棉籽油基硬质聚氨酯的阻燃性能研究

发布时间：2020-06-28 09:22

【摘要】：硬质聚氨酯由于其优异的隔热、隔音、耐磨等性能,被广泛应用在各行各业,成为新世纪发展最快的高分子材料之一。目前硬质聚氨酯行业主要存在两方面问题:一是硬质聚氨酯的极限氧指数只有16%-20%,属于易燃材料容易引发火灾事故;二是传统聚氨酯一般使用石油基聚醚多元醇和异氰酸酯反应得到,这使得硬质聚氨酯行业对石油资源的依赖也是不可避免的。本论文针对硬质聚氨酯存在的两大问题,合成了一种棉籽油基阻燃多元醇用于阻燃硬质聚氨酯。论文研究了以棉籽油为原料,通过环氧化、羟基化反应制备棉籽油多元醇工艺,并对工艺过程进行优化。详细研究了双氧水、甲酸、催化剂、反应时间对和反应温度对棉籽油环氧化反应产物性能的影响以及磷酸、叔丁醇、反应温度和反应时间对棉籽油多元醇产物性能的影响,通过正交试验确定了反应的最优条件。利用在最佳条件下制备的高品质棉籽油基多元醇部分替代市购石油基聚醚多元醇制备硬质聚氨酯并考察其阻燃性能。论文的试验结果如下:(1)从红外光谱分析中证实了棉籽油经过反应生成了产物环氧棉籽油。通过实验确定了最佳反应条件为:H_2O_2/C=C的摩尔比为1.5,HCOOH/C=C摩尔比为0.6,强酸阳离子树脂用量为8%反应温度为60℃,反应时间为7 h,在此条件下做验证试验,得到产物的环氧值为6.12%,碘值为4.58 g/100 g。(2)从棉籽油多元醇的红外光谱表征来看,磷酸参与了开环反应,且使环氧棉籽油完全开环。实验确定了合成棉籽油多元醇的最佳反应条件为:磷酸用量8%、叔丁醇添加量40%、反应温度55°C、反应时间1 h,在此反应条件下生成的棉籽油多元醇羟值为212.96 mg KOH/g,粘度为8700 mPa·s。(3)利用自制的带有阻燃元素磷的棉籽油多元醇和市购的石油基聚醚多元醇、异氰酸酯、发泡剂、稳定剂等材料制备了棉籽油基阻燃硬质聚氨酯。研究结果发现:当棉籽油多元醇替代量为40%时,相对于纯硬质聚氨酯,棉籽油基硬质聚氨酯的表观密度增大了1.64%,极限氧指数提高了4.9%,残炭率增加了2.17%,聚氨酯的垂直燃烧级别由V1提升至V0。通过扫描电镜分析可以发现,添加了棉籽油多元醇的硬质聚氨酯泡孔结构变得更加均匀紧凑,燃烧后的碳层表面的孔洞越来越少。测试结果表明棉籽油基阻燃硬质聚氨酯比纯硬质聚氨酯阻燃效果有明显的改善。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ323.8
【图文】：

植物油的结构示意图

技术路线图

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本文编号：2732846