Расширяемый графитовый огнестойкий полужесткий полиуретановый материал
Полиуретановая полужесткая пена (SPUF) обладает превосходными эксплуатационными характеристиками и широко используется, но она является легковоспламеняющимся материалом и очень токсична при сжигании, что может отрицательно сказаться на окружающей среде. Огнеупорный графит (EG) и силановый связующий агент KH791 были использованы для модификации EG для огнестойкости полужесткой пенополиуретановой пены, содержащей воду. Термическое разложение полиуретановой пены изучали с помощью термогравиметрического анализа и морфологии углеродных остатков. Исследовано влияние модификации EG на огнестойкость, термостойкость, механические свойства и морфологию ячеек полужесткой пенополиуретановой пены с полужестким водой. Результаты показывают, что когда массовая доля EG составляет 20%, кислородный индекс вспениваемого графитового огнестойкого пенополиуретана может достигать 29,4%, что соответствует требованиям теста уровня HF-1 в тесте на огнестойкость UL94HB, после того как KH791 модифицировал EG, Эффект антипирена несколько снижается, но модифицированный ЭГ оказывает меньшее влияние на морфологию ячеек пены и может увеличить плотность и прочность на сжатие полужесткой пенополиуретановой пены, полностью водяной.
Ключевые слова: вспениваемый графит; огнестойкий материал; модификация поверхности; огнестойкость; термостойкость
Полиуретановая пена представляет собой полимерный материал, синтезированный по реакции простого полиэфирполиола, изоцианата и вспомогательного агента, обладающий превосходными физико-механическими свойствами, акустическими свойствами, электрическими свойствами и химической стойкостью. Полиуретановая пена подразделяется на мягкую пену, полужесткую пену и твердую пену в соответствии с различными исходными материалами и формулами Полиуретановая полужесткая пена демонстрирует хорошие характеристики амортизации, демпфирования и звукопоглощения благодаря эквивалентному открытию и структуре с закрытыми порами. , Превосходные эксплуатационные характеристики делают полиуретановые полужесткие пенопласты широко используемыми в качестве автомобильных материалов для интерьера (таких как автомобильные наполнители бампера), промышленных прокладочных материалов и упаковочных материалов. Однако полиуретановая полужесткая пена имеет высокий коэффициент открытия, и кислород и тепло легко проникают во внутреннюю часть материала во время горения, и самозатухать нелегко, что создает трудности при тушении пожара. Таким образом, для открытой пористости полиуретана выбор подходящего антипирена и антипирена является современной горячей точкой исследования.
Расширяемый графит (ЭГ) - это не содержащий галогенов экологически чистый антипирен, имеющий высокую скорость мгновенного расширения и обладающий "червячным" пористым углеродным слоем после расширения. Он может ингибировать или прекращать горение. Образованный пористый углеродный слой может адсорбировать горючий газ и плавиться. Вещи и отравляющий газ. В настоящее время проводится много исследований по огнестойкости жесткого пенополиуретана (RPUF) для содержания EG, размера частиц EG и комбинации EG и других антипиренов. Исследование показало, что когда массовая доля EG составляет 20-25%, RPUF имеет лучшие огнезащитные характеристики, но механические свойства снижаются. Размер частиц EG оказывает большое влияние на огнестойкость полиуретановых материалов: чем больше размер частиц EG, тем лучше огнезащитный эффект и эффект подавления дыма. Ши Лей и др. Исследовали огнестойкий RPUF частиц EG со средним диаметром 39,8 мкм и 196,6 мкм. Было обнаружено, что RPUF обладает лучшими антипиреновыми и подавляющими дым эффектами, когда средний диаметр EG составляет 196,6 мкм. Модесты и другие антипирены, полученные путем смешивания EG с триэтилфосфатом (TEP) или красным фосфором (RP), могут значительно улучшить огнестойкость материала, но механические свойства будут ухудшены, Ху Синшен и др. Обнаружили EG и антипирен Синергетический эффект полифосфата аммония (АРР) и ТЭП является наилучшим: Чжан Чжонху и др. Доказали, что синергетический антипирен лучше, чем антипирен, добавляя любой из антипиренов в одиночку. Однако, когда количество композитного антипирена превышает 16 phr, ячейки пены могут быть серьезно повреждены, что приводит к отказу от пенообразования, и уровень плотности дыма значительно повышается, поэтому количество композитного антипирена ограничено.
