聚氨酯纳米阻燃技术

山东师范大学科技成果——纳米增强阻燃聚氨酯成果简介聚氨酯（polyurethane，简称PU）是世界六大合成材料之一，具有优良的物理力学性能、电学性能、声学性能及耐化学腐蚀性能，并与多种材料有很强的粘接力，从而被广泛用作石油化工管道、冷藏设备、运输设备以及建筑物等的保温隔热材料。

但是未经阻燃处理的聚氨酯材料极限氧指数一般低于19%，属易燃材料，并在燃烧过程中放出HCN、CO等有毒气体，在火灾中常常给人们的生命和财产带来严重的危害。

在不降低其原有性能的基础上，增加阻燃性能具有重要意义。

但目前国内在该领域的研究与国外相比存在较大差距：在材料的阻燃性能上，国内产品的阻燃性能远远不足；在高性能阻燃聚氨酯的生产技术上，目前国内的阻燃工艺生产技术尚处研发阶段，达不到批量生产的要求，迟迟不能实现规模化，导致高性能阻燃聚氨酯产品主要靠进口。

研究新型高性能阻燃聚氨酯材料生产方法，解决阻碍阻燃聚氨酯产业化的共性关键技术，并快速实现规模化生产显得尤为迫切与重要。

针对阻燃聚氨酯生产技术中存在的上述问题，为了解决阻燃聚氨酯批量生产的瓶颈，本项目利用无机纳米粒子的特性，在阻燃性能提高上，一方面利用纳米氢氧化镁、纳米氢氧化铝等无机纳米粒子阻燃剂与甲基膦酸二甲酯（DMMP）协同作用，达到高效阻燃；另一方面利用无机纳米粒子比表面积效应吸附、捕集材料燃烧时产生的烟、气，减少发烟，降低有毒气体的释放，达到阻燃并兼具低毒的绿色阻燃效果。

在阻燃聚氨酯的生产技术方面，解决无机纳米粒子的加入对有机高分子聚合反应体系造成的不利影响，探索优化出无机纳米材料与有机反应体系的最佳聚合工艺条件。

例如生产中存在的无机纳米粒子在有机反应体系中的团聚、聚沉作用，分散不均问题，纳米粒子的助催化作用对聚合工艺的改变问题等。

本项目通过改变纳米粒子的尺寸、用量，在工程上通过选用合适的反应器，解决反应工艺中出现的关键技术难点问题，以达到批量生产要求。

最终成功地研制出纳米增强的系列低烟、高阻燃、高回弹、高力学强度的新型高性能阻燃聚氨酯材料。

聚氨酯的燃烧和阻燃聚氨酯材料是由碳—碳键为基本结构组成的有机高分子聚合物，属于可燃物质。

用聚氨酯材料生产的各类产品与制品，在人们的社会活动中随处可见。

由于它们处在各种各样的环境之中，引发火灾的几率较高。

由各种引火源引发聚氨酯材料的燃烧以及伴随燃烧产生的烟雾毒性，已成为消防安全密切关注的重点之一，对有关聚氨酯产品及生产制定了日益严格的阻燃标准和法规。

同时，聚氨酯产品的生产所使用的大量原料多属于有机化合物和聚合物，也同属于可燃物之列，而在生产中使用的许多原料助剂，如有机溶剂及其配置的涂料、脱模剂等，因闪点、着火点较低，都存在不同程度的燃烧隐患；此外，在大型软质聚氨酯块泡的生产中，由于使用高水量配方生产低密度泡沫体产生的热量多而泡沫体的散热性差，因此在贮存过程中，由泡沫体产生自燃而引发的火灾也曾有发生。

由聚氨酯泡沫体等燃烧产生的火灾危害，不仅来源于燃烧本身产生的大量热辐射而引发的火焰的蔓延和扩大，同时还来源于燃烧时产生的烟雾和分解释放出来的诸多有毒气体。

许多火灾报告指出：由燃烧烟雾和有毒气体造成人员伤亡的比例远远高于真正燃烧本身造成的伤亡人数。

因此，为保证生产过程和使用过程中的防火安全，必须系统地研究该类产品的燃烧机理、检测方法以及阻燃办法，制定产品的生产、使用安全标准和法规。

下面，洛阳天江化工新材料有限公司将就聚氨酯泡沫的燃烧机理以及阻燃方法这两方面为大家进行简单介绍。

一、燃烧机理在聚氨酯产品中，由于聚氨酯泡沫塑料的质量轻、体积大且传热系数低、最易发生燃烧，因此将它作为燃烧行为的研究对象最具有代表性。

一般物质的燃烧行为基本可分为三个阶段：第一个阶段为物质引燃和火焰蔓延的初期阶段；第二个阶段为物质的完全燃烧的发展阶段；第三个阶段则为火焰衰减、燃烧熄灭的最终阶段。

