硬質(zhì)聚氨酯保溫泡沫熱穩(wěn)定性受到的阻燃劑影響研究

張亮亮

【摘要】：通過(guò)對(duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料燃燒機(jī)理的研究，選擇合適的原材料，采用特殊的配方及生產(chǎn)工藝，研制生產(chǎn)的阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料，不僅具有優(yōu)良的物理機(jī)械性能，而且具有優(yōu)良的阻燃性能，在建筑和交通運(yùn)輸?shù)炔块T得到了廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：聚氨酯硬泡；聚醚多元醇；建筑；運(yùn)輸；阻燃；氧指數(shù)

聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料是一種性能優(yōu)越的高分子 合成材料，具有密度小、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、粘接性強(qiáng)、施工方便等特點(diǎn)。它既可作為絕熱保溫材料，又可作為結(jié)構(gòu)承重材料，廣泛應(yīng)用于建筑、交通運(yùn)輸、冰箱、冰柜、石油化工管道、航空軍用等諸方面。 隨著聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，人們也逐漸認(rèn)識(shí)到，提高聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的阻燃性是極為重要的。歐美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)建筑、交通運(yùn)輸?shù)炔块T，制定了嚴(yán)格的阻燃標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，具體規(guī)定了聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料在不同使用場(chǎng)合應(yīng)達(dá)到的阻燃等級(jí)。經(jīng)過(guò)科學(xué)家們多年的努力，聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的阻燃技術(shù)得到了迅速發(fā)展，國(guó)外已形成大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的生 產(chǎn)和應(yīng)用在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。

聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料本身是一種易燃性高分子材料，燃燒過(guò)程中，泡沫與火源接觸，溫度升高，達(dá)到一定的溫度時(shí)，泡沫就會(huì)發(fā)生熱降解，產(chǎn)生可燃性氣 體，氣體與空氣中的氧氣接觸發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)形成燃燒。燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的大量反應(yīng)熱又促使泡沫塑料繼續(xù)降解形成可燃性氣體，如此一直循環(huán)下去直到泡沫塑料燒完為止。泡沫的熱降解過(guò)程取決于泡沫本身的交聯(lián)類型、交聯(lián)密度及所含的其它成份等因素。 泡沫結(jié)構(gòu)中，不同交聯(lián)類型的熱穩(wěn)定性相差很大，異氰脲酸酯的熱穩(wěn)定性最好，在270℃時(shí)都不熱降解，氨基甲酸酯的熱降解溫度為150～200℃， 異氰脲酸酯>N·N—二取代脲>氨基甲酸酯>縮二脲>脲基甲酸酯。增加泡沫的交聯(lián)密度，將有利于提高泡沫的熱穩(wěn)定性，這是因?yàn)樵诰酆衔镎麄€(gè)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生徹底瓦解之前，必須使更多的鍵發(fā)生斷裂。 聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料常使用的助劑有催化劑和泡沫穩(wěn)定劑，催化劑大多為叔胺催化劑，研究表明，叔胺催化劑對(duì)泡沫的熱降解影響不大。而作為泡沫穩(wěn)定劑的硅油，燃燒的最終分解產(chǎn)物為二氧化硅，對(duì)泡沫的熱降解過(guò)程有催化作用。這是因?yàn)槎趸枘艽偈古菽尫懦龈嗟淖杂苫瑢?dǎo)致又一個(gè)相當(dāng)于熱輻射所裂解的自由基量，不再能被阻燃劑所捕獲，從而增加泡沫的燃燒。 聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的阻燃技術(shù)眾所周知，任何物質(zhì)的燃燒都必須具備3個(gè)條件，即可燃物、助燃物、著火點(diǎn)。要阻止物質(zhì)的燃燒，就必須除掉這3個(gè)要素中的1個(gè)或全部。聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的阻燃方法主要有以下3種： 添加阻燃劑在發(fā)泡原料中，添加不具有反應(yīng)活性、但具有阻燃作用的物質(zhì)，發(fā)泡成型后，這些物質(zhì)就均勻地分散在泡沫塑料中，起到阻止泡沫燃燒的作用。這是生產(chǎn)阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料最常用的方法之一。阻燃劑按形態(tài)分有固體阻燃劑和液體阻燃劑2種，固體阻燃劑因與組合聚醚的相溶性較差及對(duì)高壓發(fā)泡機(jī)有一定的磨損作用，而較少使用在聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的生產(chǎn)中。液體阻燃劑都為含磷或含鹵素型，具有一定的酸性及水解性，使用時(shí)應(yīng)注意其對(duì)設(shè)備的腐蝕及組合聚醚的存放穩(wěn)定性。 目前，聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料中使用較多的阻燃劑品種有TCPP、TCEP、DMMP等。通過(guò)試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，不同品種的阻燃劑，其阻燃效果各不相同。

