纳米二氧化钛接枝含磷阻燃剂在超临界CO2中的制备及其阻燃聚氨酯的研究

This project aims at a theoretic and quantitative study the mechanism of novel functional nanoparticles flame retarded polyurethane. Nanoparticles would generate aggregations in polyurethane and the flame retardancy efficiency is usually low. Silane coupling agents would be used to immobilize phosphate flame retardant onto the surface of titanium nanosheets(TNS) in supercritical CO2. The obtained phosphate immobilized titanium nanosheets could be used to improve the flame retardancy of polyurethane in gas phase and condense phase. Also TNS could reflect the infrared radiation, less heat could transfer back to the matrix. TNS could disperse better in the matrix because of the improved interfacial property. Better foam structure could be generated. The mechanical property of PUF could be enhanced. The flame retardant mechanism and char formation of the polyurethane incorporated with phosphate flame retardant immobillized TNS will be investigated. A new idea and method to improve the flame retardant property of polyurethane would be suggested.

本项目以研究新型功能纳米粒子阻燃聚氨酯机理为目标。针对纳米材料阻燃聚氨酯（PUF）时粒子在基体中容易团聚且阻燃效率低的问题，提出在超临界CO2中向片状纳米二氧化钛（TNS）表面接枝含磷阻燃剂的方法，制备含磷阻燃剂接枝率高的TNS功能纳米粒子，利用功能纳米粒子的气相和固相阻燃剂作用及TNS的红外反射作用，提高PUF的阻燃性能；改善TNS在基体中的分散性，增加泡孔成核密度，降低泡孔尺寸，提高材料的力学性能。研究表面接枝含磷阻燃剂的TNS对PUF降解过程与成炭情况的影响规律；明确改性TNS对PUF燃烧过程的影响机制，分析这种兼具气相和固相阻燃作用且具有红外反射作用功能粒子阻燃PUF的机理，提出改性PUF阻燃性能的新思路和新方法。

本项目设计并成功制备了一种磷杂菲在二氧化钛表面接枝率可达47%的功能纳米粒子，并将所得功能纳米粒子作为无卤阻燃剂添加到硬质聚氨酯泡沫和软质聚氨酯泡沫中，发现添加功能纳米粒子后聚氨酯泡沫材料的阻燃性能均有提高。研究了超临界二氧化碳的温度和压力、物料比例、反应时间等工艺对磷杂菲与硅烷的反应产物在纳米二氧化钛表面接枝率的影响，最终得到表面磷杂菲衍生物接枝量为47%的纳米二氧化钛，并用红外光谱、紫外光谱、固体核磁、光电子能谱等表征手段对所得纳米粒子的结构进行确表征。将所得纳米粒子添加到聚氨酯泡沫材料中，提高材料阻燃性能，并分析阻燃机理，为无卤阻燃聚氨酯泡沫材料的制备提供了新的研究思路，因此项目研究成果在无卤阻燃聚氨酯保温泡沫材料中拥有很好的应用前景。项目按计划进行，完成了预定的研究任务，实现了预定的研究目标。