聚氨酯泡沫塑料的阻燃

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1、2003中國聚氨酯行業(yè)整體淘汰ODS國際論壇論文集聚氨酯泡沫塑料的阻燃劉益軍柏松（江蘇省化工研究所南京210024）摘要：簡要介紹了對多孔性材料聚氨酯泡沫塑料進(jìn)行阻燃處理的重要性，并對各類阻燃劑的阻燃機(jī)理以及聚氨酯泡沫塑料阻燃研究領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行了介紹。較全面地綜述了改善軟質(zhì)和硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料阻燃性能的方法，包括：各種添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑的特點(diǎn)及使用效果，不同阻燃劑的協(xié)同作用，引入異氰脲酸酯基團(tuán)對硬泡阻燃性能提高，采用阻燃劑溶液浸漬開孔泡沫塑料等。關(guān)鍵詞：聚氨酯；泡沫塑料；阻燃劑；阻燃聚氨酯泡沫塑料由

2、于含可燃的碳?xì)滏湺?、密度小、比表面積大，未經(jīng)阻燃處理的聚氨酯是可燃物，遇火會燃燒并分解，產(chǎn)生大量有毒煙霧，給滅火帶來困難。特別是聚氨酯軟泡開孔率較高，可燃成分多，燃燒時(shí)由于較高的空氣流通性而源源不斷地供給氧氣，易燃且不易自熄。聚氨酯泡沫塑料的許多應(yīng)用領(lǐng)域如建筑材料、床墊、家具、保溫材料、汽車座墊及內(nèi)飾材料等，都有阻燃要求。國外對聚氨酯泡沫材料的阻燃相當(dāng)重視，頒布了許多有關(guān)阻燃的法規(guī)和阻燃標(biāo)準(zhǔn)。在我國，對用于飛機(jī)、輪船、鐵路車輛、汽車、其它重要場所及設(shè)施的聚氨酯泡沫，先后都提出了阻燃要求，且很多已采用了阻燃級聚氨

3、酯泡沫[1]。所謂阻燃，實(shí)際上指達(dá)到某種規(guī)范或某種試驗(yàn)方法的一個(gè)具體標(biāo)準(zhǔn)，塑料的“阻燃”或“難燃”一般只是對于小火而言，在大火中仍能燃燒。不過阻燃性能好的泡沫塑料遇小火年自熄，不易引起火災(zāi)；在火災(zāi)中，由于燃燒性能的降低，可降低火災(zāi)蔓延及產(chǎn)生刺激性有毒煙霧的危險(xiǎn)。已有大量的文獻(xiàn)綜述阻燃劑在聚氨酯泡沫塑料中的應(yīng)用[1～3]，現(xiàn)根據(jù)部分文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對聚氨酯泡沫塑料的阻燃技術(shù)作一簡單的綜述。1阻燃原理一般，通過添加阻燃劑提高泡沫塑料的阻燃性，以延緩燃燒、阻煙甚至使著火部位自熄。也可采用含阻燃元素的多元醇(即反應(yīng)型阻燃劑)

4、為泡沫原料。阻燃劑必須具有以下一種或數(shù)種功能：能在著火溫度或接近著火溫度下吸熱分解成不可燃物質(zhì)；能與泡沫燃燒產(chǎn)物反應(yīng)生成不易燃物質(zhì)；可分解出能終止泡沫自由基氧化反應(yīng)的物質(zhì)。在聚氨酯泡沫中，含磷阻燃劑主要在凝聚相發(fā)揮作用，磷化物可以消耗泡沫塑料燃燒時(shí)分解出的可燃?xì)怏w，使其轉(zhuǎn)化成不易燃燒的炭化物，泡沫體中磷(P)含量達(dá)1.5%左右時(shí)即可獲得較佳的阻燃效果。含鹵素阻燃劑主要在氣相中發(fā)揮作用，鹵素是泡沫塑料燃燒反應(yīng)的鏈終止劑，在塑料燃燒時(shí)生成鹵化氫而抑制燃燒反應(yīng)。據(jù)有關(guān)資料，為使泡沫獲得較滿意的阻燃性能，泡沫體中溴(B

5、r)質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)達(dá)12%～14%，或氯(Cl)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)18%～20%。當(dāng)磷-鹵聯(lián)用時(shí)，由于存在一定的協(xié)同效應(yīng)，故0.5%P＋(4%～5%)Br或1%P＋(8%～12%)Cl即可使聚氨酯泡沫具有自熄性[1]。典型的磷-氮阻燃體系可由聚磷酸銨和三聚氰胺等組成，在泡沫受熱初期，阻燃劑分解產(chǎn)生磷酸等，它與多羥基化合物形成具有阻燃作用的磷酸酯并釋放水蒸氣；在高溫下泡沫中的阻燃劑氣化產(chǎn)生不燃性氣體，使熔融的泡沫炭化形成疏松的多孔性阻燃層。氫氧化鋁中含有大量的結(jié)晶水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)可高達(dá)34％)，結(jié)晶水在泡沫塑料生產(chǎn)過程中很穩(wěn)定，

6、但在泡沫塑料燃燒溫度時(shí)將快速分解，吸收燃燒熱，并在火源和泡沫間形成不燃性的屏障，從而起到阻燃作用。同時(shí)，它也是一種煙氣抑制劑。2添加阻燃劑制備阻燃泡沫塑料1312003中國聚氨酯行業(yè)整體淘汰ODS國際論壇論文集人們發(fā)現(xiàn)，含磷、氮、鹵素、銻、鋁、硼等元素的塑料制品具有較好的阻燃性能。一般可通過在制備聚氨酯泡沫塑料時(shí)在發(fā)泡配方中添加阻燃劑，使聚氨酯泡沫塑料具有一定的阻燃性能。選擇阻燃劑，除了要考慮它對制品的阻燃效果(包括長期阻燃效果、遇火時(shí)的煙霧性等)，還需考慮加入阻燃劑對發(fā)泡工藝的影響，以及對制品物性的影響。用于

7、聚氨酯的阻燃劑有非反應(yīng)性添加型阻燃劑及反應(yīng)型阻燃劑兩類。2.1添加非反應(yīng)性阻燃劑聚氨酯泡沫的阻燃劑以液態(tài)阻燃劑為主。液體阻燃劑主要是含磷、氯、溴元素的有機(jī)化合物，如三(2-氯丙基)磷酸酯(TCPP)、三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)、三(二氯丙基)磷酸酯(TDCPP)、四(2-氯乙基)亞乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯(DMMP)、多溴二苯醚，等等。固態(tài)阻燃劑如三聚氰胺、三氧化銻、氫氧化鋁、硼酸鹽、聚磷酸銨、三(2,3-二溴丙基)異三聚氰胺酯等也用于聚氨酯泡沫塑料的阻燃[1]。2.1.1添加液態(tài)有機(jī)阻燃劑在聚氨酯

8、泡沫塑料中應(yīng)用最早而且成本經(jīng)濟(jì)的品種是TCEP。它容易遷移和揮發(fā)，阻燃持久性較差。為了減少揮發(fā)損失，可選用多氯化(多)磷酸酯和高分子量的齊聚磷酸酯，如三(二氯丙基)磷酸酯和鹵代雙磷酸酯。在硬泡配方中加入20％以內(nèi)的三(2,3-二氯丙基)磷酸酯，可使硬泡的氧指數(shù)達(dá)26；添加15％該阻燃劑可使軟泡的阻燃性能達(dá)到UL94HF-1或ASTMD1692阻燃要求[4]。鹵代雙磷酸酯是聚氨酯泡沫塑料