良好阻燃的增韧酚醛泡沫材料。3鉴定与应用：2009年12月23日，河南省科技厅组织有关专家对河南省科学院高新技术研究中心等单位完成的"聚氨酯改性酚醛高分子阻燃材料"项目进行了成果鉴定。鉴定委员会听取了项目组的汇报，审阅了有关技术资料，经质疑和认真讨论，形成鉴定意见如下：1、该项目采用基于TDI的端异氰酸酯基聚氨酯半预聚体法和端羟基聚氨酯半预聚体法对可发性酚醛树脂改性，合成出PUF系列聚氨酯半预聚体，具有粘度低、性能稳定的优点；在保证阻燃性能的前提下，有效地增加了酚醛发泡材料

8、的韧性。该合成工艺具有创新性，达到国内领先水平。2、该项目采用封闭式本体聚合，合成工艺设计合理，中试放大表明，产品质量稳定，便于工业化实施。3、经河南省分析测试中心检测，产品各项技术指标符合Q/HKT010-2009标准