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磷嵌段大豆油基聚氨酯硬质泡沫的制备与性能研究

张凯波  
【摘要】:聚氨酯硬质泡沫是常用的有机高分子材料,因其具有低密度、优异的热绝缘性和良好的机械性能等特点而广泛应用于建筑、装饰、冰箱等领域。聚氨酯硬质泡沫的缺点是易燃烧并产生大量的有毒烟雾和气体,极大地限制了其在不同领域的应用。同时,随着石油资源的枯竭,环境问题日趋严重,发展并利用可再生资源替代或者部分替代石油基原料制备聚氨酯硬质泡沫的技术受到广泛的关注。大豆油属于可再生资源,产量高和价格低,结构中含有酯基和双键两个反应活性基团,通过反应改性得到的大豆油基多元醇,可作为聚氨酯硬质泡沫的多元醇原料。因此,利用大豆油替代石油资源制备阻燃性能良好的聚氨酯硬质泡沫对可再生资源利用、环境保护以及聚氨酯硬质泡沫的发展具有重要意义。本文主要以大豆油为原料得到大豆油基多元醇,然后与异氰酸酯等原料反应制备了磷嵌段大豆油基聚氨酯硬质泡沫,同时研究了泡沫的各项性能。主要研究内容如下:1.以含磷阻燃剂三羟甲基氧化膦(THPO)和环氧丙烷为原料,反应得到含磷多元醇(THPO-PO)。反应后,THPO的极性降低,提高了其与多元醇的相容性。讨论了反应温度、反应时间、催化剂含量以及底物配比对合成THPO-PO的影响,并采用傅里叶红外(FT-IR)和核磁(fH NMR)对THPO-PO的结构进行了表征。2.利用环氧大豆油和乳酸反应得到大豆油基多元醇(LSBP),其结构通过FT-IR和1HNMR进行了表征。然后测试了不同质量比的THPO-PO和LSBP之间的相容性,并利用不同质量比的THPO-PO和LSBP混合多元醇制备阻燃型大豆油基聚氨酯硬质泡沫。利用热重分析,压缩实验、扫描电镜、极限氧指数(LOI)和垂直燃烧测试对泡沫各项性能进行了测试。结果表明:随着混合多元醇中THPO-PO的含量增加,所有的泡沫泡孔结构都呈现球形或多面体,泡沫的表观密度降低,压缩强度先增加后降低,泡沫的初始降解温度有所降低,但是阻燃性能得到明显提高。当混合多元醇中THPO-PO的含量增加到40%时,泡沫极限氧指数达到27.5,垂直燃烧达到V-0级别。3.利用水和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)分别与环氧大豆油反应制备不含磷的大豆油基多元醇(HSBP)和含磷的大豆油基多元醇(DSBP),并通过FT-IR和1H NMR对两种多元醇的结构进行了表征。然后利用不同质量比的HSBP和DSBP混合多元醇制备了阻燃型大豆油基聚氨酯硬质泡沫,最后利用热重分析、压缩实验、扫描电镜、极限氧指数(LOI)和垂直燃烧测试对泡沫各项性能进行了测试。结果表明:随着混合多元醇中DSBP的含量增加,泡沫泡孔结构都呈现圆形或椭圆形,泡沫的表观密度降低,压缩强度有所降低,但是泡沫的热稳定性和阻燃性能得到明显提高。当混合多元醇中DSBP的含量增加到80%时,泡沫的极限氧指数达到28.3,垂直燃烧达到V-0级别。


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