聚氨酯泡沫制備及阻燃性研究

陳嬌

摘 要：為了減少聚氨酯泡沫的火災隱患，論文在加入不同種類不同配比阻燃劑制備聚氨酯泡沫的基礎上，采用JCY-2煙密度儀測試其產煙量的變化，以探討阻燃劑對聚氨酯泡沫燃燒性的影響，從而為具體的現場應用提供理論參考。

關鍵詞：聚氨酯泡沫;聚磷酸銨;氫氧化鋁;阻燃性

聚氨酯泡沫是一種高分子合成材料，應用十分廣泛，但聚氨酯泡沫在火災時能放出使人窒息死亡的有毒氣體，特別是近年來，由此產生的重大人員傷亡事故時有發生。因此，研究聚氨酯泡沫的阻燃性非常有必要。

1 聚氨酯泡沫制備

聚氨酯泡沫的制備方法分為預聚體法、半預聚體法和一步法三種。本實驗主要采用一步法。一步法發泡即是將聚醚或聚酯多元醇、多異氰酸酯、水以及其他助劑如催化劑、泡沫穩定劑等一次加入，使鏈增長、氣體發生交聯等反應在短時間內幾乎同時進行，在物料混合均勻后，1～10秒即行發泡，0.5～3分鐘發泡完畢并得到具有較高分子量一定交聯密度的泡沫制品。要制得泡沫孔徑均勻和性能優異的泡沫，必須采用復合催化劑、外加發泡劑和控制合適的條件，使三種反應得到較好的協調。在聚氨酯泡沫制備過程中主要發生如下反應：①預聚體的合成：由二異氰酸酯與聚醚或聚酯多元醇反應生成含異氰酸酯端基的聚氨酯預聚體;②氣泡的形成與擴鏈：異氰酸根與水反應生成的氨基甲酸不穩定，分解生成胺與二氧化碳，放出的二氧化碳氣體在聚合物中形成氣泡，并且生成的端氨基聚合物可與異氰酸根進一步發生擴鏈反應得到含脲基的聚合物;③交聯固化：異氰酸根與脲基上的活潑氫反應，使分子鏈發生交聯，形成網狀結構。

1.1 制備流程

物料稱重→物料混合→攪拌→加入發泡劑→發泡成型。

1.2 制備原材料及配方

聚氨酯泡沫基本成分（即骨料）如下：三乙醇胺3g;三乙烯二胺2g;硅油1.3～1.5g;聚醚10g;異氰酸酯10g。為了分析氫氧化鋁和聚磷酸銨（Ammonium Polyphosphate，簡稱APP）對聚氨酯泡沫燃燒性能的影響，分別制備加入不同質量氫氧化鋁和APP的聚氨酯泡沫，具體配比如下：

2 聚氨酯泡沫阻燃性實驗

2.1 阻燃機理

氫氧化鋁的阻燃機理包括碳化、隔離、稀釋和冷卻四個方面。APP的阻燃機理：APP遇熱分解后生成聚多磷酸（強脫水劑），促使有機物表面脫水碳化。遇熱膨脹，非揮發性磷的氧化物及聚磷酸對基材表面進行覆蓋，隔絕空氣從而達到阻燃的目的。

2.2 實驗儀器原理

實驗主要采用JCY-2煙密度儀測試加入不同種類不同配比的阻燃劑后，聚氨酯泡沫產煙量的變化，以探討阻燃劑對聚氨酯泡沫產煙量和燃燒速度的影響，從而反應出聚氨酯泡沫加入阻燃劑后，燃燒性能的變化。一定的光束穿過煙場后，其強度會產生一定的衰減，這就是所謂煙氣的遮光性。設I0為由光源射入長度給定空間的光束的強度，I為該光束由該空間射出后的強度，則比值I/I0稱為該空間的透射率。若該空間沒有煙塵，射入和射出的光強度幾乎不變，及透射率等于1。

2.3 試驗步驟

①按要求校正試驗裝置，將聚氨酯泡沫剪切成標準樣品【（25.4+0.3）mm×（25.4+0.3）mm×（6.2+0.3）mm】;②關閉所有排煙口，打開丙烷氣閥并立即點燃本生燈，把丙烷氣的工作壓力調至210kPa;③將試樣平放在試樣支架的鋼絲格網上，其位置應處于本生燈轉入測試狀態時、燃燒火焰能對準試樣下表面的中心位置處;④按下“測試”鍵、關閉煙箱門;顯示窗立即顯示測試的時間值和此時對應的煙密度值;⑤同一種試樣共做三次平行試驗。

3 實驗結果分析與結論

圖1表示的是聚氨酯泡沫加入APP后的煙密度等級（實線），虛線表示的是煙密度等級變化趨勢;圖2表示加入氫氧化鋁后聚氨酯泡沫煙密度等級。結合試驗過程，分析圖1、圖2得以下結論：①在聚氨酯泡沫制備過程中添加APP阻燃劑，能起到一定阻燃效果，且該材料發煙量對比空白對照組沒有明顯改變;在制備方面，APP阻燃劑不影響聚氨酯泡沫發泡制備;②在聚氨酯泡沫制備過程中添加氫氧化鋁，同樣起到一定阻燃效果，但不如添加APP阻燃劑效果明顯;另外，添加氫氧化鋁阻燃劑會影響聚氨酯泡沫的發泡制備，難以成型。

綜上所述，在運用一步法制備聚氨酯泡沫過程中，APP阻燃劑相對于氫氧化鋁阻燃劑的各方面性能更優。

參考文獻：

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