阻燃聚氨酯材料的研究現狀

郭嘉昒 馬 慧 李為民 呂利剛

1四川科技職工大學安全工程系 （四川成都 610101）2中北大學化工與環境學院 （山西太原 030051）

聚氨酯是一種由多異氰酸酯和多元醇反應并具有若干個氨基甲酸酯鏈段的有機高分子材料。聚氨酯材料具有優異的柔韌性、粘接性、耐磨性及耐低溫性等諸多優點。聚氨酯材料在新材料工業中占有十分重要的地位，廣泛應用于航天、汽車、建筑、涂料、紡織、皮革、家具、家電、包裝、軍工等領域[1]。但是，未經阻燃處理的聚氨酯材料遇火會燃燒分解，并釋放出大量有毒有害氣體，存在著一定的安全隱患。因此，聚氨酯材料的阻燃研究十分迫切和必要，近年來，阻燃型聚氨酯逐漸成為聚氨酯材料研究的一個熱點領域。

1 國內外研究現狀

由于傳統鹵系阻燃劑帶來的環境問題難以解決，各國研究者開始尋求環境友好型阻燃劑，對含氮-磷有機化合物阻燃劑的研究較多。國內外的科研工作者對阻燃材料進行了廣泛的研究，目前已取得了不少的研究成果，現綜述如下。

王翠翠等[2]研究了2種無鹵阻燃劑，采用共沉淀法合成了有機改性的層狀雙氫氧化物(LDH)，通過X射線衍射（XRD）對其進行性能檢測。通過磷酸與三聚氰胺反應制備磷酸蜜胺鹽(MPP)，并將其作為插層劑制備磷酸蜜胺鹽-蒙脫土(MPM)，對蒙脫土進行了有機改性，用XRD對MPM的結構進行了分析表征。制備了水性聚氨酯-層狀雙氫氧化物納米復合材料，并對其氧指數進行了測試。實驗結果表明，納米混合阻燃劑能明顯提高水性聚氨酯的阻燃性能。

王娜等[3]用 DOPO（9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物）對介孔分子篩MCM-41進行表面改性，將改性后的MCM-41作為阻燃劑與聚磷酸銨（APP）、季戊四醇（PER）及三聚氰胺（MEL）復配阻燃劑，研究了添加改性MCM-41對聚丙烯（PP）的阻燃性能、力學性能和熱性能的影響。結果表明，添加少量DOPO改性分子篩即可顯著提高PP的阻燃性能，當改性分子篩的添加量為1%時，阻燃PP的氧指數為32.6，比純PP提高91.76%；熱重分析（TGA）、動態熱機械能分析和掃描電鏡分析的結果表明，添加少量的改性分子篩MCM-41可催化APP/PER/MEL間的酯化反應，促進體系成炭，形成更緊密的炭層，從而提高材料的阻燃性能。

崔錦峰等[4]以DOPO和順丁烯二酸酐(MA)為原料合成含磷單體DOPOMA，將其與二元酸、二元醇進行縮聚反應，得到側鏈含磷的端羥基飽和聚酯，再將其與甲苯二異氰酸酯（TDI）反應合成含磷阻燃熱塑性聚氨酯彈性體。采用紅外光譜分析（FT-IR）、熱重分析、極限氧指數（LOI）、掃描電子顯微鏡（SEM）等方法對含磷高聚物的結構、熱穩定性、成炭能力等進行了分析。結果表明，隨著磷含量的增加，極限氧指數值逐漸增大，分解溫度逐漸提高，殘炭率逐漸增大，燃燒炭層趨于致密。

馬慧等[5]利用聚氧化丙烯二醇、聚四亞甲基醚二醇和1,6-亞乙基二異氰酸酯、三羥甲基丙烷及納米氫氧化鎂、偶氮二磷酸酯及聚磷酸銨制備了聚氨酯彈性體。通過正交試驗優化各組分配比及用量，并分析測試其物理性能和燃燒性能。結果表明，優化配方制備的聚氨酯彈性體具有良好的阻燃性能以及力學性能。

