聚氨酯泡沫制备及阻燃性研究

陈娇

摘 要：为了减少聚氨酯泡沫的火灾隐患，论文在加入不同种类不同配比阻燃剂制备聚氨酯泡沫的基础上，采用JCY-2烟密度仪测试其产烟量的变化，以探讨阻燃剂对聚氨酯泡沫燃烧性的影响，从而为具体的现场应用提供理論参考。

关键词：聚氨酯泡沫;聚磷酸铵;氢氧化铝;阻燃性

聚氨酯泡沫是一种高分子合成材料，应用十分广泛，但聚氨酯泡沫在火灾时能放出使人窒息死亡的有毒气体，特别是近年来，由此产生的重大人员伤亡事故时有发生。因此，研究聚氨酯泡沫的阻燃性非常有必要。

1 聚氨酯泡沫制备

聚氨酯泡沫的制备方法分为预聚体法、半预聚体法和一步法三种。本实验主要采用一步法。一步法发泡即是将聚醚或聚酯多元醇、多异氰酸酯、水以及其他助剂如催化剂、泡沫稳定剂等一次加入，使链增长、气体发生交联等反应在短时间内几乎同时进行，在物料混合均匀后，1～10秒即行发泡，0.5～3分钟发泡完毕并得到具有较高分子量一定交联密度的泡沫制品。要制得泡沫孔径均匀和性能优异的泡沫，必须采用复合催化剂、外加发泡剂和控制合适的条件，使三种反应得到较好的协调。在聚氨酯泡沫制备过程中主要发生如下反应：①预聚体的合成：由二异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇反应生成含异氰酸酯端基的聚氨酯预聚体;②气泡的形成与扩链：异氰酸根与水反应生成的氨基甲酸不稳定，分解生成胺与二氧化碳，放出的二氧化碳气体在聚合物中形成气泡，并且生成的端氨基聚合物可与异氰酸根进一步发生扩链反应得到含脲基的聚合物;③交联固化：异氰酸根与脲基上的活泼氢反应，使分子链发生交联，形成网状结构。

1.1 制备流程

物料称重→物料混合→搅拌→加入发泡剂→发泡成型。

1.2 制备原材料及配方

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;异氰酸酯10g。为了分析氢氧化铝和聚磷酸铵（Ammonium Polyphosphate，简称APP）对聚氨酯泡沫燃烧性能的影响，分别制备加入不同质量氢氧化铝和APP的聚氨酯泡沫，具体配比如下：

2 聚氨酯泡沫阻燃性实验

2.1 阻燃机理

氢氧化铝的阻燃机理包括碳化、隔离、稀释和冷却四个方面。APP的阻燃机理：APP遇热分解后生成聚多磷酸（强脱水剂），促使有机物表面脱水碳化。遇热膨胀，非挥发性磷的氧化物及聚磷酸对基材表面进行覆盖，隔绝空气从而达到阻燃的目的。

2.2 实验仪器原理

实验主要采用JCY-2烟密度仪测试加入不同种类不同配比的阻燃剂后，聚氨酯泡沫产烟量的变化，以探讨阻燃剂对聚氨酯泡沫产烟量和燃烧速度的影响，从而反应出聚氨酯泡沫加入阻燃剂后，燃烧性能的变化。一定的光束穿过烟场后，其强度会产生一定的衰减，这就是所谓烟气的遮光性。设I0为由光源射入长度给定空间的光束的强度，I为该光束由该空间射出后的强度，则比值I/I0称为该空间的透射率。若该空间没有烟尘，射入和射出的光强度几乎不变，及透射率等于1。

2.3 试验步骤

①按要求校正试验装置，将聚氨酯泡沫剪切成标准样品【（25.4+0.3）mm×（25.4+0.3）mm×（6.2+0.3）mm】;②关闭所有排烟口，打开丙烷气阀并立即点燃本生灯，把丙烷气的工作压力调至210kPa;③将试样平放在试样支架的钢丝格网上，其位置应处于本生灯转入测试状态时、燃烧火焰能对准试样下表面的中心位置处;④按下“测试”键、关闭烟箱门;显示窗立即显示测试的时间值和此时对应的烟密度值;⑤同一种试样共做三次平行试验。

3 实验结果分析与结论

图1表示的是聚氨酯泡沫加入APP后的烟密度等级（实线），虚线表示的是烟密度等级变化趋势;图2表示加入氢氧化铝后聚氨酯泡沫烟密度等级。结合试验过程，分析图1、图2得以下结论：①在聚氨酯泡沫制备过程中添加APP阻燃剂，能起到一定阻燃效果，且该材料发烟量对比空白对照组没有明显改变;在制备方面，APP阻燃剂不影响聚氨酯泡沫发泡制备;②在聚氨酯泡沫制备过程中添加氢氧化铝，同样起到一定阻燃效果，但不如添加APP阻燃剂效果明显;另外，添加氢氧化铝阻燃剂会影响聚氨酯泡沫的发泡制备，难以成型。

综上所述，在运用一步法制备聚氨酯泡沫过程中，APP阻燃剂相对于氢氧化铝阻燃剂的各方面性能更优。

参考文献：

[1]张璟晨，邬素华，倪凯等.阻燃聚醚多元醇的制备及对聚氨酯泡沫阻燃性能的影响[J].塑料科技，2019，47（10）：142-147.

[2]吴灿，史翎.具有反应活性的聚磷酸铵微胶囊的制备及应用[J].北京化工大学，2019， 46（05）： 23-30.