В настоящее время EG также изучается на предмет использования в эластичных пенополиуретанах (FPUF) и полужестких пенополиуретанах (SPUF) для улучшения огнестойкости полиуретанов с открытыми порами. Xie Fei и др. Исследовали синергетический антипирен FPUF между TPP и EG. Когда количество составного антипирена составляет 30 phr, соотношение TPP / EG составляет 1/3, а значение LOI огнезащитного FPUF достигает 25%. Стойкость к смогу? Ли и др. Изучили огнестойкий эффект EG в SPUF и обнаружили, что EG с большим размером частиц может эффективно улучшить огнезащитные свойства материала.
Однако EG представляет собой неорганическую крупную частицу размером в миллиметр, которую нелегко равномерно диспергировать в полиуретановой матрице, и совместимость поверхности раздела между ними плохая, и трудно образовать хорошую связь и связь, и пузырь из пенной матрицы усиливается, в то же время усиливая огнезащитные свойства. Морфология и механические свойства дырок вызывают неблагоприятные воздействия. Чтобы улучшить совместимость границы раздела между EG и полиуретановой матрицей, поверхность EG обычно обрабатывается. Сюй Донгмей и др. Подготовили модифицированный ЭГ (МЭГ), поддерживая борную кислоту на поверхности ЭГ, что улучшило огнестойкость и термическую стабильность материала, а также сделало слой расширенного углерода из системы МЭГ и RPUF / MEG более плотным. Сюй Янг и др. Обработали EG титановым связующим для модификации композитов полипропилен (PP) / термопластичный полиуретан (TPU) и улучшили механические свойства композитов PP / TPU / EG.
В этой статье EG был модифицирован аминосилановым связующим агентом KH791. Спирт в структуре был гидролизован с образованием силанола, который реагировал с гидроксильной группой на поверхности EG. Аминогруппа в структуре реагировала с изоцианатом, поэтому KH791 Он может играть «связь» между EG и полиуретановой матрицей для улучшения межфазной совместимости между ними. Содержание EG и KH791 в модифицированном EG изучено с точки зрения огнестойкости и нагрева всей водной вспененной полиуретановой полужесткой пены. Стабильность, механические свойства и морфология клеток.
1 Экспериментальная часть
1.1 Сырье и реагенты
Полиэфирполиол 3630: гидроксильное значение 25 ~ 29 мг КОН / г, функциональность f ≈3, 25 ° C, вязкость 1200 ~ 1800 мПа · с, Yiju Polymer Material Co., Ltd .; полиэфирполиол 330N: гидроксильное число 33 ~ 37 мг КОН / г, функциональность f ≈3, вязкость 25 ° C 750 ~ 950 мПа · с, Yiju Polymer Material Co., Ltd .; вспениваемый графит (EG): модель E300, интеркаляция серной кислоты, размер частиц 80 меш, коэффициент расширения > 270 мл / г, чистота 95% ~ 99%, Qingdao Yanhai Carbon Materials Co., Ltd .; триэтаноламин: аналитический класс, Пекинский химический завод, MDI изоцианата: процентное содержание изоцианата NCO% 26% ~ 27%, вязкость 25 ° C 110 ~ 150 мПа · с, Yiju Polymer Material Co., Ltd .; силиконовое масло: модель 8681, Yiju Polymer Material Co., Ltd .; аминный катализатор (триэтилендиамин): химически чистый, Yiju Polymer Material Co., Ltd .; вода (деионизированная) Вода): лабораторного производства; силановый связующий агент: модель KH791, Nanjing Qianjin Chemical Co., Ltd .; оловоорганический катализатор (октоат олова): химически чистый, Yiju Polymer Materials Co., Ltd.
1.2 Приготовление пены
Этот эксперимент использует одностадийный метод для синтеза пенополиуретана. Добавить все сырье, кроме MDI, т.е. компонент A, в пластиковую чашку, в частности, включая 9,375 г полиэфирполиола 3630, 9,375 г полиэфирполиола 330N, 0,34 г триэтаноламина, 0,75 г воды, 0,3 г силиконового масла, 0,26 г Катализатор и антипирен равномерно перемешивали миксером в течение контрольного времени 60 с. Кроме того, добавляли 16,88 г MDI, компонента B. После быстрого перемешивания смесь переносили в самодельный пенящийся ящик (15 см × 15 см × 6 см). Через 15 минут пену помещали в печь при 50 ° C, когда объем вспенивания был постоянным. После выдерживания в течение 24 часов образец вынимали и подвергали характеристическому тестированию.