邢亞琳等[6]基于磷-氫鍵與羰基加成反應制備了3種反應型阻燃劑2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧雜磷雜環己基)-2-丙醇（DMTO）、2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧雜磷雜環己基)-2-苯乙醇（RLGL）和 2,4,8,10-四氧雜-3,9-二磷雜[5.5]十一烷-3,9-二氧-3,9-二異丙醇（DPDM），然后將3種反應型阻燃劑添加到聚氨酯中，并分析測試了阻燃性能。實驗結果表明，3種阻燃劑促進聚氨酯成炭的效果顯著，聚氨酯極限氧指數達到26%。

鄧前軍等[7]以二異丙醇胺、亞磷酸二乙酯及多聚甲醛為原料，制備了反應型阻燃劑N,N-二（2-羥異丙基）氨甲基膦酸二乙酯（HPAPE），并利用正交試驗得到了合成HPAPE的最優條件。利用極限氧指數和垂直燃燒法測試了HPAPE阻燃聚氨酯的性能。結果表明，HPAPE對聚氨酯具有明顯的阻燃效果，阻燃聚氨酯的極限氧指數達到26.2%。

馮濤等[8]以蓖麻油、雙酚A聚酯二元醇、磷酸酯、氫氧化鋁、液化改性二苯基甲烷二異氰酸酯、多亞甲基多苯基異氰酸酯為主要原料，制備了一種雙組分聚氨酯結構膠，并研究了聚酯多元醇、阻燃增塑劑和阻燃填料等對結構膠阻燃性能和力學性能的影響。結果表明，該阻燃型雙組分結構膠各項性能優異，可以達到高速動車組車身部分結構粘接的要求。

彭華喬等[9]以苯甲醛、三氯氧磷、硫氰酸鉀、聚磷酸銨及新戊二醇等為主要原料，合成了新型阻燃劑PNSFR，并將其應用于聚氨酯材料的阻燃改性，通過紅外和核磁對阻燃結構進行了表征，測試了阻燃及力學性能。結果表明，新合成的阻燃劑PNSFR能顯著提高聚氨酯材料的阻燃性能，但其力學性能略有降低。

Lorenzetti等[10]以3,4-二甲基吡唑磷酸鹽、聚磷酸銨、磷酸鋁和磷酸三乙酯為阻燃劑，使用熱重-紅外(TGA-FTIR)聯用技術，研究了不同價態含磷阻燃劑阻燃聚氨酯材料的性能。結果顯示：當阻燃劑分解溫度與純聚合物分解溫度范圍相同時，磷氧化態的影響變得重要。在這種情況下，在較低的磷氧化態［P(+1)］時，其氣相和固相作用同時被觀察到；而在較高的磷氧化態［P(+5)］下，僅觀察到固相作用。

Joanna等[11]使用N,N'-二（亞甲基環氧基-2-羥乙基）脲和硼酸衍生物制備了1種含硼反應型阻燃多元醇。研究發現，硼酸鹽作為多元醇組分的應用以及同時作為聚氨酯泡沫配方中的阻燃劑是非常有利的。與標準泡沫體相比，所制備的聚氨酯泡沫體具有更低的脆性、更高的抗壓強度和閉孔含量，以及優良的阻燃性。

2 展望

阻燃聚氨酯材料已成為高分子材料研究與應用領域的熱點，聚氨酯阻燃材料研究不僅是當前安全生產和民用領域的迫切需求，而且對促進企事業單位生產安全、消除可能的火災隱患、保障廣大市民的生命財產安全具有重要的意義。隨著社會經濟的發展以及人們環保意識的逐漸增強，對于具有優良阻燃性能的新型高效環保聚氨酯阻燃材料的研究越來越受到重視；高效、無鹵、無毒、低煙、綠色環保將是今后阻燃聚氨酯材料的發展方向。