本發(fā)明涉及一種聚氨酯海綿的表面改性技術(shù)，特別是涉及一種主要通過片狀材料表面涂覆來提高聚氨酯海綿阻燃性的技術(shù)，具體是涉及一種疏水阻燃聚氨酯海綿及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、柔性聚氨酯海綿具有良好的回彈性、透氣性、保溫性和密度低等性能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域，尤其是家具、包裝和建筑領(lǐng)域。然而，由于聚氨酯海綿的開孔結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和分子中大量碳?xì)滏湺问蛊錁O易燃燒，點(diǎn)火后會(huì)迅速燃燒且釋放出大量熱量，并伴隨著煙霧和有毒氣體的釋放，以及產(chǎn)生大量加速火災(zāi)蔓延的熔滴，對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成潛在威脅?，F(xiàn)行高端產(chǎn)業(yè)對(duì)聚氨酯海綿的阻燃應(yīng)用要求越來越高，提高聚氨酯海綿的防火性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、為了提高聚氨酯海綿的阻燃防火性能，通常將阻燃元素或化學(xué)品通過化學(xué)反應(yīng)或物理共混引入材料基體，燃燒時(shí)在氣相或凝聚相中通過稀釋可燃性氣體濃度、終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、阻隔傳熱傳質(zhì)等方式切斷燃燒要素，達(dá)到阻燃、抑煙和防熔滴滴落等目的。

3、反應(yīng)型阻燃劑，即在聚合物鏈上引入阻燃片段制備本征型阻燃聚氨酯海綿，目前已報(bào)道的方法存在合成工藝復(fù)雜、成本高、工業(yè)化困難和應(yīng)用受限等問題。

4、物理法，即在聚合物表面涂覆阻燃劑或制備過程中添加阻燃劑是目前提高聚氨酯海綿防火性能的主要策略，然而，添加型阻燃即阻燃劑和多元醇原料的物理共混通常需要高負(fù)荷的阻燃劑，這會(huì)影響聚氨酯海綿制備工藝中的發(fā)泡過程，并進(jìn)一步對(duì)最終聚氨酯海綿的孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)等性能產(chǎn)生不利影響。

5、通過阻燃涂層對(duì)聚氨酯海綿表面進(jìn)行處理是另一種常見的物理方法，如層層自組裝、等離子體技術(shù)或溶膠-凝膠處理等，但是，仍存在涂層制備工藝復(fù)雜，成本高，涂層耐久性和涂覆聚氨酯海綿力學(xué)性能差，原料存在毒性等亟待解決的問題。

6、總體來說，現(xiàn)有各種技術(shù)在提高聚氨酯海綿阻燃性能的同時(shí)，仍保持其原有回彈性、孔結(jié)構(gòu)、低導(dǎo)熱等性能仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

7、中國(guó)發(fā)明專利202010877140.2公開了一種雙親性聚氨酯海綿及其制備方法，使用海藻酸鈉和氯化鈣反應(yīng)生成的海藻酸鈣凝膠對(duì)聚氨酯海綿進(jìn)行改性，制備得的聚氨酯海綿既具備聚氨酯海綿良好的拉升斷裂強(qiáng)力、耐摩擦性能等優(yōu)良物理性能，且能夠?qū)λ陀投加休^好的親和性的高分子復(fù)合材料，在清潔和化工領(lǐng)域可以起到良好去污作用，擴(kuò)大了聚氨酯海綿的應(yīng)用范圍。但是該技術(shù)中所使用海藻酸鈉的分子鏈上含有大量的羥基和羧基，本身具有親水性，經(jīng)氯化鈣交聯(lián)后其親油性仍然相對(duì)較弱，而且僅用一種生物質(zhì)來源的親水海藻酸鹽改性劑，阻燃和耐候性差，易于吸水吸潮，腐爛變質(zhì)。

8、中國(guó)發(fā)明專利202210943347.4公開了一種阻燃慢回彈聚氨酯海綿，由如下質(zhì)量份數(shù)的組分組成：聚醚多元醇a：50-90份；聚醚多元醇b：10-50份；去離子水：2-5份；勻泡劑：0.15-0.35份；催化劑1：0.14-0.26份；催化劑2：0.2-0.5份；改性mdi：36.5-77份；該技術(shù)通過調(diào)節(jié)配方，所制備的海綿具有良好的透氣性、阻燃性和壓縮永久形變小的特點(diǎn)，其密度在35-75kg?m-3。原始聚氨酯海綿壓縮后能夠立即回彈，但該技術(shù)所制備的阻燃聚氨酯海綿回彈時(shí)間需要5-10秒，仍存在回彈性較差的問題，這可能與改性mdi的結(jié)構(gòu)和性能有關(guān)，進(jìn)而影響發(fā)泡工藝，并還對(duì)其力學(xué)性能等產(chǎn)生不利影響；同時(shí)該技術(shù)也還存在制備工藝復(fù)雜和原料具有毒性等問題。床墊、沙發(fā)等家具領(lǐng)域和包裝材料都需要聚氨酯海綿有良好的回彈性提供柔軟、舒適的觸感或者起到緩沖性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種疏水阻燃聚氨酯海綿及其制備方法，旨在使用廉價(jià)環(huán)保的原料，通過簡(jiǎn)單且可放大生產(chǎn)的表面浸涂法，制備出具有良好疏水阻燃性，同時(shí)還具有優(yōu)異回彈性、高孔隙率和低導(dǎo)熱性的阻燃聚氨酯海綿。

