阻燃聚氨酯软质泡沫塑料研究

文章编号:100321545(2006)0320004203不同阻燃剂对聚氨酯软泡阻燃性能影响的研究张理平1,2,王　俏1,2(1.延安大学化工学院,陕西延安　716000;2.陕西省化学反应工程重点实验室,陕西延安　716000)摘要:以不同系的多种阻燃剂添加于聚氨酯软质泡沫塑料(简称聚氨酯软泡),进行部分物性和阻燃性能的对比试验,结果表明,大分子量的含磷类阻燃剂对软泡阻燃效果最好,且对其物理性能影响较小。

关键词:聚氨酯;软质泡沫;阻燃剂中图分类号:TQ328.3 文献标识码:A收稿日期:2005212205作者简介:张理平,男,1960年生,副教授,主要从事化工工艺及材料研究 聚氨酯是一类分子链中含有氨基甲酸酯基团(-N HCOO -)的高聚物。

随着合成时原料、助剂及工艺条件的不同,可以合成性能各异的产品,诸如泡沫塑料、橡胶、涂料、黏合剂、弹性纤维等。

聚氨酯软质泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一,由于弹性好,比强度高及密度小等其它材料无可比拟的优点,被大量应用于家具、交通运输、地毯底衬及其它领域作垫材。

但聚氨酯软泡也有明显的缺陷,即易燃,存在着火危险性的问题。

美国、德国等许多国家规定所用的泡沫塑料一定要阻燃,并把材料的阻燃效果作为控制进口的条件[2]。

一些发达国家早已着手研究阻燃性聚氨酯泡沫塑料,并取得较大进展,从自熄型发展到难燃型[3,4],如德国BASF 公司介绍的EASY REST 座垫产品,其氧指数高达30%(一般聚氨酯软泡氧指数小于19%)[5]。

相比较而言,我国阻燃剂的发展起步较晚,阻燃剂生产开发还处于初步阶段,目前尚未形成完整的工业体系。

随着聚氨酯软泡制品的大量应用以及国家和消费者对着火危险性的重视,加之对聚氨酯软泡实施阻燃难度较大,迫切需要针对提高聚氨酯软泡的阻燃性开展一些研究工作。

本文选取不同系的几种典型阻燃剂,对其在聚氨酯软泡上的作用进行了对比研究。

1　试验1.1　主要原料及助剂聚氨酯软泡原料及助剂:聚醚多元醇(VO 2RANOL 3010);异氰酸酯(Desrnodur T 80);泡沫稳定剂(L 580);锡催化剂(N IAX Catalyst D 19);胺催化剂(A 233);发泡剂(F 211)。

阻燃剂对软质聚氨酯泡沫塑料热解研究摘要：本文选用了磷系、氯系、硼系、氮系、磷-氮系阻燃剂通过浸渍的方式对软质聚氨酯泡沫进行处理，并利用热分析方法，对其热分解进行测试，结果发现，添加阻燃剂以后，软质聚氨酯泡沫的失重过程变得较为复杂，热分解反应的表观活化能有较大的影响，并发现六偏磷酸钠对聚氨酯软泡有较好的阻燃效果。

关键词：阻燃剂聚氨酯泡沫动力学参数1、前言聚氨酯泡沫塑料由于含可燃的碳氢链段、密度小、比面积大，未经阻燃处理的聚氨酯泡沫是可燃物，遇火燃烧并且分解，产生大量的有毒烟雾，给人员疏散和灭火带来很大的困难。

特别是聚氨酯软泡（FPUF）开孔率较高，可燃成分多，燃烧时由于较高的空气流通性而源源不断地供给氧气，易燃而不易自熄，极易造成群死群伤的重大火灾事故，例如2000年12月河南洛阳东都商厦特大火灾，由于员工进行违规电焊操作时电焊火花溅到库存海绵床垫、沙发等可燃物上，未能及时控制而蔓延到四楼娱乐城，造成309人中毒窒息死亡。

