硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃及应用

1、硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃与应用Flame Retardancy and Appliation of Rigid Polyurethane Foams内容提要RPUF阻燃材料的需求与现状RPUF的热解机理RPUF常用阻燃剂RPUF阻燃方法RPUF阻燃需求与应用现状 聚氨酯泡沫塑料（RPUF）是聚氨酯材料的重要品种之一，约占聚氨酯总产量的60以上，其中RPUF约占的近40，RPUF具有热导率小、抗压强度高、黏结性好、易于加工等优点，广泛应用于电器（冰箱、冰柜）、建筑墙体、工业管道及交通运输冷藏车的隔热保温、航空航天燃料保温及仿木装饰等方面，其中建筑隔热保温是近年应用的重要方面。采用聚氨酯等高分子泡

2、沫塑料替代传统无机保温材料广泛用于建筑领域已成为各国持续发展经济、节约能源的重要措施之一。我国建筑能源消耗约占社会总能耗的30，这一数据已接近发达国家水平。但单位建筑面积的能耗却远高于发达国家用作保温隔热材料的阻燃RPUF需求巨大；阻燃低烟低毒的RPUF保温隔热材料必将在建筑节能领域发挥作用，其市场前景广阔。RPUF阻燃需求与应用现状建筑墙体灯罩RPUF阻燃需求与应用现状冰箱保温层冷藏车隔热层RPUF热解机理RPUF是以聚醚多元醇、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）为基本原料，加入催化剂、发泡剂和泡沫稳定剂反应而成。RPUF的热分解主要分为个阶段：第一阶段（250前），分解为多元醇和异氰酸酯；第二阶

3、段（250300），多元醇热分解；第三阶段（400之后），异氰酸酯的热分解最终热分解产物为简单的碳氢化合物、CO、CO2、HCN、甲醇、乙腈、丙烯腈、丙腈、吡咯、苯胺、苄腈、喹啉、苯基异氰酸酯及残炭。RPUF热解机理其热解过程主要有以下三种反应：（）分子断裂为异氰酸酯和醇：（）生成伯胺、烯烃和CO2：（）生成仲胺和CO2：阻燃原理一般通过添加阻燃剂提高泡沫塑料的阻燃性, 以延缓燃烧、阻烟甚至使着火部位自熄; 也可采用含阻燃元素的多元醇( 即反应型阻燃剂) 为泡沫原料。阻燃剂必须具有以下一种或数种功能: 能在着火温度或接近着火温度下吸热分解成不可燃物质; 能与泡沫燃烧产物反应生成不易燃物质; 可

4、分解出能终止泡沫自由基氧化反应的物质。RPUF常用阻燃剂（）卤代磷酸酯：磷酸三（ 氯乙基）酯（TCEP）、磷酸三（ 氯异丙基）酯（TCPP）、磷酸三（，二氯异丙基）酯 （TDCPP）等；（）膦酸酯：甲基膦酸二甲酯（DMMP）、丙基膦酸二甲酯（DMP）等；（）含氮阻燃剂：三聚氰胺、氰脲酸三聚氰胺等；（）膨胀型阻燃剂：可膨胀石墨、聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺多磷酸盐等；（）其他无机阻燃剂，如氢氧化铝、氢氧化镁及红磷等。RPUF阻燃方法含磷、氮、卤素、锑、铝、硼等元素的塑料制品具有较好的阻燃性能。一般可在配方中添加阻燃剂,使聚氨酯泡沫塑料具有一定的阻燃性能。选择阻燃剂, 除考虑对制品的阻燃效果( 包

5、括长期阻燃效果、遇火时的烟雾性等) 外, 还需考虑加入阻燃剂对发泡工艺的影响, 以及对制品物性的影响。聚氨酯的阻燃方法主要有：（）采用非反应性添加型阻燃剂（）采用反应型阻燃剂。（）其他阻燃方法RPUF阻燃方法液态阻燃剂聚氨酯泡沫用阻燃剂以液态阻燃剂为主。液体阻燃剂主要是含磷、氯、溴元素的有机化合物。如三( 2-氯丙基) 磷酸酯(TCPP )、三( 2-氯乙基) 磷酸酯(TCEP)等。加入阻燃剂延缓了泡沫的热分解, 使起始分解温度提高。在一定程度内, 泡沫中阻燃剂含量越高,则阻燃性越高。（一）非反应性阻燃剂条件限制液态添加型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, 将泡沫的硬