2、本發(fā)明另一目的在于提供所述的疏水阻燃聚氨酯海綿在建筑的隔熱保溫材料、包裝材料、家具填充物、減震材料、密封和過濾材料中的應(yīng)用。

3、本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

4、一種疏水阻燃聚氨酯海綿，由清洗干凈的聚氨酯海綿在混合浸涂液中擠壓到?jīng)]有氣泡產(chǎn)生并充分?jǐn)嚢杞莺蟾稍铮扔寐然}溶液交聯(lián)后干燥，再用聚二甲基硅氧烷疏水改性后加熱固化所得；所述的混合浸涂液由海藻酸鈉溶解于水中配置成海藻酸鈉水溶液，然后加入云母粉攪拌制得。

5、為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述的海藻酸鈉水溶液中海藻酸鈉的濃度為0.008～0.02g/ml。

6、優(yōu)選地，所述的混合浸涂液中云母粉的固含量為0.05～0.14g/ml，平均粒徑<20μm。

7、優(yōu)選地，所述的攪拌浸泡后干燥的干燥溫度為60～95℃，干燥時(shí)間為4～8小時(shí)；所述的交聯(lián)后干燥的干燥溫度為60～95℃，干燥時(shí)間為4～8小時(shí)；所述的疏水改性后加熱固化的溫度為85～100℃，時(shí)間為2～4小時(shí)；所述的在混合浸涂液中擠壓并充分?jǐn)嚢杞莺筮€包括超聲分散20～40min；所述擠壓到?jīng)]有氣泡產(chǎn)生并充分?jǐn)嚢璧臄嚢钑r(shí)間為2～4小時(shí)，轉(zhuǎn)速為100～200r/min。

8、優(yōu)選地，所述的氯化鈣溶液的濃度為0.008～0.015g/ml；所述交聯(lián)為攪拌交聯(lián)1～3小時(shí)。

9、優(yōu)選地，所述的聚二甲基硅氧烷疏水改性是由聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物在溶劑中溶解后和固化劑混合并攪拌均勻后形成混合溶液，并將交聯(lián)后的聚氨酯海綿浸入混合溶液中攪拌0.5～1.5小時(shí)，攪拌的轉(zhuǎn)速為100～150r/min。

10、優(yōu)選地，所述的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物(sylgard?184a，陶氏化學(xué)公司)在溶劑中的濃度為0.011～0.051g/ml；所述固化劑為sylgard?184b；所述的聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物與固化劑的質(zhì)量比為10:1；所述溶劑為甲苯、氯仿、環(huán)己烷和正己烷中的一種，優(yōu)選為環(huán)己烷或正己烷。

11、優(yōu)選地，所述的疏水阻燃聚氨酯海綿的孔隙率為88％～97％，水接觸角為120°～150°，導(dǎo)熱系數(shù)為0.03～0.09w?m–1k–1。

12、一種疏水阻燃聚氨酯海綿的制備方法，包括如下步驟：

13、1)海綿表面浸涂：配置海藻酸鈉水溶液，加入云母粉，攪拌分散，制得均勻混合浸涂液；然后將清洗干凈的聚氨酯海綿置于混合浸涂液中擠壓到?jīng)]有氣泡產(chǎn)生并充分?jǐn)嚢杞莺蟾稍铮?/p>

14、2)涂覆海綿的交聯(lián)：將步驟(1)中干燥后的海綿置于氯化鈣溶液攪拌交聯(lián)后干燥，得到交聯(lián)后的涂覆聚氨酯海綿；

15、3)涂覆海綿的疏水改性：配置聚二甲基硅氧烷預(yù)聚物溶液，加入固化劑，攪拌均勻，得到疏水改性液；將步驟(2)得到的交聯(lián)后的涂覆聚氨酯海綿浸入疏水改性液中并攪拌。

16、所述的一種疏水阻燃聚氨酯海綿在建筑的隔熱保溫材料、包裝材料、家具填充物、減震材料、密封和過濾材料制備中的應(yīng)用。

17、相對(duì)于現(xiàn)有阻燃聚氨酯海綿，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

18、1.本發(fā)明疏水阻燃聚氨酯海綿涂層制備所用的原料，包括具有優(yōu)異成炭能力的天然多糖海藻酸鈉和良好熱穩(wěn)定性的聚二甲基硅氧烷，以及不燃性天然礦物云母粉，它們均具有無(wú)毒，價(jià)格低廉易得等特點(diǎn)。

19、2.通過浸涂法來制備疏水阻燃聚氨酯海綿，其工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，該制備方法還適用于其他基材表面的阻燃改性，具有廣泛的適用性。

20、3.浸涂法所制備的疏水阻燃聚氨酯海綿的孔未被堵塞，仍具有較高的孔隙率和優(yōu)異的回彈性，以及良好的疏水性能和較低的導(dǎo)熱系數(shù)。

21、4.疏水阻燃聚氨酯海綿燃燒過程中表面可形成由云母粉和殘?zhí)繕?gòu)成的物理屏障，其極限氧指數(shù)可達(dá)到30％以上，總熱釋放量和總產(chǎn)煙量均明顯降低，具有離火自熄阻燃性能，并且在燃燒過程中無(wú)熔滴產(chǎn)生。

22、5.使用廉價(jià)環(huán)保的原料，通過簡(jiǎn)單且可放大生產(chǎn)的表面浸涂法，制備一種疏水阻燃聚氨酯海綿，在提高聚氨酯海綿的阻燃性能的同時(shí)，很大程度保持了原始聚氨酯海綿的多孔結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的回彈性、低導(dǎo)熱性和高孔隙率，其疏水浸潤(rùn)性能夠防水防潮，提高耐久性；所制備疏水阻燃聚氨酯海綿可應(yīng)用于建筑的隔熱保溫，床墊和沙發(fā)等家具，以及包裝材料等領(lǐng)域，能夠滿足現(xiàn)行高端產(chǎn)業(yè)對(duì)聚氨酯海綿的阻燃應(yīng)用要求，從而擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。