洛阳天江化工新材料有限公司在这里告诉大家，物质引燃的难易程度是物质燃烧行为的第一表征，它与物质本身的化学结构、组成、传导能力、热分解温度以及反应所产生的气体和液滴的助燃程度等因素有关。

阻燃聚氨酯的研究与进展摘要：聚氨酯作为一种广泛应用的高分子材料，因其独特的物理性能和化学稳定性，在建筑、家具、交通运输等多个领域发挥着重要作用。

然而，其易燃性成为一个显著的安全隐患，尤其在火灾事故中，易燃聚氨酯可释放出有毒烟雾，对人类健康和安全构成威胁。

因此，研发高效的阻燃聚氨酯成为了迫切需求，不仅为了满足日益严格的安全法规，也为了提升材料的应用范围和性能。

关键词：阻燃聚氨酯；研究进展；应用前景一、聚氨酯的基本特性聚氨酯是由多元醇与异氰酸酯反应形成的高分子化合物，这种结构使其具备独特的物理特性，如良好的弹性、耐磨性和抗撕裂强度。

阻燃聚氨酯的化学结构中，通过引入含有磷、氮或卤素的阻燃剂，能显著提高其耐火性能。

同时，这些阻燃剂在高温下能形成炭层，有效隔离氧气和热量，从而降低材料的燃烧速度。

从物理特性来看，阻燃聚氨酯保持了普通聚氨酯的柔软性、弹性和耐用性，但同时展现出更高的热稳定性和较低的燃烧速率，这些特性使得阻燃聚氨酯在安全性能方面更加优越，尤其在需要严格遵守火安全规范的应用中，如建筑保温材料、家具填充物和交通工具内饰等领域。

总的来说，阻燃聚氨酯通过结构优化和添加特定的阻燃剂，实现了阻燃性与物理性能的有效结合，满足了现代应用对高性能和安全性的双重要求。

二、阻燃技术的发展历程（一）早期阻燃技术概述早期的阻燃技术主要集中在寻找有效的阻燃剂，并将它们添加到材料中以提升其抗火性能。

在聚氨酯的早期应用中，阻燃技术主要依赖于卤素化合物，如氯和溴的衍生物。

这些卤素基阻燃剂在材料燃烧时能够释放卤素自由基，有效地中断火焰传播的化学链反应，从而减缓或阻止材料的进一步燃烧。

然而，虽然卤素基阻燃剂在防火效果上表现出色，但它们也带来了环境污染和对人体健康的潜在风险。

此外，磷基和氮基阻燃剂也在早期得到了广泛的应用。

这些阻燃剂能够在加热时形成一层隔热的炭化层，保护下面的材料不被火焰侵袭。

磷基阻燃剂尤其在形成稳定的炭层方面表现出色，而氮基阻燃剂则通过释放非燃性气体来稀释可燃气体和氧气，降低火焰的温度。

专利名称：一种纳米材料提高水性聚氨酯阻燃性的制备方法专利类型：发明专利
发明人：段宝荣
申请号：CN201210478534.6
申请日：20121123
公开号：CN102924903A
公开日：
20130213
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种纳米材料提高水性聚氨酯阻燃性的制备方法，在二月桂酸二丁基锡催化剂存在的条件下，将聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯混合，于75～95℃下反应1.5～3.5h，得到聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中加入羧基含量为聚氨酯预聚体重量1.2～3.2％的亲水扩链剂和聚氨酯预聚体重量12～25％的丙酮溶剂，于65～85℃条件下反应1.5～3.5h，加入三乙胺进行中和反应30～50min，加水进行乳化，形成一种聚氨酯乳液A；往聚氨酯乳液A中加入其重量5～10%的纳米材料乳液，在pH为7的条件下剪切搅拌20～50min，得到阻燃性水性聚氨酯，所制备的阻燃性聚氨酯环保、价格低廉，能满足市场对阻燃皮革制品的低成本需求。

