本发明涉及阻燃材料及其制备方法，具体是一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料及其制备方法，属于阻燃材料技术领域。
背景技术：
聚氨酯常用于用于航空、铁路、建筑、体育等方面，聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物，聚氨酯泡有软泡和硬泡两种，其中聚氨酯硬泡体是一种具有保温与防水功能的新型合成材料，主要应用在建筑物外墙保温，屋面防水保温一体化、冷库保温隔热、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷库隔热材等，但是现有的聚氨酯泡沫存在很多问题或缺陷：
现有的聚氨酯泡沫的耐高温性较差，长期处于高温状态下容易产生形变，从而降低保温效果；现有的聚氨酯泡沫遇火会燃烧并分解，会产生大量有毒烟雾，极大地危害了人们的财产和生命安全；现有的聚氨酯泡沫虽有一定的强度，但是韧性较差，在有些场合下不能完全满足工程上的要求，容易在使用时断裂。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料及其制备方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，以重量份计，所述配方包括异氰酸酯原料：60～80份，低聚物多元醇原料：80～120份，发泡剂：20～35份，匀泡剂：2～3份，引发剂：3～5份，扩链剂：2～4份，交链剂：1～3份，植物原料：10～15份，环氧树脂5～10份，无机阻燃剂8～13份、阻燃填料25～30份、配合剂5～6份。
优选的，所述异氰酸酯原料为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物，所述甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为2.5：3：1.5。
优选的，所述低聚物多元醇原料为聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，所述聚酯多元醇和聚醚多元醇的质量比为1：2。
优选的，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠其中的一种或两种，所述均泡剂为聚醚改性有机聚硅氧烷。
优选的，所述引发剂为无机过氧化物引发剂，所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种，所述扩链剂为胺类扩链剂和醇类扩链剂中的一种。
优选的，所述植物原料为木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。
优选的，所述环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚a或多元醇的缩聚产物。
优选的，所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和红磷中的一种，所述阻燃填料为滑石粉、云母粉和硅灰石粉中的一种。
优选的，所述配合剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、着色剂、增塑剂和催化剂中的一种或多种。
一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
第一步、制备纤维素原料，将称量好的植物原料倒入亚硫酸盐溶液中进行蒸煮，使植物原料中的木素去除，得到亚硫酸盐浆，然后对亚硫酸盐浆进行漂白，进一步去除半纤维素，进行过滤后得到纤维植物原料，将纤维植物原料和无机酸混合后捣成浆状，制成纤维素粗料，再对纤维素粗料作部分解聚，然后再除去非结晶部分并提纯后获得纤维素原料。
第二步、制备纳米纤维素，向反应釜内加入盐酸、硫酸以及纤维素原料，将反应釜的温度控制在55摄氏度到65摄氏度之间，并搅拌50分钟到55分钟，经过多次离心后获得纳米纤维素悬浮溶液。
第三步、制备混合物料，将低聚物多元醇原料放入制备缸内，依次向制备缸内加入发泡剂、均泡剂、引发剂、扩链剂、纳米纤维素悬浮溶液以及适量的水，将制备缸的温度控制在120摄氏度到135摄氏度之间，并进行持续搅拌，当搅拌35分钟到40分钟时，再向制备缸内加入交链剂以及环氧树脂，并充分搅拌20分钟到30分钟，得到混合物料。
第四步、发泡，将异氰酸酯原料加入混合物料中，将制备缸的温度控制在100摄氏度到110摄氏度之间，并进行搅拌，在搅拌过程中将配合剂加入制备缸内，当混合物料搅拌至产生汽包后进行静置，静置时间控制在65小时到70小时之间。
第五步、固化定型，将模具送至烘箱内，把烘箱温度调至15摄氏度到20摄氏度，然后将发泡后的混合物料倒入模具中进行固化40分钟到65分钟，再将烘箱温度调至70摄氏度到95摄氏度，使发泡后的混合物料在高温下中进行固化3小时分钟到3.5小时，得到板材。