Приготовление силанового связующего агента, модифицированного KH791, например: Силановый связующий агент 791 готовят в виде 5% -ного водного раствора, перемешивают до гидролиза, смешивают с порошком EG в массовом соотношении 1: 2 и тщательно диспергируют с помощью мешалки с низкой скоростью в течение 30 минут, а затем рециркулируют. Водяной вакуумный насос фильтровали с отсасыванием, помещали в печь при 80 ° C на 5 часов, затем нагревали до 120 ° C в течение 30 минут и затем вынимали для получения силанового связующего агента KH791, модифицированного EG.
Количество добавляемого огнестойкого EG и модифицированного KH791 EG увеличивается на 5%, 10%, 15%, 20% и 25% от общей массы пенообразующей системы. Когда добавляемое количество превышает 25%, вязкость исходной системы слишком высока, пена будет сжиматься, и явление пенообразования будет слишком медленным, что не способствует синтезу полужесткой пенополиуретана.
1.3 Тестирование производительности и характеристика
1.3.1 Испытание на плотность: взять 6 образцов и взять среднее значение. Размер образца составляет 50 мм × 50 мм × 50 мм. Кажущаяся плотность образца пены определяется методом GB / T6343-1995.
1.3.2 Анализ твердости по Шору. Испытание на твердость пены относится к стандарту твердости пенополиуретана на мягкой приборной панели автомобиля, а твердость пены для поливинилхлорида (ПВХ) измеряется с помощью твердомера по Шору А и отбирается 10 образцов на образец. Точки измеряются и усредняются.
1.3.3 Наблюдение с помощью поляризованного светового микроскопа: образец поперечного сечения пены наблюдали с использованием оптического микроскопа 59XC от Xiamen McDean Manufacturing Co., Ltd.
1.3.4 Испытание на сжатие: прочность на сжатие и модуль сжатия образца пены определяют с помощью универсальной электронной испытательной машины WSM-5KN компании Changchun Intelligent Instrument Equipment Co., Ltd. в соответствии со стандартом GB8813-88. Размер образца составлял 50 мм × 50 мм × 50 мм, степень сжатия составляла 25%, а скорость сжатия составляла 10 мм / мин.
1.3.5 Наблюдение с помощью сканирующего электронного микроскопа: образец поперечного сечения пены и морфология сгоревшего углеродного слоя наблюдали при напряжении 20 кВ с использованием сканирующего электронного микроскопа Zeiss EVO18 от Carl Zeiss, Германия.
1.3.6 Тест дифференциального сканирующего калориметра (ДСК). Тепло выделения образца измеряли дифференциальным термическим анализатором CDR-4P компании Shanghai Precision Scientific Instrument Co., Ltd. Диапазон температур испытания составляет от 50 до 500 ° C, а скорость нагрева составляет 20 ° C / мин.
1.3.7 Термогравиметрический анализ (TG): изменение качества образца пены во время термического разложения было проверено немецким термогравиметрическим анализатором типа NETZSCHSTA449F3. Диапазон температур испытания составляет от 25 до 800 ° С, скорость нагрева составляет 10 ° С / мин, а скорость потока азота составляет 40 мл / мин.
1.3.8 Испытание на горизонтальное горение: Испытание на горизонтальное горение образцов пены относится к стандарту огнестойкости FMVSS302 американских автомобильных материалов для интерьера. Испытание проводилось с использованием автомобильного тестера характеристик внутреннего сгорания материала города Чанчунь и научно-исследовательского института прикладных технологий Шили, размер образца составлял 130 × 70 × 10 мм.
1.3.9 Испытание на предельный кислородный индекс (LOI): Предельный кислородный индекс образца пены испытывают в соответствии со стандартом ASTM D1863-97.Используемый прибор представляет собой прибор для измерения кислородного индекса JF-3 на фабрике аналитических приборов Нанкинского района Хайнин. Размер образца составляет 130 мм × 10 мм. × 10 мм.
