一种阻燃聚氨酯保温隔热芯材及其制备方法

本发明涉及建筑材料，具体涉及一种阻燃聚氨酯保温隔热芯材及其制备方法。

背景技术：

1、双碳(碳达峰和碳中和)背景下，建筑行业的能源消耗巨大，对建筑墙体进行保温隔热处理，降低建筑的运行能耗成为推进建筑行业节能减排，助力建筑行业实现双碳目标的关键。按照规定，严寒地区居民住宅建筑的平均节能率要求达到75％，而目前使用的各种保温材(如eps、xps、spu、岩棉等)存在诸多缺陷，首先是保温性能不能达到节能75％的要求，其次eps、xps、spu等保温板材的耐火等级也不能达到要求。

2、聚氨酯泡沫由于导热系数低、抗压强度高、质轻、粘结性好、易于加工等一系列优点，是非常常见的隔热保温材料，通常作为隔热芯材在建筑墙体节能保温领域具有广泛的应用。然而聚氨酯做为一种有机材料，自身暴露在热源或受到高温极易燃烧，且火焰传播速度非常快，其极限氧指数(loi)值仅为18％(loi越低越容易燃烧)。为了赋予隔热板材阻燃性能、提高使用安全系数，有必要对隔热板材进行阻燃改性，这已成为建筑保温材料生产及研发从业者的共识。而如何兼顾聚氨酯隔热材料的高阻燃性能、低导热系数、高压缩强度等性能，仍面临着较大的研发难度。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种阻燃聚氨酯保温隔热芯材的制备方法，制备的阻燃聚氨酯保温隔热芯材兼具高阻燃性能、低导热系数、高压缩强度和低吸水率，具有尺寸/重量稳定性好等优点。

3、(二)技术方案

4、第一方面，本发明提供一种阻燃聚氨酯保温隔热芯材，按质量百分比计，其组成为：50-70％的聚氨酯硬泡颗粒、8-12％的磷系阻燃剂、2-6％的金属阻燃剂、0.5-4％的氮系阻燃剂、10-16％的胶粘剂、1-6％的木质素、5-10％的玻璃纤维、0.5-2％的防水剂；前述各组分之和为100％。

5、第二方面，本发明还提供一种阻燃聚氨酯保温隔热芯材的制备方法，其包括：

6、s1、按照如下质量配比准备各原料：

7、50-70％的聚氨酯硬泡颗粒、8-12％的磷系阻燃剂、2-6％的金属阻燃剂、0.5-4％的氮系阻燃剂、10-16％的胶粘剂、1-6％的木质素、5-10％的玻璃纤维、0.5-2％的防水剂；前述各组分之和为100％；

8、s2、将磷系阻燃剂、木质素、防水剂、20-30％的胶粘剂采用剪切搅拌混合均匀，得到混合物a；

9、s3、将聚氨酯硬泡颗粒与1/3-2/3的玻璃纤维混合，在混合过程中，将混合物a以喷涂的方式包覆在聚氨酯硬泡颗粒和玻璃纤维表面，之后在1.0-2.0mpa的压力下压合成板状粗胚；

10、s4、将氮系阻燃剂、金属阻燃剂、剩余的玻璃纤维采用干混方式混合均匀得到干粉混合物，再将剩余的胶粘剂喷洒到干粉混合物上并进行二次混合，得到混合物c；

11、s5、将一部分混合物c铺展在模具底部，然后将所述板状粗胚铺盖在所述模具中，之后将剩余混合物c浇筑在所述板状粗胚表面，经振荡铺展后后，再次在1.0-2.0mpa的压力下压合；

12、s6、固化成型，脱模，制得所述阻燃聚氨酯保温隔热芯。

13、其中，压合压力为1.0-2.0mpa；而若压力过大容易导致聚氨酯硬泡颗粒变形或破碎；而若压力过小时会导致制备的保温隔热芯材中各组分胶结效果不连续，产品的力学强度下降。

14、根据本发明的较佳实施例，s5中，板状粗胚放置在模具中后，板状粗胚的四边与模具之间形成0.1-1cm的间隙，优选为0.3-0.5cm的间隙。

15、在本发明的一个较佳实施例中，按照如下质量配比准备各原料：60％的聚氨酯硬泡颗粒、10％的磷系阻燃剂、4％的金属阻燃剂、2％的氮系阻燃剂、12％的胶粘剂、3％的木质素、8％的玻璃纤维、1％的防水剂。

