阻燃剂对聚氨酯氧指数测定的影响

２００２年第四期　阻燃材料与技术　

稀土金属氧化物与聚磷酸铵阻燃剂　在硬质聚氨酯泡沫塑料中协同作用的研究　

张　焱　吕　奔　刘志江　雷　武　夏明珠　王风云　（南京理工大学化工学院，南京２１００９４）　

摘要：本文从聚合物材料的燃烧特点出发，分析和讨论了聚合物材料的阻燃特性。实验采　用添加无机阻燃剂聚磷酸铵及稀土金属氧化物，提高了硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能，并研究　了添加型无机阻燃剂与硬质聚氨酯泡沫塑料氧指数的关系，得出了一些规律性结果，这些结果对　进一步研究耐燃的硬质聚氨酯泡沫塑料配方有一定的指导意义。　关键词：聚氨酯　阻燃氧指数稀土金属氧化物协同作用　

１　前言　聚氨酯泡沫塑料是现代塑料工业中发展最　快的品种之一。其特点是通过改变分子中的链　的结构，能较大幅度地进行各种改性，并在改　变工艺配方的情况下，可获得从软到硬、不同　密度和性能的泡沫塑料制品，加上成型、施工　的简便，从而广泛地应用于各种绝热、防震、　隔音、轻质结构件和坐垫、包装、汽车内饰件　等方面。因此，硬质聚氨酯泡沫塑料在世界塑　料工业中占有重要地位。近年来，该品种在我　国发展铰快，其生产和应用范围正在迅速扩大　和推广，已在国民经济各个领域的发展中发挥　着越来越大的作用。聚氨酯泡沫塑料根据硬度　可分为硬泡、软泡、半硬泡三种。　在硬质聚氨酯泡沫塑料的应用中对阻燃和　自燃性的要求越来越高。泡沫塑料在着火时放　出使人窒息的毒气，造成伤亡事故。所以，各　国制定的有关泡沫燃烧性的法规愈来愈严格。　不仅硬泡要经过阻燃处理，软泡经阻燃处理的　比例也越来越大。这就使得阻燃泡沫的研究十　分活跃。为了提高聚氨酯泡沫塑料的性能，降　低阻燃剂用量，控制成本，协同阻燃作用的研　究逐渐发展起来。　目前，协同阻燃作用的报道并不丰富。只　有Ｓｂ２０３，ＳｎＯ２，ＺＢ，Ｌａ２０３在ＰＶＣ塑料中相　互复配组成的二元体系…以及Ｓｂ２０３．ＺＢ．ＳｎＯ２　和Ｓｂ２０３・ＳｎＯ２－Ｌａ２０３三元协同阻燃体系。还　有ＰＶＣ树脂中Ｓｂ２０３－ＺＢ，Ｓｂ２Ｏ３．ＭｏＯ３，　Ｓｂ２０３・ＴｉＯ２和ＭｏＯ３．ＺＢ四种金属氧化物的协　同体系。而对聚氨酯泡沫塑料中稀土金属氧化　物与多聚磷酸铵的协同效果的研究却未见报　道。本文采用的方法有氧指数（Ｏ．Ｉ）测定以及协　同指数的计算。　我国的聚氨酯泡沫塑料工业，必将以崭新　的姿态展现于世界。任何有利于提高材料性能　的措施都会得以采纳和发展。正是在此基础上，　我们不难预测，进一步提高聚氨酯泡沫塑料的　阻燃性能，尤其是协同阻燃作用，必将具有深　远的意义。　２基本原理及实验过程　２．１聚氨酯的合成ｂ　聚氨酯是由异氰酸和羟基化合成反应生成　氨基甲酸酯作为其特征链节而命名的。其反应　方式包括扩链反应、起泡反应和凝胶作用等。

氧指数和阻燃等级对照关系

氧指数和阻燃等级之间的关系，听起来就像是化学课上最“难啃”的那块骨头，但别担心，让我们轻松一点儿聊聊这个话题。想象一下，氧指数就像是一个“燃烧能力”的评分，分数越高，材料在火灾中越能抵抗火焰。这就像是在比赛中，谁能在火焰面前傲然屹立，谁就是胜者。而阻燃等级呢，它就像是个小排行榜，给不同材料贴上标签，看哪个材料能在火灾中游刃有余，不怕烧。

氧指数的高低和材料的化学成分关系密切。那些含氧量高的材料，火苗一碰就能轻松燃烧，像是瞬间被点燃的纸张，而含氧量低的材料，就像是坚韧的老树，火焰也不容易让它屈服。这种情况，就好比小孩子在玩火，一不小心就可能引发大火。因此，设计和选择材料时，氧指数的数值得时刻挂在心上，毕竟安全第一嘛。

而说到阻燃等级，这个可是个大话题。它是一个综合评分，涵盖了材料在燃烧时的表现。这就像是你参加一个比赛，不仅要看你能跑多快，还要看看你在比赛中能不能应对各种挑战，克服障碍。不同的阻燃等级代表着材料在不同条件下的耐火能力，等级越高，材料在面对火焰时越能镇定自若。