申请人：段宝荣
地址：264005 山东省烟台市莱山区清泉路30号
国籍：CN
更多信息请下载全文后查看。

聚氨酯材料的阻燃技术研究摘要：作为高分子材料——聚氨酯，其在工业、农业、建筑、军事等领域广泛应用，其材料的阻燃性能受到社会各界的广泛关注。

接下来，本文将深入探究聚氨酯材料的阻燃技术，旨在为一线工作提供理论指导。

与其他高分子材料相同，没有经过处理的聚氨酯，能在空气中燃烧，其极限氧指数为18.随聚氨酯材料的广泛应用，其火灾发生事故也较为频繁，聚氨酯材料的阻燃技术与安全性能越来越重要。

1.聚氨酯阻燃类型分析现阶段，聚氨酯材料广泛应用，全球各大公司积极发展聚氨酯材料，各种新产品纷纷涌现。

聚氨酯材料制备，具有良好的耐寒、耐热、隔油等性能，是保温、防震中不可或缺的原材料，在家电业、汽车工业中广泛应用。

1.1.现阶段，高分子材料主要通过以下方式获得阻燃性能1.1.1.抑制降解与氧化技术1.1.2.催化阻燃技术1.1.3.消烟技术1.1.4.冷却降温技术1.1.5.接枝与交联改性1.1.6.隔热碳化技术1.2.聚氨酯阻燃方式可分为三种类型1.2.1.在聚氨酯合成过程中，添加磷、溴、氯等元素，这种叫作添加型阻燃剂。

1.2.2.在有机多元醇或原料异氰酸酯上添加磷、溴、氯等元素，进一步获得本体阻燃泡沫，这种叫作反应型阻燃剂。

1.2.3.在聚氨酯材料中，积极加入耐热高基团，进一步提升材料阻燃性能。

2.聚氨酯阻燃机理探究与其他塑料阻燃原理相似，聚氨酯材料通过使用阻燃剂，能有效提升自身分子的耐燃性能，进一步阻止其燃烧或者减缓其燃烧速度。

如果使用阻燃剂，在塑料与火接触时，不会快速燃烧，一旦离开火源，就能迅速熄灭。

从整体上说，阻燃剂的作用机理非常复杂。

但是，从根本上来说，阻燃剂就是通过某种方式达到阻止或切断燃烧的目的。

本文从以下方面探究阻燃剂作用机理：2.1.阻燃剂产物自身的脱水功效，使有机物进一步炭化，进而生成单质碳，在炭黑皮膜的影响下，很难引起火焰燃烧，起到阻燃效果。

2.2.阻燃剂分解，进一步在树脂表面覆盖一层保护膜，将空气隔离，产生阻燃效果。

聚氨酯硬泡的阻燃原理
聚氨酯硬泡的阻燃主要由以下几个效应引起的：
一．覆盖效应
在燃烧过程中，阻燃剂作用于高聚物，使高聚物表面形成对热比较稳定的液膜或固化覆盖层，使得外面热量难以传到高聚物中，减少高聚物的分解和阻止已分解的可燃气体向火焰区扩散，有机磷系阻燃剂主要就是因其形成覆盖层而起到阻燃作用。

二．稀释效应
在燃烧过程中，阻燃剂分解产生不燃性气体，降低燃烧区域的可燃性气体和氧气的浓度，从而抑制燃烧。

诸如卤素与磷形成的PX3和PX5以及卤化氢和水气等不燃性气体均能起到该种效应。

三．捕捉效应
一般认为，高聚物燃烧的火焰反应是一个与自由基H·和HO·密切关联的自由基连锁反应，若能捕捉(消除)掉这些活性自由基，那么火焰反应速度就会降下来。

现以溴化物为例，其抑制连锁反应的机理如下：Br·+RH _÷R ·-I-HBr
OH ·+HBr_ H2O+Br·
高聚物中加入含溴阻燃剂，遇火受热发生分解反应，生成溴自由基，溴自由基与高聚物反应生成溴化氢，溴化氢与活泼性很强的自由基
HO·反应，一方面使自由基Br·再生，另一方面使HO·自由基质浓度减小，故而抑制连锁反应，使燃烧速度减慢。

四．吸热降温效应
无机阻燃剂氢氧化铝的阻燃作用相当程度上是归功于吸热效应，因氢氧化铝在受热分解而脱出结合水时，每克要吸热1．97 kJ。

五．转移效应
在阻燃剂的作用下，有时高聚物的热分解模式会发生改变，使分解出的可燃气体减少，从而有利于高聚物的阻燃。

当然，不同的阻燃剂有不同的阻燃机理，其机理相互交叉，协同作用。

纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯的研制与应用摘要：水性聚氨酯涂料作为性能优良的“绿色涂料”，因其无毒、环保等优点，在很多领域得到了应用，但是也因其阻燃性能不佳，也限制了其在部分领域的应用。

