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聚氨酯硬质泡沫塑料(RPUF)具有密度低、缓冲减震性能优良、粘接性强、绝热性好等特性,是公认的保温领域最佳节能材料,可广泛应用于建筑、管道、冷藏等领域。然而,由于其在结构上具有易燃的碳氢链段,遇火时容易燃烧且难自熄,燃烧时会产生大量的烟尘和有毒气体,给灭火带来困难的同时也会危害到人体健康及环境安全,限制了RPUF的推广与应用。 聚氨酯硬泡的阻燃改性研究一直是国内外研究的焦点,最常用的方法是在聚氨酯硬泡体系中引入阻燃剂。聚氨酯硬泡常用的阻燃剂主要有卤系、磷系两类。随着含卤阻燃剂的应用越来越受限制,磷系阻燃剂的应用前景变得非常广阔。在磷系阻燃剂中,反应型含磷阻燃剂由于其分子中含有活性基团,比如醇羟基、羧基、氨基等等,可以和异氰酸酯发生聚合反应成为聚氨酯分子的一部分,使其在使用过程中阻燃剂分子不会发生迁移,阻燃效果会更加持久、高效。所以,反应型含磷系阻燃剂已经成为阻燃剂研究领域的热点问题。 本论文旨在合成一种绿色环保的含磷反应型阻燃剂,在保持RPUF良好力学性能的同时,显著提高其阻燃性能和热稳定性能。论文主要工作包括以下三个部分: 1、以三氯氧磷和间苯二酚为原料,一步法制备了含磷反应型阻燃剂磷酸三(间羟基)苯酯(THPP);考察了反应温度、溶剂的用量、反应物摩尔比、缚酸剂用量和反应时间对THPP产率的影响,确定了适宜的合成条件为:m(间苯二酚)∶m(丙酮)=1∶4.0,n(三氯氧磷)∶n(间苯二酚)=1∶2.5,n(三氯氧磷)∶n(三乙胺)=1∶2.5,45℃下恒温反应225 min;在此条件下,THPP收率为86.02%。利用凝胶渗透液相色谱(GPC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热失重分析仪(TGA)对THPP进行了分析与表征。结果表明,合成的化合物为目标产物THPP,且相比于添加型阻燃剂磷酸三苯酯(TPP)有更好的热稳定性能;在600℃氮气气氛下,THPP的残炭率可达到20%左右。 2、将甲基膦酸二甲酯(DMMP)、磷酸三乙酯(TEP)、磷酸三苯酯(TPP)和三羟基氧化磷(THPO)四种常用的磷系阻燃剂和合成的反应型阻燃剂磷酸三(间羟基)苯酯(THPP)引入到聚氨酯硬泡中,研究了阻燃剂的添加量对RPUF的机械性能、阻燃性能和热稳定性能的影响。实验结果表明,随着五种阻燃剂添加量的提高,RPUF样品的压缩强度都呈下降趋势;其中,THPP和THPO对RPUF的力学性能影响最小,DMMP和TEP次之,TPP影响最大。此外,随着阻燃剂添加量的增加,RPUF的阻燃性能在逐渐提高;其中,DMMP的阻燃效果最好,THPP与THPO次之,TEP与TPP最差。综合考虑四种阻燃剂对RPUF性能的影响,DMMP和THPO均可以作为THPP的复配阻燃剂;但考虑到常温下DMMP的黏度较小,使用方便,我们选择了DMMP与THPP复配应用于RPUF中。 3、将上述制备的反应型含磷阻燃剂磷酸三(间羟基)苯酯(THPP)与添加型阻燃剂甲基膦酸二甲酯(DMMP)复配应用于RPUF中,考察了反应型阻燃剂THPP的添加量对RPUF的发泡过程、压缩强度、热稳定性能和阻燃性能的影响。结果表明,由THPP与DMMP组成的复配阻燃体系有较好的协同阻燃效应,能有效地提高RPUF的热稳定性能和阻燃性能。但考虑到THPP的添加量太大会影响RPUF的发泡过程,导致其力学性能的下降;因此,当RPUF中DMMP质量分数为10%的条件下(相对于多元醇的量),THPP的最佳添加量为10~15份。