现在，咱们来聊聊这两个之间的关系。氧指数高的材料，通常阻燃等级也会比较低，因为它们容易燃烧，火焰一来，立马就被点燃了。但有些材料呢，氧指数可能不算高，但是经过特殊处理，就能提升它们的阻燃等级。就好比一位平时不太显眼的选手，经过培训，变得非常出色，瞬间逆袭成冠军。

举个简单的例子吧，常见的木材，它的氧指数就挺高，一碰就容易烧。而如果给木材加上阻燃剂，就能让它在火焰面前表现得更“冷静”。这就像是给普通的赛车加了防护

装备，一路飞驰也不怕碰撞。通过这种方式，氧指数和阻燃等级的结合，就能让材料在安全和性能之间取得平衡。

不过，别忘了，这两个指标的提高，不仅仅靠添加一些化学剂，选材的时候也得用点心。高品质的原材料是基础，这就像是做饭，食材新鲜，做出来的菜才好吃。很多时候，工程师们会根据实际需求，选择适合的材料组合，像拼积木一样，把不同特性的材料组合在一起，创造出最理想的阻燃效果。

阻燃剂对发泡效果的影响

聚氨酯泡沫塑料由于含可燃的碳氢链段、密度小、比表面积大，未经阻燃处理的聚氨酯是可燃物，遇火会燃烧并分解，产生大量有毒烟雾，给灭火带来困难。特别是聚氨酯软泡开孔率较高，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，易燃且不易自熄。

加阻燃剂延缓了泡沫的热分解，使得起始分解温度提高。在一定程度内，泡沫中阻燃剂含量越高，则阻燃性越高。阻燃剂对制品的某些物性有不良影响，所以一般应在保证泡沫物性的前提下，尽可能少地使用阻燃剂而达到阻燃效果。

阻燃剂的加入对发泡工艺的影响不大，但由于阻燃剂的增塑作用，将使得泡沫的硬度降低；并且阻燃剂添加量多时会明显延缓发泡时间，这些因素在设计配方时需加以考虑。

B1等级材料指标：1）氧指数大于32%；2）平均燃烧时间＜30s，平均燃烧高度小于250mm；3）烟密度等级SDR＜75。

B2等级材料指标：1）氧指数大于26%；2）平均燃烧时间＜90s，平均燃烧范围＜50mm

B3易燃性。

ｌ论文选编ｌ　

阻燃硬质聚氨酯泡沫燃烧热值与阻燃性　

能的相关性　

刘　秀王希安郝建薇杜建新　

１北京理工大学材料学院，阻燃材料研究国家专业实验室北京１　０００８　

２山东华德隆建材科技有限公司莱州２６１　４００　

摘要　将阻燃剂聚磷酸铵（ＡＰＰ）、磷酸三（ｐ一氯异丙基）酯（ＴＣＰＰ）、氰尿酸三聚氰胺　

（ＭＣＡ）、膨胀石墨（ＥＧ）分别添加于硬质聚氨酯泡沫（ＲＰＵＦ），采用氧弹量热仪、氧指数仪及　

锥形量热仪研究了阻燃ＲＰＵＦ燃烧热值（ＨｏＣ）与氧指数、热释放等阻燃性能参数的相关性。研究表　

明，各阻燃ＲＰＵＦ的ＨｏＣ由低到高的顺序为ＲＰＵＦ／ＡＰＰＲＰＵＦ／ＴＣＰＰＲＰＵＦ／ＭＣＡＲＰＵＦ／ＥＧ；而　

ＲＰＵＦ／ＥＧ的氧指数相对最高，热释放及产烟量相对最低。除ＲＰＵＦ／ＥＧ＇９ｔ，，其它体系的氧指数随ＨｏＣ　

减小而增大，热释放速率及热释放量随ＨｏＣ增大而增大。阻燃ＲＰＵＦ的ＨｏＣ与阻燃￣１．ＪＨｏＣ的贡献有关；　

氧指数及热释放等阻燃性能主要取决于阻燃机理，与材料自身的燃烧热值有一定关联。　

关键词硬质聚氨酯泡沫；阻燃；燃烧热值；燃烧性能　

硬质聚氨酯泡沫（ＲＰＵＦ）因其低的导热系数，　

高的抗压强度，良好的粘接力及易于施工等优点而　

广泛用作建筑隔热保温材料。易燃的ＲＰＵＦ经过　

阻燃处理可以达到难燃级别，从而不同程度地满足　

防火法规的要求。为了保障火安全，减少生命及财　

产损失，２０１２年１２月我国公安部已颁布建筑材料　

及制品的燃烧性能分级的强制性标准［１］，并对建筑　

外墙保温系统的防火性能试验方法予以规定【２］。由　

此，为研究开发建筑隔热阻燃泡沫材料引领了发展　

方向。　

目前，阻燃ＲＰＵＦ应用研究中涉及的添加型阻　

燃剂主要有液体卤代磷（膦）酸酯、磷（膦）酸酯、　

红磷、聚磷酸铵（ＡＰＰ）、三聚氰胺及其衍生物、　

可膨胀石墨（ＥＧ）及无机金属氢氧化物等。这些阻　

燃剂分别是以气相、凝聚相、吸热或膨胀阻燃机理　

发挥阻燃作用，通过复配达到有效提高阻燃ＲＰＵＦ