本文主要阐述利用纳米二氧化硅对水性聚氨酯进行改性的机理及改性阻燃水性聚氨酯的应用。

关键词：纳米；二氧化硅；改性；阻燃；水性聚氨酯一、纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯机理纳米二氧化硅分子呈三维链状或网状结构，有些还具有三维硅石的结构，表面存在残键和不同键合状态的羟基。

纳米二氧化硅因其尺寸小、比表面积大、表面能高且表面配位不足等特点，易与水性聚氨酯分子结构中的氧发生键合作用，提高水性聚氨酯的键合力。

同时因纳米二氧化硅具有的小尺寸效应及活泼的化学性质，使其容易分布到水性聚氨酯分子链段的空隙中，从而增强水性聚氨酯的密度、强度、韧性及延展性。

纳米二氧化硅改性后的水性聚氨酯同时继承了二氧化硅及水性聚氨酯各自优良的特性，使得改性后产品的综合性能得到提升，大大拓展了其应用范围。

利用二氧化硅改性水性聚氨酯复合材料可将纳米二氧化硅以粉体、溶胶、凝胶等不同形式加入到水性聚氨酯乳液中，改性时，可根据不同的目的合理采用纳米二氧化硅加入方式，以获得不同改性效果的产品。

二、纳米二氧化硅改性阻燃水性聚氨酯方法（一）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是将纳米二氧化硅前驱物溶于水或有机溶剂中形成均质溶液，然后与聚氨酯单体中的多异氰酸酯反应制备纳米复合材料。

该法主要分为两个步骤，首先生成溶胶，然后再与聚合物缩聚形成凝胶。

纳米二氧化硅中有大量各种各样的羟基，易形成二次粒子，甚至形成团聚体，因此，在应用过程中很难均匀分散在有机聚合物中，颗粒的纳米效应也就很难发挥出来。

为了解决这一难题，可以采用溶胶-凝胶法。

用正硅酸乙酯水解缩合反应制备出二氧化硅，通过硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷对二氧化硅粒子进行表面改性，以丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯对纳米二氧化硅包覆进行二次改性，最终得到稳定的纳米二氧化硅分散液。

聚氨酯纳米阻燃技术的研究进展
孟玉刚;霍瑞亭;侯丽丽
【期刊名称】《材料导报》
【年(卷),期】2010(024)0z2
【摘要】介绍了纳米技术在聚氨酯阻燃中的应用进展以及聚氨酯纳米复合材料的阻燃机理,着重阐述了不同纳米阻隔层对提高聚氨酯热稳定性及阻燃性的作用机理,即在材料表面形成一种致密的阻隔炭层.该炭层具有较强的隔热隔氧的阻燃作用,与一些有机磷系阻燃剂复配使用可以达到协同阻燃的效果,通过这种协同效应可以在不降低阻燃级别的前提下降低传统阻燃剂的添加量.
【总页数】4页(P160-162,173)
【作者】孟玉刚;霍瑞亭;侯丽丽
【作者单位】天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室,天津,300160;天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室,天津,300160;天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室,天津,300160
【正文语种】中文
【相关文献】
1.聚氨酯纳米阻燃技术的研究进展 [J], 孟玉刚;霍瑞亭;侯丽丽
2.聚氨酯泡沫塑料无卤阻燃技术的研究进展 [J], 何志远
3.聚氨酯泡沫阻燃技术的研究进展 [J], 王方超;魏徵;王源升
4.软质聚氨酯泡沫阻燃技术的研究进展 [J], 冯文静; 李守平; 陈雅君; 钱立军
5.硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃技术研究进展 [J], 乐亮;刘运学;范兆荣;谷亚新
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