而目前随着经济的不断发展，聚氨酯泡沫的使用量大大增加，对聚氨酯软泡的阻燃要求也越来越迫切。

阻燃处理后聚氨酯泡沫塑料的分解行有何变化，分解机理有什么变化，目前未见系统的研究报道。

本文利用热分析技术，对多种阻燃剂对聚氨酯泡沫热分解的影响进行了研究。

2、实验部分 2.1 实验药品：聚磷酸铵，磷酸二氢钾，氯化铵，二氰二胺，磷酸二氢胺，三聚氰胺，硼砂，硼酸铵，六偏磷酸钠（均为化学纯）。

2.2 仪器：TGA/SDTA851e型热分析仪，瑞士梅特勒公司产。

2.3 实验方法：将聚氨酯软泡裁成长宽高均为50mm的形状，按40％的比例将阻燃剂分别溶解在蒸馏水中，将聚氨酯软泡放入上述溶液中，挤压浸泡约10min,挤掉多余的溶液，放入烘箱中在100℃的情况下进行烘干。

将聚氨酯软泡空白样品剪成碎末，用电子天平称取大约5mg放入标准坩埚中，调节热分析仪起始温度从50℃上升到700℃，升温速率为10℃/min，在氮气(30ml/min)气氛下进行实验分析。

软质聚氨酯泡沫塑料自燃原由及预防举措软质聚氨酯泡沫塑料是一种新式高分子资料，分子量为 2 000～ 4 000，密度为16～ 192kgPm3。

它是用甲苯二异氰酸酯 ( 简称 TDI) 与聚醚多元醇缩聚反响而合成，全称是聚胺基甲酯，俗称海绵。

因为其密度小，弹性好，隔音防震，乘坐安全舒坦，成型施工方便、价钱廉价特色，所以，它的应用范围十分宽泛，特别在家具、床具、运输、冷藏、建筑、绝热等行业使用十分广泛，已经成为不行缺乏的资料之一。

软质聚氨酯泡沫塑料是由二元或多元羟基化合物聚合而成的高分子化合物，在生产过程中多为放热反响，很简单产生自燃惹起火灾，并在焚烧过程中能放出一氧化碳、氰化物、甲醛等有毒气体，易造成人员伤亡。

可是，因为人们缺乏认识、掌握软质聚氨酯泡沫塑料在成型过程中的危险特征及其预防举措，最近几年来，在我国很多地域曾发生过屡似多次的重要火灾事例，给人民生命财富造成了重要的损失，教训十分深刻。

2软质聚氨酯泡沫塑料自燃原由软质聚氨酯泡沫塑料是经过化学反响而生成的。

反响鉴于两个主要化学组分聚醚多元醇和异氰酸酯，同时加入其余组分，包含水、一氟三氯甲烷、泡沫稳固剂、催化剂，这些物料在瞬时激烈高速混淆、反响，同时形成泡沫，这个过程放出大量热量。

泡沫塑料是一种多孔性资料，比表面积很大，泡沫边沿部分热量尚可发散出去，而中心部分的热量，因为泡沫保温成效较好，则较难移出，在正常反响中，它们放出的热量使泡沫块中心升到必定温度而达到熟化的目的。