第六步、阻燃处理，在定型后的板材表面进行覆膜，然后将无机阻燃剂以及阻燃填料进行混合，得到混合涂料，然后将混合涂料均匀的涂抹在板材上，涂抹结束后将板材放置在常温下晾晒1.5小时到3小时，最后在对板材进行二次覆膜，得到成品。
本发明的有益效果是：
1、本发明在配方中添加有植物原料和环氧树脂，植物原料能够制作出纳米纤维素，纳米纤维素具有优良的成炭能力和增强效果，能够提高聚氨酯泡沫板材阻燃效果，而且力学性能优异，而环氧树脂具有优良的粘结性能、高模量、高强度和热稳定性能，并具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高、附着力强等特点，且价格适中，还能起到与纳米纤维素的“强迫互溶”和“协同效应”的作用，从而提高稳定性，实现性能互补；
2、本发明在配方中添加有无机阻燃剂和阻燃填料，无机阻燃剂以及阻燃填料进行混合后涂抹在聚氨酯泡沫板材，能够提高聚氨酯泡沫板材助燃能力，无机阻燃剂的环保性好，不释放烟雾，不产生有害和有争议的气体，且成本低廉，而阻燃填料能够对高聚物的稀释、蓄热、导热、降温、表面效应等；
3、本发明在制备过程中能够对聚氨酯泡沫板材进行不同的阻燃处理，在制作普通阻燃板材时，将混合涂料直接涂抹在板材表面，不进行覆膜处理，从而降低制作成本，在制作高级阻燃板材时，先对板材表面进行一次覆膜，并在混合涂料涂抹后进行二次覆膜，防止混合涂料脱落，保证阻燃效果。
附图说明
图1为本发明的制备工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，以重量份计，所述配方包括异氰酸酯原料：60～80份，低聚物多元醇原料：80～120份，发泡剂：20～35份，匀泡剂：2～3份，引发剂：3～5份，扩链剂：2～4份，交链剂：1～3份，植物原料：10～15份，环氧树脂5～10份，无机阻燃剂8～13份、阻燃填料25～30份、配合剂5～6份。
具体的，所述异氰酸酯原料为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物，所述甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为2.5：3：1.5。
具体的，所述低聚物多元醇原料为聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，所述聚酯多元醇和聚醚多元醇的质量比为1：2。
具体的，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠其中的一种或两种，所述均泡剂为聚醚改性有机聚硅氧烷。
具体的，所述引发剂为无机过氧化物引发剂，所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种，所述扩链剂为胺类扩链剂和醇类扩链剂中的一种。
具体的，所述植物原料为木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。
具体的，所述环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚a或多元醇的缩聚产物。
具体的，所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和红磷中的一种，所述阻燃填料为滑石粉、云母粉和硅灰石粉中的一种。
具体的，所述配合剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、着色剂、增塑剂和催化剂中的一种或多种。
一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
第一步、制备纤维素原料，将称量好的植物原料倒入亚硫酸盐溶液中进行蒸煮，使植物原料中的木素去除，得到亚硫酸盐浆，然后对亚硫酸盐浆进行漂白，进一步去除半纤维素，进行过滤后得到纤维植物原料，将纤维植物原料和无机酸混合后捣成浆状，制成纤维素粗料，再对纤维素粗料作部分解聚，然后再除去非结晶部分并提纯后获得纤维素原料。
第二步、制备纳米纤维素，向反应釜内加入盐酸、硫酸以及纤维素原料，将反应釜的温度控制在55摄氏度到65摄氏度之间，并搅拌50分钟到55分钟，经过多次离心后获得纳米纤维素悬浮溶液。
第三步、制备混合物料，将低聚物多元醇原料放入制备缸内，依次向制备缸内加入发泡剂、均泡剂、引发剂、扩链剂、纳米纤维素悬浮溶液以及适量的水，将制备缸的温度控制在120摄氏度到135摄氏度之间，并进行持续搅拌，当搅拌35分钟到40分钟时，再向制备缸内加入交链剂以及环氧树脂，并充分搅拌20分钟到30分钟，得到混合物料。
