聚氨酯硬泡用含氮阻燃聚醚的制備及阻燃性能研究

朱國全，張繼倫，張 揚，齊春蕾，翟木艷

(1.山東理工大學 材料科學與工程學院，山東 淄博 255049；2.山東沂蒙博科新型建材有限公司，山東 淄博 255049)

聚氨酯硬泡材料具有十分良好的機械性能、物理性能、耐化學腐蝕性以及耐溶劑性等特征，并且被認為是一種優良的絕熱材料和結構性材料，對大多數基材具有著較好的粘結性，通常被廣泛地應用在外墻的保溫、石油化工管道的保溫、冰庫冰箱的保溫、太陽能的保溫等領域，已經成為很多領域不可或缺的材料[1-5]；但是，由于聚氨酯硬泡材料的結構疏松且多孔，沒有經處理的PU硬泡材料容易燃燒，故其阻燃性能成為了今后是否能被廣泛使用的關鍵所在[5-6]。通常，提高聚氨酯硬泡材料阻燃性能多采用添加型和反應型阻燃劑。一般添加型阻燃劑就是直接地添加無機阻燃劑(如氧化銻、多磷酸銨等)和有機阻燃劑(如含鹵、氮、磷等有機物)以達到改善阻燃效果的目的[7-8]；因為無機類阻燃劑不適宜聚氨酯硬泡材料的連續化生產且添加有限，故，限制了它的使用；而反應型阻燃劑就是通過化學鍵將阻燃元素與聚氨酯緊密地結合起來，故能有效地解決阻燃元素在聚氨酯硬泡材料中的遷移問題，具有較好的阻燃持久性，用途也較為廣泛[9-10]。本文采用含氮化合物與甲醛發生Mannich 反應制備了含氮阻燃聚醚，又進一步制備了阻燃聚氨酯硬泡材料，并對其阻燃性能進行了測試。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

尿素、三聚氰胺、甲醛水溶液(37%)、催化劑、聚醚4110、異氰酸酯、發泡劑、勻泡劑均為化學純；極限氧指數儀(LOI)：JF-3型氧指數儀，南京市江寧區分析儀器廠，樣品尺寸為120 mm×10 mm×10 mm，每個樣測3次。

1.2 含氮阻燃聚醚的制備

在裝有冷凝管的三口燒瓶中，按照摩爾比例加入尿素、三聚氰胺、甲醛，調pH值大于7，慢慢升溫至80～90℃，反應1～2 h，然后，抽真空去掉水分，得到含氮阻燃聚醚RPOLY。

1.3 阻燃聚氨酯硬泡的制備

在三口燒瓶中，按照質量比例，加入RPOLY、聚醚4110、催化劑、發泡劑、勻泡劑，然后，迅速攪拌10～15 s，再加入一定量的異氰酸酯，快速攪拌5～10 s，倒入不銹鋼模具中常溫固化，即得含氮阻燃聚氨酯硬泡材料。

2 結果與討論

2.1 阻燃聚醚含量對聚氨酯硬泡發泡性能的影響

從表1可以看出，隨著RPOLY含量的增加，發泡速度加快，凝膠時間縮短，聚氨酯硬泡的交聯密度增加。這可能是由于RPOLY含有伯羥基，反應活性較普通聚醚的仲羥基要高所致，且由于反應速度快，使得凝膠時間短，又因RPOLY的羥值高于普通聚醚，故形成硬泡后的交聯密度相應地提高[1]。

2.2 阻燃聚醚含量對聚氨酯硬泡材料極限氧指數的影響

從表2可以看出，隨著RPOLY含量的增加，聚氨酯硬泡材料的極限氧指數增加了。這可能是由于RPOLY含量增加使得聚氨酯硬泡材料的氮元素含量增加，而氮元素會促進膨脹碳層的形成，可釋放不燃的惰性氣體來稀釋可燃氣體，從而達到阻燃的目的。

表2 RPOLY 含量對聚氨酯硬泡材料極限氧指數的影響

3 結論

本文制備了含氮阻燃聚醚及阻燃聚氨酯硬泡材料。測試結果表明，隨著含氮阻燃劑含量的增加，聚氨酯發泡速度增加，凝膠時間縮短，硬泡的交聯密度增大，硬泡材料的極限氧指數提高了。