但是，当原料不纯、含水量高，配方设计不合理，投料量不正确，在配料过程中，多加了水或活性催化剂，配比失调，或许搅拌不均等都会致使温度急剧高升而发生自燃。

其次，软质聚氨酯泡沫塑料在熟化过程中，因为还没有完整反响的物料仍在持续放热，若是车间内没有必定的排风装置，通风不良，会使泡沫塑料聚热不散，产生自燃。

别外，成型的软质聚氨酯泡沫塑料摆放互相紧贴，没有距离，也会散热不良，简单造成泡沫块中心焦化，甚至酿成火灾。

聚氨酯泡沫塑料的阻燃概述聚氨酯泡沫塑料是一种常用的塑料材料，由于其良好的绝缘性能和轻质化特点，被广泛应用于建筑、交通、电子等领域。

然而，聚氨酯泡沫塑料在火灾中容易引发火灾蔓延，因此需要进行阻燃处理，以提高其安全性能。

本文将介绍聚氨酯泡沫塑料的阻燃机制和常见的阻燃材料及方法。

阻燃机制聚氨酯泡沫塑料的阻燃机制是通过在其结构中引入阻燃剂，阻碍火焰的传播和热量的释放。

常见的阻燃剂包括无机阻燃剂和有机阻燃剂。

无机阻燃剂无机阻燃剂是指由无机化合物制成的阻燃剂，具有耐高温、低毒性等特点。

常见的无机阻燃剂包括氢氧化铝、氧化镁等。

这些无机阻燃剂通过吸热、隔热、氧化等作用，减缓聚氨酯泡沫塑料的燃烧速度，达到阻燃的效果。

有机阻燃剂有机阻燃剂是指由含有卤素、磷等元素的有机化合物制成的阻燃剂，具有良好的阻燃性能。

常见的有机阻燃剂包括溴系阻燃剂、磷系阻燃剂等。

这些有机阻燃剂通过分解生成惰性气体、抑制燃烧反应等方式，阻断聚氨酯泡沫塑料的燃烧过程。

阻燃材料及方法防火涂料防火涂料是一种常见的阻燃材料，可以在聚氨酯泡沫塑料表面形成一层防火涂层，减缓燃烧速度。

这种防火涂料通常采用含有阻燃剂的涂料，通过涂覆形成阻燃层，具有良好的阻燃效果。

阻燃添加剂阻燃添加剂是一种直接添加到聚氨酯泡沫塑料中的阻燃材料，可以提高整体的阻燃性能。

常见的阻燃添加剂包括阻燃剂粉末、阻燃剂颗粒等，通过均匀分散在聚氨酯泡沫塑料中，起到阻燃的作用。

阻燃改性阻燃改性是通过改变聚氨酯泡沫塑料的分子结构，引入阻燃元素或改变配方比例，提高其阻燃性能。

可通过增加阻燃剂的含量或加入阻燃改性剂等方式进行。

阻燃效果评价对于聚氨酯泡沫塑料的阻燃处理，常用的评价方法是根据阻燃效果对其进行等级划分。

国内常用的等级划分标准包括防火等级GB8624-2012和机械防火等级GB/T2408-2008。

根据这些标准，将阻燃的聚氨酯泡沫塑料分为不燃材料、难燃材料和易燃材料等。

结论聚氨酯泡沫塑料的阻燃是提高其安全性能的重要措施。

聚氨酯泡沫塑料的阻燃聚氨酯泡沫塑料是一种广泛应用于建筑、交通工具、电子电器、包装等领域的材料。

与传统的聚苯乙烯泡沫塑料相比，聚氨酯泡沫塑料具有更高的强度和较好的防潮、防水性能。

但是，聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能却较差，易引起火灾事故。

因此，在提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能方面，进行了大量的研究。

聚氨酯泡沫塑料的阻燃机理聚氨酯泡沫塑料的基础材料是聚异氰酸酯（Polyisocyanurate）。

在生产过程中，需要将异氰酸酯与多元醇反应，生成聚氨酯多元醇（Polyurethane）。

在加入膨胀剂后，聚氨酯多元醇开始氧化聚合反应，生成大量水和二氧化碳，从而形成泡沫结构。

然而，聚氨酯泡沫塑料在长时间高温的条件下，易引发燃烧。

由于聚氨酯泡沫塑料中含有大量的烃类有机物，燃烧后会产生大量有害气体，从而对环境和人体健康造成极大的危害。

因此，提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能，对于减少火灾事故和保护环境具有极其重要的意义。

提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能的方法1.添加阻燃剂在聚氨酯泡沫塑料的生产过程中，可以添加阻燃剂。

阻燃剂是一种可以减少燃烧或延缓燃烧的添加剂。

在实验室的测试中，添加阻燃剂确实能够显著提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能。

然而，阻燃剂的添加量过大会影响泡沫的物理性能，从而降低泡沫的强度和密度，使其难以正常使用。

因此，在实际应用中，需要选择合适的阻燃剂，准确控制添加量。

2.添加无机材料另一种提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能的方法是添加无机材料，如纳米氧化铝、纳米钛白粉等。

这些无机材料能够单独或者与阻燃剂共同作用，产生化学反应，从而减缓聚氨酯泡沫塑料燃烧的速度。

添加无机材料能够显著提高聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能，且不会对泡沫的物理性能产生不利影响。