第四步、发泡，将异氰酸酯原料加入混合物料中，将制备缸的温度控制在100摄氏度到110摄氏度之间，并进行搅拌，在搅拌过程中将配合剂加入制备缸内，当混合物料搅拌至产生汽包后进行静置，静置时间控制在65小时到70小时之间。
第五步、固化定型，将模具送至烘箱内，把烘箱温度调至15摄氏度到20摄氏度，然后将发泡后的混合物料倒入模具中进行固化40分钟到65分钟，再将烘箱温度调至70摄氏度到95摄氏度，使发泡后的混合物料在高温下中进行固化3小时分钟到3.5小时，得到板材。
第六步、阻燃处理，将无机阻燃剂以及阻燃填料进行混合，得到混合涂料，然后将混合涂料均匀的涂抹在板材上，涂抹结束后将板材放置在常温下晾晒1.5小时到2小时，得到成品。
上述制备方法适用于制作普通阻燃板材。
实施例二：
一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，以重量份计，所述配方包括异氰酸酯原料：60～80份，低聚物多元醇原料：80～120份，发泡剂：20～35份，匀泡剂：2～3份，引发剂：3～5份，扩链剂：2～4份，交链剂：1～3份，植物原料：10～15份，环氧树脂5～10份，无机阻燃剂8～13份、阻燃填料25～30份、配合剂5～6份。
具体的，所述异氰酸酯原料为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物，所述甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为2.5：3：1.5。
具体的，所述低聚物多元醇原料为聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，所述聚酯多元醇和聚醚多元醇的质量比为1：2。
具体的，所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠其中的一种或两种，所述均泡剂为聚醚改性有机聚硅氧烷。
具体的，所述引发剂为无机过氧化物引发剂，所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种，所述扩链剂为胺类扩链剂和醇类扩链剂中的一种。
具体的，所述植物原料为木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。
具体的，所述环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚a或多元醇的缩聚产物。
具体的，所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和红磷中的一种，所述阻燃填料为滑石粉、云母粉和硅灰石粉中的一种。
具体的，所述配合剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、着色剂、增塑剂和催化剂中的一种或多种。
一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
第一步、制备纤维素原料，将称量好的植物原料倒入亚硫酸盐溶液中进行蒸煮，使植物原料中的木素去除，得到亚硫酸盐浆，然后对亚硫酸盐浆进行漂白，进一步去除半纤维素，进行过滤后得到纤维植物原料，将纤维植物原料和无机酸混合后捣成浆状，制成纤维素粗料，再对纤维素粗料作部分解聚，然后再除去非结晶部分并提纯后获得纤维素原料。
第二步、制备纳米纤维素，向反应釜内加入盐酸、硫酸以及纤维素原料，将反应釜的温度控制在55摄氏度到65摄氏度之间，并搅拌50分钟到55分钟，经过多次离心后获得纳米纤维素悬浮溶液。
第三步、制备混合物料，将低聚物多元醇原料放入制备缸内，依次向制备缸内加入发泡剂、均泡剂、引发剂、扩链剂、纳米纤维素悬浮溶液以及适量的水，将制备缸的温度控制在120摄氏度到135摄氏度之间，并进行持续搅拌，当搅拌35分钟到40分钟时，再向制备缸内加入交链剂以及环氧树脂，并充分搅拌20分钟到30分钟，得到混合物料。
第四步、发泡，将异氰酸酯原料加入混合物料中，将制备缸的温度控制在100摄氏度到110摄氏度之间，并进行搅拌，在搅拌过程中将配合剂加入制备缸内，当混合物料搅拌至产生汽包后进行静置，静置时间控制在65小时到70小时之间。
第五步、固化定型，将模具送至烘箱内，把烘箱温度调至15摄氏度到20摄氏度，然后将发泡后的混合物料倒入模具中进行固化40分钟到65分钟，再将烘箱温度调至70摄氏度到95摄氏度，使发泡后的混合物料在高温下中进行固化3小时分钟到3.5小时，得到板材。
第六步、阻燃处理，在定型后的板材表面进行覆膜，然后将无机阻燃剂以及阻燃填料进行混合，得到混合涂料，然后将混合涂料均匀的涂抹在板材上，涂抹结束后将板材放置在常温下晾晒2小时到3小时，最后在对板材进行二次覆膜，得到成品。