6、度降低; 且阻燃剂添加量过多会明显延缓发泡时，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, 尽可能少用阻燃剂而达到阻燃效果。RPUF阻燃方法固态阻燃剂固态阻燃剂添加到液态原料中容易沉淀, 一般在发泡前或发泡时加入。在组合聚醚中加入固态阻燃剂后一般需不停地搅拌, 以使料液均匀。固态阻燃剂会使物料粘度增加, 降低物料的流动性, 对泡沫性能有一定的负面影响; 颗粒越细越有利于阻燃性能的发挥, 并减轻对泡沫物性的不利影响三聚氰胺( 蜜胺) 是一种用于模塑聚氨酯泡沫的固体阻燃剂 , 主要通过分解吸热发挥阻燃效果, 在欧洲已大量使用含膨胀性石墨的软质聚氨酯泡沫座垫, 阻燃性较高,

7、 在国外被用于飞机上。但石墨会使硬质泡沫开孔率提高, 影响绝热效果。另外还有聚磷酸铵( APP)，红磷，氢氧化铝粉末等固态阻燃剂（一）非反应性阻燃剂RPUF阻燃方法固、液态复合阻燃剂不同的阻燃元素、不同的阻燃剂复配使用, 会产生良好的协同效应。如磷化物与含氮化合物等一起使用, 有显著的协效作用;磷、卤阻燃剂共同使用时,阻燃效果更佳。固态阻燃剂使物料粘度增加, 而液态阻燃剂降低物料粘度; 二者结合使用, 不仅具有协同效应, 而且可调节反应物料的粘度, 得到高阻燃的聚氨酯泡沫塑料。（一）非反应性阻燃剂需要注意的是：并不是所有不同类型的阻燃剂都能产生协同效应，比如在软泡中三聚氰胺与CR505 或与氢

8、氧化铝无协同阻燃效果 。RPUF阻燃方法含磷、氮或( 和) 卤素的多元醇及异氰酸酯等都是聚氨酯的反应型阻燃剂。含阻燃元素的多异氰酸酯实用中很少。反应型阻燃剂作为一种反应成分参与反应, 对材料性能的影响小, 能稳定地结合到聚氨酯基体中, 使聚氨酯本身含有阻燃成分, 不会在长期使用过程中析出而降低阻燃性能。反应型阻燃剂品种也很多, 如: 三( 一缩二丙二醇) 亚磷酸酯( 俗称P430) 、三( 聚氧化烯烃)磷酸酯、三( 聚氧化烯烃) 亚磷酸酯、三( 氰化多元醇) 磷酸酯二溴戊二醇的聚醚多元醇溶液等（二）反应性阻燃剂RPUF阻燃方法在泡沫塑料中引入异氰脲酸酯基团 制备阻燃泡沫塑料的方法除加入阻燃剂外

9、, 还有其它几种方法, 其中主要是制造聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料。异氰脲酸酯是由3 个异氰酸酯基团在催化剂作用下通过三聚反应形成的六元杂环。含异氰脲酸酯结构的泡沫塑料具有良好的阻燃性和耐热性能。（三）其他阻燃方法开孔泡沫塑料浸渍阻燃剂用含树脂粘合剂的阻燃剂溶液或分散液浸渍处理开孔聚氨酯泡沫塑料, 可得阻燃泡沫塑料。因为软泡为开孔柔性材料, 所以此法一般可应用于软质聚氨酯泡沫塑料; 经过压轧除去多余溶液, 烘干即可得到阻燃软泡RPUF阻燃方法最后，最后，需要注意的是需要注意的是，在对聚氨酯泡沫塑料进行阻燃时在对聚氨酯泡沫塑料进行阻燃时, 需尽可能需尽可能减少阻燃处理对发泡工艺和泡沫性能的不利影响减少阻燃处理对发泡工艺和泡沫性能的不利影响, 同时同时也必须兼顾低烟也必须兼顾低烟雾等环保要求雾等环保要求, 采用高效、低卤或无卤阻燃剂。采用高效、低卤或无卤阻燃剂。谢谢观赏！谢谢观赏！人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