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环保聚氨酯阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-11-10 15:07:53
聚氨酯材料是目前国际上性能最好的保温材料。主链含—NHCOO—重复结构单元的一类聚合物 。英文缩写PU。由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基,不溶于非极性基团,具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围 (-50~150℃) 的材料 ,包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水解,亦不耐碱性介质。

常用的单体如甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯等。多元醇分3类:简单多元醇(乙二醇、丙三醇等) ;含末端羟基的聚酯低聚物,用来制备聚酯型聚氨酯;含末端羟基的聚醚低聚物,用来制备聚醚型聚氨酯。聚合方法随材料性质而不同。

合成弹性体时先制备低分子量二元醇,再与过量芳香族或者脂肪族异氰酸酯反应,生成异氰酸根(-NCO)为端基的预聚物,再同多元醇扩链,得到热塑弹性体;若用二元胺扩链并进一步交联,得到浇铸型弹性体。预聚物用肼或二元胺扩链,得到弹性纤维;异氰酸酯过量较多的预聚体与催化剂、发泡剂混合,可直接得到硬质泡沫塑料。如将单体、聚醚、水、催化剂等混合,一步反应即可得到软质泡沫塑料。单体与多元醇在溶液中反应,可得到涂料;胶粘剂则以多异氰酸酯单体和低分子量聚酯或聚醚在使用时混合并进行反应。

在阻燃剂无卤化呼声越来越高的今天,环保聚氨酯阻燃剂成为令人关注的热点之一。环保聚氨酯阻燃剂属于N2P系阻燃剂。

本文对环保聚氨酯阻燃剂的生产工艺、生产设备及成本等几个方面分别进行了阐述。该环保聚氨酯阻燃剂具有制备简单、能耗低、生产设备投资少、成本低、与环境友好等优点,符合世界阻燃剂的发展趋势。

近几年来,随着国内外防火安全标准的日益严格,以及人们防火意识的逐步提高,市场对环保聚氨酯阻燃剂的需求量逐年增加。

在环境对阻燃剂提出环保、安全等条件的形势下,阻燃剂无卤化的要求日益提高,N2P系阻燃剂作为一种无卤阻燃剂,不存在卤系阻燃剂的缺点,引起了人们的普遍关注。环保聚氨酯阻燃剂阻燃剂具有环保无毒、阻燃抑烟性好、一剂双效、成本低等优点。

实验室的合成方法为:在三口烧瓶里加入磷酸(工业级,85%),搅拌加热;向烧瓶里加入尿素,打开冷凝管,继续加热搅拌,使物料分布均匀;均匀加入催化剂,可以观察到混合物开始剧烈反应,发泡严重;继续加热,此时可适当加快搅拌速度;停止加热后,搅拌器继续工作几分钟;将反应物倒出,冷却固化,然后粉碎即可。



磷酸三(2-氯乙基)酯(阻燃剂TCEP)

工业制法有三种:三氯氧磷与氯乙醇反应;三氯化磷与氯乙醇反应再氧化;三氯氧磷与环氧乙烷反应(工业常用方法)。

1、三氯氧磷和环氧乙烷以偏钒酸钠为催化剂,在50℃反应,反应物经中和、水洗、真空脱水脱低沸物,即得成品。也可用氯乙醇做原料,与三氯氧磷或三氯化磷反应来制造磷酸三(2-氯乙基)酯。

2、将326 kg三氯氧磷和1.0 kg偏钒酸钠投入反应釜中。充氮驱尽反应釜中的空气,在真空下通入650 kg环氧乙烷,于45~50 ℃下搅拌2~3 h。蒸出过量的环氧乙烷后加碱中和至中性,水洗,真空脱水。得成品。

3.将三氯氧磷和偏磷酸钠投入反应釜中。充氮驱尽空气,在真空下通入环氧乙烷,于45~50℃下搅拌2~3h。蒸出过量的环氧乙烷后加碱中和至中性,水洗,真空脱水得成品。

磷酸三(2-氯乙基)酯(阻燃剂TCEP)用途:

1.磷酸三(2-氯乙基)酯具有极佳的阻燃性,优良的抗低温性及抗紫外线性,其蒸气只能在225℃以上用明火直接点燃方可燃烧,但移走火源则即刻自熄。以本品为阻燃剂不但可提高被阻燃材料的材料级别,而且可改善阻燃材料的耐水性、耐酸性、耐寒性及抗静电性。常用于阻燃以硝基纤维和醋酸纤维为基材的油漆涂料,不饱和聚酯、聚氨酯、丙烯酸酯、酚醛树脂等,也可用于软质聚氯乙烯的增塑阻燃剂。本品用于不饱和聚酯添加量为10%~20%,在聚氨酯硬泡沫塑料(以阻燃聚醚为原料)中可为10%左右,在软质聚氯乙烯中用作辅助增塑阻燃剂时为5%~10%。阻燃剂、铀、钍、钚、锝等稀有金属的分离溶剂或萃取剂。

2.本品广泛用于化纤织物、醋酸纤维素作阻燃剂,除具有自熄性外,还可改善耐水性、耐寒性及抗静电性。一般用量5~10份。本品为合成材料的优良阻燃剂,兼具有良好的增型作用,广泛用于醋酸纤维素、硝基纤维清漆、乙基纤维素、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯、酚醛树脂等,所制得的产品除具有自熄性外,还可改善制品的物理性能,制品手感柔软,也可称为石油添加剂和稀有元素的萃取剂,并且还是阻燃橡胶输送带的主要阻燃材料,一般添加量为5%~10%。

3.用作添加型卤代磷酸酯类阻燃剂和增塑剂。分子中同时含磷和氯,阻燃效果显著,不易挥发及水解,对紫外线稳定性好。适用于酚醛树脂、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯、聚氨酯等。也用作硝酸纤维素涂料的阻燃剂、聚氯乙烯阻燃性增塑剂、金属萃取剂、汽油添加剂及聚酰亚胺加工助剂等。能够改善耐水性、耐候性、耐寒性、抗静电性。参考用量5%~20%.


催化剂在反应中有催化反应并控制反应程度的 双重功效。由于催化剂的作用,磷酸与尿素的反应条件比较温和,需要的最高反应温度在138℃左右,完成整个聚合过程只需要40min左右,而且不需要专门的密闭生产设备。

工业生产BL2环保聚氨酯阻燃剂需要对现有的不锈钢脲胶反应釜进行简单的改进。

(1)增加快速有效的强制水循环冷凝系统 加入催化剂以后,物料反应剧烈,发泡严重,虽然一般情况下不会发生溢料情况,但备有冷凝系统可在特殊情况下快速冷却反应物料,以免发生喷料现象。

(2)扩大尾气排放管道,增加氨吸收系统 高温下尿素会迅速分解,排放出大量的气体,如果排气管道不够大,大量气体无法排出则会使反应釜内压力增大,容易发生溢料现象,因此需要扩大排气管道。此外因为排出的气体里有很多氨气,为避免污染环境,可设置氨吸收系统。

(3)增加温度监控系统 这样可方便快捷地知道反应釜内的温度,以便到达相应温度时向反应釜内加入尿素和催化剂,还可以通过温度监控系统来有效控制反应程度。

加热系统和搅拌器也需要进行局部改进。改造不锈钢脲胶反应釜的费用很少。如果要生产液体阻燃剂,还需要增设通向反应釜内的加水管。此外,还可以进一步增设釜内压力和反应物pH值的显示系统,这样可更好的控制所生产阻燃剂的质量,当然也会相应增加一些设备改进费用。

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