上述制备方法适用于制作高级阻燃板材。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的得同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他。
1.一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：以重量份计，所述配方包括异氰酸酯原料：60～80份，低聚物多元醇原料：80～120份，发泡剂：20～35份，匀泡剂：2～3份，引发剂：3～5份，扩链剂：2～4份，交链剂：1～3份，植物原料：10～15份，环氧树脂5～10份，无机阻燃剂8～13份、阻燃填料25～30份、配合剂5～6份。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述异氰酸酯原料为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的混合物，所述甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯的质量比为2.5：3：1.5。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述低聚物多元醇原料为聚酯多元醇和聚醚多元醇的混合物，所述聚酯多元醇和聚醚多元醇的质量比为1：2。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述发泡剂为碳酸钙、碳酸镁、碳酸氢钠其中的一种或两种，所述均泡剂为聚醚改性有机聚硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述引发剂为无机过氧化物引发剂，所述无机过氧化物引发剂为过硫酸钾、过硫酸钠和过硫酸铵中的一种，所述扩链剂为胺类扩链剂和醇类扩链剂中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述植物原料为木材、棉花、棉短绒、麦草、稻草、芦苇、麻、桑皮、楮皮和甘蔗渣等。
7.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述环氧树脂是环氧氯丙烷与双酚a或多元醇的缩聚产物。
8.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁和红磷中的一种，所述阻燃填料为滑石粉、云母粉和硅灰石粉中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料，其特征在于：所述配合剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、着色剂、增塑剂和催化剂中的一种或多种。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料得出的一种阻燃聚氨酯纳米纤维素增强材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
第一步、制备纤维素原料，将称量好的植物原料倒入亚硫酸盐溶液中进行蒸煮，使植物原料中的木素去除，得到亚硫酸盐浆，然后对亚硫酸盐浆进行漂白，进一步去除半纤维素，进行过滤后得到纤维植物原料，将纤维植物原料和无机酸混合后捣成浆状，制成纤维素粗料，再对纤维素粗料作部分解聚，然后再除去非结晶部分并提纯后获得纤维素原料；
第二步、制备纳米纤维素，向反应釜内加入盐酸、硫酸以及纤维素原料，将反应釜的温度控制在55摄氏度到65摄氏度之间，并搅拌50分钟到55分钟，经过多次离心后获得纳米纤维素悬浮溶液；
第三步、制备混合物料，将低聚物多元醇原料放入制备缸内，依次向制备缸内加入发泡剂、均泡剂、引发剂、扩链剂、纳米纤维素悬浮溶液以及适量的水，将制备缸的温度控制在120摄氏度到135摄氏度之间，并进行持续搅拌，当搅拌35分钟到40分钟时，再向制备缸内加入交链剂以及环氧树脂，并充分搅拌20分钟到30分钟，得到混合物料；
第四步、发泡，将异氰酸酯原料加入混合物料中，将制备缸的温度控制在100摄氏度到110摄氏度之间，并进行搅拌，在搅拌过程中将配合剂加入制备缸内，当混合物料搅拌至产生汽包后进行静置，静置时间控制在65小时到70小时之间；
第五步、固化定型，将模具送至烘箱内，把烘箱温度调至15摄氏度到20摄氏度，然后将发泡后的混合物料倒入模具中进行固化40分钟到65分钟，再将烘箱温度调至70摄氏度到95摄氏度，使发泡后的混合物料在高温下中进行固化3小时分钟到3.5小时，得到板材；
第六步、阻燃处理，在定型后的板材表面进行覆膜，然后将无机阻燃剂以及阻燃填料进行混合，得到混合涂料，然后将混合涂料均匀的涂抹在板材上，涂抹结束后将板材放置在常温下晾晒1.5小时到3小时，最后在对板材进行二次覆膜，得到成品。
技术总结