16、在本发明的一个较佳实施例中，所述聚氨酯硬泡颗粒的粒径为0.5-3mm，密度小于120kg/m3；聚氨酯硬泡颗粒的粒径的优选为1-3mm。

17、在本发明的一个较佳实施例中，所述磷系阻燃剂为三磷酸甲酯基氧化膦酸酯或三(磷酸二乙醇二酯基)甲酯基氧化膦酸脂或它们的组合。在组合时，三磷酸甲酯基氧化膦酸酯与三(磷酸二乙醇二酯基)甲酯基氧化膦酸脂按质量比1-2:0.5-1混合，更优选为1.5:1的组合。前述磷系阻燃剂分别为棕色液体或棕黄色液体。

18、在本发明的一个较佳实施例中，金属阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝、氧化镁和氧化铝中的至少一种。金属阻燃剂为固体粉末。

19、在本发明的一个较佳实施例中，氮系阻燃剂为三聚氰胺及其衍生物中的一种或多种。氮系阻燃剂通常为白色结晶固体。

20、在本发明的一个较佳实施例中，胶粘剂为环氧树脂胶、三聚氰胺树脂胶、脲醛树脂胶按质量比1.5-3：1：0.5-1的混合物。优选的，环氧树脂胶、三聚氰胺树脂胶、脲醛树脂胶按质量比2：1：1混合。

21、在本发明的一个较佳实施例中，所述木质素为酶解木质素、有机溶剂木质素、碱木质素、磺酸盐木质素或磷改性木质素；且优选为酶解木质素或磷改性木质素。

22、在本发明的一个较佳实施例中，玻璃纤维的直径为5μm-20μm，长度为1mm-10cm。优选地，玻璃纤维为6μm、9μm、12μm等直径规格的连续玻璃纤维丝。优选地，玻璃纤维的长度为2-10cm。

23、在本发明的一个较佳实施例中，防水剂为有机硅防水剂(难燃)、聚脲防水剂(不燃)、硬脂酸改性羟乙基纤维素、硬脂酸酯、油酸酯和生物酶解木质素衍生防水剂(兼具防水和促成碳剂功能)中的至少一种。

24、第三方面，本发明还提供一种阻燃聚氨酯保温隔热芯材，其采用上述任一实施例的制备方法所制得。

25、(三)有益效果

26、本发明的聚氨酯保温隔热芯材主要用于包覆在隔热面板内部，作为隔热板的低导热填充物。本发明采用磷系阻燃剂和木质素改性聚氨酯硬泡颗粒，使聚氨酯硬泡颗粒具有阻燃性能，然后采用氮系阻燃剂和金属阻燃剂包覆在由聚氨酯硬泡颗粒压合形成的板状粗胚的外部，形成核壳结构的聚氨酯保温隔热芯材，有效改善聚氨酯保温隔热芯材的阻燃防火性能，提高隔热板材的使用安全性。其中具有阻燃性能的金属阻燃剂在聚氨酯保温隔热芯材的厚度方向上并不连续，因此可减少因金属阻燃剂所形成的导热通路，有效降低隔热芯材的导热率。本发明通过将磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和金属阻燃剂三大类型的阻燃剂复合制成“磷-氮-金属氧化物复合阻燃剂”，同时，以木质素为促成碳剂，利用“磷-氮-金属氧化物阻燃剂+成碳剂”的协同阻燃机理提高聚氨酯材料的阻燃等级。在制备隔热芯材时，添加少量玻璃纤维以其充当聚氨酯芯材板的“板筋”，达到增强聚氨酯隔热芯材板力学性能的功效。

27、本发明的聚氨酯隔热芯材的制备方法，采用磷系阻燃剂、木质素、胶粘剂等对聚氨酯硬泡颗粒修饰，提高聚氨酯硬泡颗粒的阻燃性能。又采用氮系阻燃剂、金属阻燃剂和胶粘剂形成包覆浆液，包覆在聚氨酯硬泡颗粒压合的板状粗胚外部，使阻燃剂尽可能地包覆在聚氨酯的外侧，进一步防止内侧的聚氨酯在持续高温下发生燃烧。本发明的隔热芯材产品可兼具有高力学性能、低导热率、高阻燃性能、轻质(约80kg/m3)和低吸水率等优异性能。