聚氨酯阻燃耐火极限1. 聚氨酯阻燃的概述聚氨酯是一种具有广泛应用的重要工程塑料，其具有良好的物理性能和化学性能，被广泛应用于建筑、汽车、电子等领域。

然而，由于聚氨酯易燃，其在一些特殊场合下需要具备阻燃性能，以确保安全性。

聚氨酯阻燃是指通过添加一定的阻燃剂，提高聚氨酯的阻燃性能，使其在遇到火源时不易燃烧或燃烧速度较慢，从而减少火灾事故的发生和蔓延。

2. 聚氨酯阻燃的原理聚氨酯阻燃的原理是通过添加阻燃剂改变聚氨酯的燃烧性能。

阻燃剂主要分为溴系和氮磷系两大类。

溴系阻燃剂通过溴原子的反应阻止燃烧链的传递，从而达到阻燃的效果；氮磷系阻燃剂则通过生成氮气和磷酸盐等非燃性气体，稀释燃烧的氧气，降低燃烧速度。

3. 聚氨酯阻燃的分类根据阻燃剂的种类和添加方式的不同，聚氨酯阻燃可以分为添加型和共聚型两种。

3.1 添加型聚氨酯阻燃添加型聚氨酯阻燃是在聚氨酯的生产过程中，将阻燃剂直接添加到聚氨酯中。

这种方式简单方便，但阻燃效果可能受到添加剂分散性的影响。

3.2 共聚型聚氨酯阻燃共聚型聚氨酯阻燃是将阻燃剂与聚氨酯的单体一起共聚合成聚氨酯。

这种方式可以提高阻燃剂的分散性，从而获得更好的阻燃效果。

4. 聚氨酯阻燃的测试方法聚氨酯阻燃的性能需要经过一系列的测试来评估。

以下是常用的几种测试方法：4.1 垂直燃烧测试（UL 94）垂直燃烧测试是评估聚氨酯在垂直状态下在火焰作用下的燃烧性能。

根据燃烧时间和燃烧滴落情况，将聚氨酯分为V-0、V-1和V-2三个等级，V-0级别的聚氨酯阻燃性能最好。

4.2 氧指数测试（ASTM D2863）氧指数测试是评估聚氨酯在氧气供应下的燃烧性能。

通过测量聚氨酯在一定氧气浓度下的燃烧时间，计算出聚氨酯的氧指数，指数越高，阻燃性能越好。

4.3 热分解测试（TGA）热分解测试是评估聚氨酯在高温下的热稳定性和阻燃性能。

通过加热聚氨酯样品，测量其在不同温度下的质量损失和热分解温度，从而评估聚氨酯的热稳定性和阻燃性能。

聚氨酯阻燃剂简介聚氨酯阻燃剂是一种用于提高聚氨酯材料阻燃性能的化学添加剂。

聚氨酯是一种广泛应用于建筑、汽车、家具等领域的合成材料，然而由于其易燃性，使用聚氨酯材料时常常需要考虑阻燃处理。

聚氨酯阻燃剂的引入能够有效提高聚氨酯材料的阻燃性能，减少火灾发生的概率，保护人们的生命和财产安全。

阻燃机制聚氨酯阻燃剂通过以下几种机制提高聚氨酯材料的阻燃性能：1.物理阻隔作用：聚氨酯阻燃剂能够在高温下发挥出物理阻隔作用，减少氧气和燃烧产物的接触，以阻止燃烧反应的进行。

2.化学反应作用：聚氨酯阻燃剂在高温下能够分解产生具有消炎性质的气体，如无毒的水蒸气和惰性气体，从而削弱或抑制聚氨酯材料的燃烧过程。

3.减少热分解反应：聚氨酯阻燃剂能够吸收和稳定聚氨酯材料在高温下产生的自由基，减少热分解反应的发生，从而延缓聚氨酯材料的燃烧速度。

常见的聚氨酯阻燃剂以下是常见的几种聚氨酯阻燃剂：1.氧化铝（Aluminum Hydroxide）：氧化铝是一种无机聚氨酯阻燃剂，具有高度的热稳定性和防火性能。

它能够通过吸热分解产生水蒸气，将聚氨酯燃烧产物带走，并在高温下形成氧化铝膜，起到物理阻隔作用。

2.氯化磷（Phosphorus Chloride）：氯化磷是一种有机聚氨酯阻燃剂，具有较高的阻燃效果。

它能够在高温下释放出磷含量高的有机酸，与燃烧产物反应生成磷酸盐，从而降低燃烧产物的燃烧性能。

3.氢氧化铝（Al(OH)3）：氢氧化铝是一种无机聚氨酯阻燃剂，具有良好的阻燃性能和热稳定性。

它能够在高温下分解产生水蒸气和惰性气体，有效抑制聚氨酯材料的燃烧过程。

4.磷氮阻燃剂（Phosphorus-nitrogen based flame retardants）：磷氮阻燃剂是一类新型的有机聚氨酯阻燃剂，具有环保性和高效性的特点。

它能够通过氮和磷元素的协同作用，降低聚氨酯材料的燃烧速度和烟雾产生量。

应用领域聚氨酯阻燃剂广泛应用于以下领域：1.建筑材料：在建筑领域，聚氨酯阻燃剂被广泛应用于隔热材料、隔音材料、保温材料等。