一般來(lái)說(shuō)，阻燃元素含量高的阻燃劑阻燃效果較好。且不同種類的阻燃劑配合使用時(shí)，其阻燃效果要比它們中的任何一種單獨(dú)使用都要好，這就是說(shuō)，不同品種的阻燃劑之間存在著協(xié)同作用，利用這種協(xié)同作用可獲得較好的阻燃效果。不同阻燃劑阻燃性能對(duì)比，阻燃劑品種TCEPTCPPDMMP磷酸銨TCEP/DMMP 氧指數(shù) 2315 2315 2410 2415 2415 （2）阻燃劑的用量為15pbw/100pbw組合聚醚。 21212 在分子結(jié)構(gòu)中引入阻燃元素 在泡沫塑料的發(fā)泡原料中引入具有阻燃作用的 元素，如磷、鹵素等，發(fā)泡成型后，這些阻燃元素就嵌入泡沫塑料的分子結(jié)構(gòu)中，起到阻止泡沫塑料燃燒的作用。阻燃元素既可通過(guò)異氰酸酯引入也可通過(guò)聚醚多元醇引入，由于技術(shù)及成本等方面的原因，較少使用在異氰酸酯中引入阻燃元素的方法，目前僅有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家小批量生產(chǎn)阻燃型異氰酸酯且阻燃效果并不明顯。 在聚醚多元醇中引入阻燃元素的方法，在國(guó)內(nèi)外都得到了普遍使用，已有多種牌號(hào)的產(chǎn)品面市。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中，采用一種含磷化合物為起始劑合成了聚醚多元醇HBL212與普通聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料相比，聚異氰脲酸酯泡沫塑料具有耐熱性高，高溫尺寸穩(wěn) 定性好，耐火焰燒穿性好，發(fā)煙量低等特點(diǎn)。增加泡沫結(jié)構(gòu)中異氰脲酸酯結(jié)構(gòu)的含量，即發(fā)泡時(shí)提高異氰酸酯指數(shù)，有利于提高泡沫的阻燃性。 異氰酸酯指數(shù)與發(fā)泡制品氧指數(shù)關(guān)系 異氰酸酯指數(shù)110511281146117521032112 新型阻燃型助劑的使用 由于作為泡沫穩(wěn)定劑的硅油燃燒最終產(chǎn)物二氧化硅，對(duì)泡沫的熱必將進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)阻燃型硬泡的快速發(fā)展。

阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料的應(yīng)用 在建筑業(yè)中的應(yīng)用 由于阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料具有良好的阻燃性能、保溫性能及作為建筑材料所需的剛性，因而在建筑業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

在交通運(yùn)輸業(yè)中的應(yīng)用 交通運(yùn)輸業(yè)，是聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料另一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，出于安全防火的考慮，有關(guān)部門對(duì)應(yīng)用于交通運(yùn)輸業(yè)的聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料提出了嚴(yán)格的防火要求。阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料可作為各類空調(diào)或冷藏車船的保溫材料，也可用于制造各種冷藏集裝箱。另外，在液化天然氣船、化學(xué)品船等特種船舶中也有少量應(yīng)用。 其它方面的應(yīng)用 阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料在各類管道保溫和軍用航空領(lǐng)域也有應(yīng)用。在日本，在管道保溫中起支撐作用的管托，不僅需要具有優(yōu)良的保溫性能，而且氧指數(shù)需達(dá) ，美國(guó)在阿波羅登月計(jì)劃中，就使用阻燃型聚異氰脲酸酯硬質(zhì)泡沫塑料作為保溫材料。另外，在導(dǎo)彈、直升飛機(jī)制造等領(lǐng)域，阻燃型聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料也有廣泛的應(yīng)用。

結(jié) 語(yǔ)：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料需求也將會(huì)日益增大。

參考文獻(xiàn)：

[1]方秀華.國(guó)內(nèi)外聚氨酯泡沫塑料現(xiàn)狀及發(fā)展.全國(guó)聚氨酯行業(yè)協(xié)作組第七次年會(huì)論文集，洛陽(yáng)，1994年17頁(yè)

[2]沈渠身.聚氨酯工業(yè)，1988，（1）：8～11

[3]喬治·博卡德博士和曼福瑞德·科林克油表面活性劑.高施米特公司，聚氨酯添加劑，高阻燃要求之硬泡所用硅