聚膦酸酯阻燃玉米秸秆粉复合聚氨酯材料研究

发布时间：2020-11-11 18:16

　　 硬质聚氨酯泡沫(RPUF)是一种良好的墙体保温材料,具有隔热性能好、质量轻、防水、耐腐蚀等优异性能。然而,聚氨酯泡沫易燃烧,且燃烧过程放出大量有毒气体,聚氨酯泡沫的阻燃研究对其应用推广具有很大影响。近年来,玉米秸秆等农业废弃物的燃烧对环境造成很大污染,因此,秸秆的高效利用具有显著的社会意义。本论文将玉米秸杆粉(SP)加入到RPUF中,进行了以下三方面的研究。首先研究了玉米秸杆粉粒度对RPUF的性能的影响。将玉米秸秆分别粉碎成粉末,添加到RPUF发泡体系(黑料、白料)中,制备秸秆粉复合聚氨酯泡沫(S-RPUF),测试样品的压缩强度、表观密度和极限氧指数。结果发现,玉米秸杆粉的加入,使RPUF的表观密度稍有增加,粒度变化对表观密度影响不明显,且RPUF的压缩强度明显降低,极限氧指数大幅增加;随着秸秆粉粒度的增加,生长向上的压缩强度呈上升趋势,水平向上则逐渐降低,RPUF的极限氧指数(LOI)总体呈升高趋势。综合比较不同粒度的秸秆粉对聚氨酯泡沫性能的影响,确定160目为最佳粒度。后续研究均以160目玉米秸杆粉为添加物。然后以160目玉米秸秆粉代替多元醇组分,以表观密度和压缩强度为参考量,研究了制备RPUF的优化组成配方。采用1,4-丁二醇、玉米秸秆粉作为多元醇组分,多亚甲基多苯基多异氰酸酯作为黑料组分,水作化学发泡剂,辛酸亚锡作催化剂,N,N-二甲基甲酰胺作溶剂,硅油作泡沫稳定剂,分别改变1,4-丁二醇、水及硅油的添加量,记录不同配方样品的发泡阶段及发泡时间,测试其生长向和横截向的压缩强度、表观密度,讨论不同变化参数对聚氨酯泡沫发泡过程及物理性能的影响,初步确定聚氨酯泡沫发泡体系的组分种类及添加比例,1,4-丁二醇含量为14g/份,水含量为1.6g/份,硅油含量为0.4g/份。通过设计正交试验,分析了温度、异氰酸酯指数、N,N-二甲基甲酰胺、1,4-丁二醇变量对聚氨酯泡沫表观密度、压缩强度的影响;通过因素指标、交互作用等分析方法,确定聚氨酯泡沫机械性能最佳时的配方组成,其中,温度为40℃,异氰酸酯指数为1.0,N,N-二甲基甲酰胺为4g/份,1,4-丁二醇含量为12g/份,从而得到玉米秸杆粉复配硬质聚氨酯泡沫(SP-RPUF)优化配方。以聚甲基膦酸乙二醇酯做阻燃剂,对加入了玉米秸杆粉的SP-RPUF进行阻燃处理,得到阻燃玉米秸杆粉复配硬质聚氨酉酯泡沫(FR-SP-RPUF)。研究了阻燃剂对材料表观密度、压缩强度、泡孔结构、热稳定性及阻燃性的影响。结果发现:FR-SP-RPUF的表观密度随着阻燃剂的含量的增加而增加。聚氨酯泡沫材料在生长向与水平向上的压缩强度均随阻燃剂含量的增加呈上升趋势。阻燃剂的添加使得泡孔结构更加均匀,而当阻燃剂含量逐渐增加时,泡沫中出现了更多的大孔,破坏了泡孔结构的均一性。聚氨酯泡沫的阻燃性能增强。通过热红联用实验(TG-FTIR)分析得,和未阻燃样品(SP-RPUF)相比,添加质量分数15%阻燃剂的阻燃样品(FR-SP-RPUF-15)由于致密炭层的存在没有进一步产生挥发物质。最后对RPUF/S-RPUF/SP-RPUF和FR-SP-RPUF进行了对比分析,结果发现:与S-RPUF相比,自配料SP-RPUF具有更好的力学性能、阻燃性能和热稳定性,添加阻燃剂后,FR-SP-RPUF的力学性能和阻燃性能继续增加,而热稳定性有所降低,与RPUF/S-RPUF相近。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ328.3;TB33
【部分图文】：

Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?ＳＰ?ｏｎ?ｔｈｅ?ａｐｐａｒｅｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ??２＿２．２秸轩粉粒度对Ｓ－ＲＰＵＦ力学性能的影响??根据表２－３数据，秸秆粉目数对Ｓ－ＲＰＵＦ力学性能影响结果如图２－２所示。??０．１６???＼?—■—?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??＾?＂?＼?—ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??Ｑ＿??Ｅ?０１２?－?＼??Ｓ?＼??？?０．１０?－?＼??Ｓ?＼??Ｉ?０．０ａ．?＼?Ａ?＾＾?＾??Ｓ?０?０６?－?■???｜?０．０４?－?＾＾??０．０２??１?？?１?＞?１?１?１?１?１???０?５０?１００?１５０?２００??ｓｉｚｅ（ｍｅｓｈ）??图２－２玉米秸秆粉粒度对压缩强度的影响??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?ＳＰ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ??图２－２分别从竖直和水平两个方向上显示了聚氨酯泡沫的压缩强度，以此衡量材料的力??学性能。从图中可以看出，在竖直方向上，加入秸秆粉末后材料压缩强度下降较大，可能是??因为秸秆粉颗粒破坏了材料的闭孔结构，增加了开孔率，对压缩强度产生一定的影响；且秸??杆作为一种高分子材料，聚合度大导致官能度小，使得材料的交联网状结构的交联度降低，??导致压缩强度降低；随着秸秆粉目数的改变，压缩强度有高有低，且幅度较小，说明秸秆粉??颗粒尺寸对材料的压缩强度影响不大，其中添加１６０目秸秆粉的聚氨酯泡沫材料的压缩强度??相对最大。在水平方向上

?２００??ｓｉｚｅ?（ｍｅｓｈ）??图２－１玉米秸秆粉粒度对表观密度的影响??Ｆｉｇ．?２－１?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?ＳＰ?ｏｎ?ｔｈｅ?ａｐｐａｒｅｎｔ?ｄｅｎｓｉｔｙ??２＿２．２秸轩粉粒度对Ｓ－ＲＰＵＦ力学性能的影响??根据表２－３数据，秸秆粉目数对Ｓ－ＲＰＵＦ力学性能影响结果如图２－２所示。??０．１６???＼?—■—?ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??＾?＂?＼?—ｖｅｒｔｉｃａｌ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ??Ｑ＿??Ｅ?０１２?－?＼??Ｓ?＼??？?０．１０?－?＼??Ｓ?＼??Ｉ?０．０ａ．?＼?Ａ?＾＾?＾??Ｓ?０?０６?－?■???｜?０．０４?－?＾＾??０．０２??１?？?１?＞?１?１?１?１?１???０?５０?１００?１５０?２００??ｓｉｚｅ（ｍｅｓｈ）??图２－２玉米秸秆粉粒度对压缩强度的影响??Ｆｉｇ．?２－２?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?ＳＰ?ｏｎ?ｔｈｅ?ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ?ｓｔｒｅｎｇｔｈ??图２－２分别从竖直和水平两个方向上显示了聚氨酯泡沫的压缩强度，以此衡量材料的力??学性能。从图中可以看出，在竖直方向上，加入秸秆粉末后材料压缩强度下降较大，可能是??因为秸秆粉颗粒破坏了材料的闭孔结构，增加了开孔率，对压缩强度产生一定的影响；且秸??杆作为一种高分子材料，聚合度大导致官能度小，使得材料的交联网状结构的交联度降低，??导致压缩强度降低；随着秸秆粉目数的改变，压缩强度有高有低，且幅度较小，说明秸秆粉??颗粒尺寸对材料的压缩强度影响不大

?２．２．３秸轩粉粒度对Ｓ－ＲＰＵＦ的ＬＯＩ影响??根据表２－３数据，玉米秸秆粉目数对Ｓ－ＲＰＵＦ的ＬＯＩ的影响如图２－３所示。??１９．６?－??１９．４?－?＾＾?＼??１９．２?－?＼??？１９０?？?／?＼??一?１８．８?－?／?■??３?．?／??１８．６?－?／??１８．４?－?／??１８．２?－?■??１８．０??１?＇?１?１?１?＇?１?＇?１???０?５０?１００?１５０?２００??ｓｉｚｅ?（ｍｅｓｈ）??图２－３玉米秸秆粉粒度对ＬＯＩ的影响??Ｆｉｇ．?２－３?Ｔｈｅ?ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ?ｏｆ?ｓｉｚｅ?ｏｆ?ＳＰ?ｏｎ?ｔｈｅ?ＬＯＩ??从图２－３可以看出，加入秸杆粉的Ｓ－ＲＰＵＦ的极限氧指数显著高于未加秸秆粉的纯??ＲＰＵＦ，所以加入秸奸粉降低了?ＲＰＵＦ的燃烧性能；随着目数的增加，极限氧指数呈上升趋??势，添加１６０目的玉米秸杆粉ＬＯＩ值达到最大，为１９．５?％，比未添加前ＲＰＵＦ的１８．２?％增??加了?５．５?％。玉米稻杆粉目数到２００目时，Ｓ－ＲＰＵＦ的ＬＯＩ值又降低了。??２．３本章小结??根据一步法制备了玉米秸杆粉复合硬质聚氨酯泡沫（Ｓ－ＲＰＵＦ），研究了秸秆粉目数对??硬质聚氨酯泡沫的表观密度、压缩强度、弯曲强度以及极限氧指数（ＬＯＩ）的影响。旨在探??讨制备硬质聚氨酯泡沫（ＲＰＵＦ）的过程中加入玉米秸秆粉的可行性，研究结果如下：将??４０、６０、８０、１６０、２００目的玉米秸秆粉，分别加入到制备ＲＰＵＦ体系的白料中，充分搅拌??后再与黑料混合反应
【参考文献】

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本文编号：2879560