3.改变聚氨酯的结构改变聚氨酯的结构也是提高聚氨酯泡沫塑料阻燃性能的一种方法。

例如，通过选择合适的异氰酸酯和多元醇，可以得到不同结构的聚氨酯，从而影响其燃烧机理和热分解性能。

同时，也可以通过改变材料的配方、工艺等方法来调整其物理性能和化学性能，从而提高其阻燃性能。

阻燃聚氨酯软质泡沫塑料研究介绍了国内外聚氨酯软质泡沫塑料的阻燃情况，阐述了聚氨酯的阻燃原理及方法，展望了其发展方向。

标签：阻燃；聚氨酯；泡沫塑料近年来，聚氨酯工业发展很快。

这是因为聚氨酯（PU）材料的性能优良，其软质泡沫塑料具有质轻、柔软、绝缘、透气、无毒、回弹性好、压缩变形小、耐湿、耐老化、耐油、耐有机溶剂、隔音、保温等多种优良特性，因此，广泛用于交通运输、建筑、装饰、工业设备、管道保温、轻工业、民用家具等领域，其用量约占整个聚氨酯材料产量的85%。

与其他有机高分子材料一样，聚氨酯是一种可燃性聚合物，特别是软质泡沫塑料，由于密度小、比表面积较大、绝热性好，其燃烧问题尤为突出。

我国聚氨酯软质泡沫应用范围越来越广，且在民航，交通运输、高层建筑、地下矿井、管道保温等方面对其提出了阻燃要求。

随着科学技术的不断进步以及人们对火灾防范意识的逐渐增强，软质聚氨酯泡沫的阻燃问题，将会受到越来越多的重视。

1 国内外研究概况由于PU软质泡沫塑料本身结构特殊，极易燃烧，燃烧时热释放量大，容易发生滴落现象；在生产过程中对发泡工艺条件要求高，添加阻燃剂往往会引起泡沫塌泡、开裂、粉化或回弹性等物理性能大幅度下降，丧失了本身所具有的优良性能。

所以，PU软质泡沫塑料属于阻燃难度很大的品种。

虽然国内外已对PU 软质泡沫塑料的阻燃性能进行了大量研究，但至今阻燃水平尚未达到满意的结果，因此，目前国内外均在进一步对它进行阻燃研究。

1.1 国外的研究概况PU软质泡沫塑料的火灾危险性早已引起很多国家的关注，对PU软质泡沫塑料都已提出了阻燃的要求，美国制定并颁布了FMVSS2302标准和家具燃烧试验标准CAL117，限制非阻燃泡沫塑料的生产和使用，到1978年，使用的泡沫几乎都为阻燃型产品。

英国要求用于家具和床垫的泡沫塑料都必须阻燃，1988年底宣布禁止非阻燃的普通泡沫塑料和高回弹泡沫塑料用于家具制品。

日本运输省81号文件对于客车的座、卧垫材规定都必须使用阻燃制品，要求氧指数26.5。

聚氨酯泡沫塑料火灾危险性分析及其阻燃技术的研究The Analysis of Polyurethane Foams Fire Risk and Research of the Fire-Proof Technology学科专业: 化学工程研究生: 王晓杰指导教师: 阮湘泉教授企业导师：马中全 高工天津大学独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

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（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘 要聚氨酯泡沫塑料是一种高分子合成材料，其性能优异，应用范围十分广泛。

但聚氨酯泡沫塑料在生产、储存以及使用中易发火灾，火灾时能放出使人窒息死亡的毒气，特别是近年来已在一些场所造成重大的人员伤亡事故。

本文对聚氨酯泡沫塑料的燃烧过程和燃烧特点以及燃烧产物的毒性分析，并结合典型案例，着重分析了聚氨酯泡沫塑料的火灾危险性。

本文对聚氨酯泡沫塑料的阻燃技术进行了深入的研究，针对建筑用硬质泡沫塑料阻燃剂配方和筛选进行了实验研究，采用氧指数法和Cone Calorimeterc法对试样进行分析，最终获得了较佳的阻燃效果。

同时对制备聚氨酯泡沫塑料工艺过程中的火灾危险性进行分析，从而提出了在生产和使用聚氨酯泡沫塑料作为保温隔热材料时，应在技术上和管理上采取的消防安全管理对策，以达到预防和减少火灾发生目的。