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溴碳聚氨酯阻燃材料的研究

作　者: 孙宁宁
导　师: 崔锦峰；杨保平
学　校: 兰州理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 四溴双酚A 溴碳树脂防火涂料阻燃弹性体钢结构
分类号: TU545
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

通过对国内外钢结构防火涂料、弹性体的现状分析研究,为解决材料的阻燃耐久性,通过分子设计和材料设计,合成了溴碳聚氨酯树脂并将该树脂用于钢结构防火涂料、聚氨酯弹性体中,制备了性能优异的阻燃材料,达到了长期高效的阻燃目的。以2,4-甲苯二异氰酸酯、四溴双酚A、聚乙二醇-400、三羟甲基丙烷为原料通过逐步加成合成了低分子量的四溴双酚A型聚氨酯预聚物,并借助红外光谱对其结构进行了表征。红外光谱表明,1071cm^-1、1062cm^-1处均出现了C-Br环振动峰,569cm^-1处出现了C—Br的特征伸缩振动峰。研究表明,四溴双酚A型聚氨酯预聚物的最佳合成工艺条件为:n（PEG-400）:n（TBA）:n（TMP）=1:2:1,n（NCO）:n（OH）=1.8:1,在60℃下反应1.5h后NCO值稳定。以羟值为50.2mgKOH/g、固含量为54.6%的羟基丙烯酸树脂为B组分,n（NCO）:n（OH）=1.1:1,得到的涂膜性能优异。其TG-DSC图谱表明,双组分溴碳聚氨酯树脂的失重主要集中290～600℃,600℃以后恒重,说明双组分溴碳聚氨酯树脂作为钢结构防火涂料的基料有很大优势。以自制的TBA型聚氨酯树脂为A组分,羟基丙烯酸树脂并配以聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇等助剂研磨分散后为B组分,A、B组分按一定比例混合后得到了常温固化的双组分聚氨酯钢结构防火涂料。分析研究了防火涂料各组分对防火涂料阻燃性能的影响,采用自制模拟燃烧试验装置对防火涂料的阻燃性能进行了测试,确定了防火涂料的最优配方,各项性能并与无溴聚氨酯防火涂料作对比。当涂层厚度为2.0mm时,涂层耐火极限可以达到150min,比无溴聚氨酯防火涂料的耐火极限提高了30min。以N-220、N-330、TBA和TDI为原料制备了一系列聚氨酯预聚物,并借助红外光谱对其结构进行了表征。红外光谱表明,1107cm^-1处为C-Br伸缩振动吸收的环振动峰,568cm^-1的吸收峰为C—Br的特征伸缩振动峰。以3,3’-二氯-4,4’-联苯二胺为交联剂,制备了一系列溴碳聚氨酯阻燃弹性体,并分析研究了聚合反应的温度、时间、物料配比、固化条件等因素对弹性体的力学性能、阻燃性能的影响,确定了最佳合成工艺。研究表明,当n（N-220）:n（N-330）:n（TBA）=0.53:0.22:0.25,异氰酸酯数R=2.0,反应温度在80℃左右,反应时间时4h,NH₂/NCO为0.9,固化温度在110℃固化2h后,弹性体的力学性能达到最佳,拉伸强度和断裂伸长率分别为12.9Mpa和480%,平均续焰时间为0s,平均续灼时间1s。溴碳聚氨酯阻燃弹性体的TG-DTA图谱表明,双组分溴碳聚氨酯树脂的失重主要集中290～600℃,600℃以后恒重,说明双组分溴碳聚氨酯弹性体具有一定的热稳定性。

全文目录

摘要  7-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-27
  1.1 引言  11-12
  1.2 钢结构防火涂料  12-19
    1.2.1 火灾条件下钢结构的特性  12-13
    1.2.2 钢结构防火保护的方法  13-14
    1.2.3 钢结构防火涂料  14-19
  1.3 聚氨酯弹性体  19-25
    1.3.1 国内外聚氨酯弹性体的发展概况  19-21
    1.3.2 聚氨酯弹性体的分类  21
    1.3.3 聚氨酯弹性体的结构与性能  21-23
    1.3.4 聚氨酯弹性体的应用  23-25
  1.4 阻燃材料发展趋势  25-26
  1.5 课题的提出与研究目的及意义  26-27
    1.5.1 研究目的及意义  26
    1.5.2 研究内容  26-27
第二章溴碳聚氨酯树脂的合成  27-37
  2.1 引言  27
  2.2 实验部分  27-30
    2.2.1 试剂和仪器  27-28
    2.2.2 溴碳聚氨酯树脂的合成原理  28-29
    2.2.3 实验过程  29-30
  2.3 结果与讨论  30-36
    2.3.1 加料方式对聚合物结构的影响  30-31
    2.3.2 单体用量对涂膜性能的影响  31-32
    2.3.3 不同异氰酸酯指数(R) 比对涂膜性能的影响  32
    2.3.4 预聚反应时间的确定  32-33
    2.3.5 不同固化剂对漆膜性能的影响  33-34
    2.3.6 NCO/OH的比例对吐沫性能的影响  34
    2.3.7 溴碳聚氨酯树脂的红外及TG-DSC 表征  34-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章溴碳聚氨酯超薄型钢结构防火涂料的研制  37-46
  3.1 引言  37
  3.2 实验部分  37-39
    3.2.1 实验用主要原材料  37-38
    3.2.2 实验仪器、设备  38
    3.2.3 防火涂料的制备  38
    3.2.4 钢结构防火涂料性能检测  38-39
  3.3 实验结果与讨论  39-45
    3.3.1 溴碳聚氨酯树脂用量对耐火时间及涂层性能的影响  39-41
    3.3.2 成炭催化剂的用量对耐火时间的影响  41-42
    3.3.3 发泡剂用量对耐火时间的影响  42-43
    3.3.4 成炭剂用量对耐火时间的影响  43
    3.3.5 Al(OH)_3 的用量对耐火时间的影响  43-44
    3.3.6 防火涂料最佳配方  44-45
    3.3.7 防火涂料检测结果  45
  3.4 本章小结  45-46
第四章溴碳聚氨酯阻燃弹性体的研制  46-55
  4.1 引言  46
  4.2 实验部分  46-49
    4.2.1 实验用主要原材料  46-47
    4.2.2 实验仪器、设备  47
    4.2.3 实验过程  47-48
    4.2.4 溴碳聚氨酯阻燃弹性体的性能检测  48-49
  4.3 实验结果与讨论  49-54
    4.3.1 溴碳聚氨酯预聚物的红外谱图及TG-DTA 曲线  49-50
    4.3.2 反应温度的选择  50
    4.3.3 反应时间的确定  50-51
    4.3.4 原料配比对弹性体性能的影响  51-53
    4.3.5 熟化条件对弹性体性能的影响  53-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章结论  55-57
参考文献  57-61
致谢  61-62
附录A ：攻读学位期间发表的论文  62

溴碳聚氨酯阻燃材料的研究

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