硬质聚氨酯保温泡沫热稳定性受到的阻燃剂影响研究

张亮亮

【摘要】：通过对聚氨酯硬質泡沫塑料燃烧机理的研究，选择合适的原材料，采用特殊的配方及生产工艺，研制生产的阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料，不仅具有优良的物理机械性能，而且具有优良的阻燃性能，在建筑和交通运输等部门得到了广泛应用。

【关键词】：聚氨酯硬泡；聚醚多元醇；建筑；运输；阻燃；氧指数

聚氨酯硬质泡沫塑料是一种性能优越的高分子 合成材料，具有密度小、强度高、导热系数低、粘接性强、施工方便等特点。它既可作为绝热保温材料，又可作为结构承重材料，广泛应用于建筑、交通运输、冰箱、冰柜、石油化工管道、航空军用等诸方面。 随着聚氨酯硬质泡沫塑料应用范围的不断扩大，人们也逐渐认识到，提高聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃性是极为重要的。欧美等经济发达国家，对建筑、交通运输等部门，制定了严格的阻燃标准与规范，具体规定了聚氨酯硬质泡沫塑料在不同使用场合应达到的阻燃等级。经过科学家们多年的努力，聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃技术得到了迅速发展，国外已形成大规模工业化生产。 随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，聚氨酯硬质泡沫塑料的生 产和应用在我国得到了迅速发展。

聚氨酯硬质泡沫塑料本身是一种易燃性高分子材料，燃烧过程中，泡沫与火源接触，温度升高，达到一定的温度时，泡沫就会发生热降解，产生可燃性气 体，气体与空气中的氧气接触发生激烈的化学反应形成燃烧。燃烧过程中产生的大量反应热又促使泡沫塑料继续降解形成可燃性气体，如此一直循环下去直到泡沫塑料烧完为止。泡沫的热降解过程取决于泡沫本身的交联类型、交联密度及所含的其它成份等因素。 泡沫结构中，不同交联类型的热稳定性相差很大，异氰脲酸酯的热稳定性最好，在270℃时都不热降解，氨基甲酸酯的热降解温度为150～200℃， 异氰脲酸酯>N·N—二取代脲>氨基甲酸酯>缩二脲>脲基甲酸酯。增加泡沫的交联密度，将有利于提高泡沫的热稳定性，这是因为在聚合物整个结构网络中发生彻底瓦解之前，必须使更多的键发生断裂。 聚氨酯硬质泡沫塑料常使用的助剂有催化剂和泡沫稳定剂，催化剂大多为叔胺催化剂，研究表明，叔胺催化剂对泡沫的热降解影响不大。而作为泡沫稳定剂的硅油，燃烧的最终分解产物为二氧化硅，对泡沫的热降解过程有催化作用。这是因为二氧化硅能促使泡沫释放出更多的自由基，导致又一个相当于热辐射所裂解的自由基量，不再能被阻燃剂所捕获，从而增加泡沫的燃烧。 聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃技术众所周知，任何物质的燃烧都必须具备3个条件，即可燃物、助燃物、着火点。要阻止物质的燃烧，就必须除掉这3个要素中的1个或全部。聚氨酯硬质泡沫塑料的阻燃方法主要有以下3种： 添加阻燃剂在发泡原料中，添加不具有反应活性、但具有阻燃作用的物质，发泡成型后，这些物质就均匀地分散在泡沫塑料中，起到阻止泡沫燃烧的作用。这是生产阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料最常用的方法之一。阻燃剂按形态分有固体阻燃剂和液体阻燃剂2种，固体阻燃剂因与组合聚醚的相溶性较差及对高压发泡机有一定的磨损作用，而较少使用在聚氨酯硬质泡沫塑料的生产中。液体阻燃剂都为含磷或含卤素型，具有一定的酸性及水解性，使用时应注意其对设备的腐蚀及组合聚醚的存放稳定性。 目前，聚氨酯硬质泡沫塑料中使用较多的阻燃剂品种有TCPP、TCEP、DMMP等。通过试验，我们发现，不同品种的阻燃剂，其阻燃效果各不相同。

一般来说，阻燃元素含量高的阻燃剂阻燃效果较好。且不同种类的阻燃剂配合使用时，其阻燃效果要比它们中的任何一种单独使用都要好，这就是说，不同品种的阻燃剂之间存在着协同作用，利用这种协同作用可获得较好的阻燃效果。不同阻燃剂阻燃性能对比，阻燃剂品种TCEPTCPPDMMP磷酸铵TCEP/DMMP 氧指数 2315 2315 2410 2415 2415 （2）阻燃剂的用量为15pbw/100pbw组合聚醚。 21212 在分子结构中引入阻燃元素 在泡沫塑料的发泡原料中引入具有阻燃作用的 元素，如磷、卤素等，发泡成型后，这些阻燃元素就嵌入泡沫塑料的分子结构中，起到阻止泡沫塑料燃烧的作用。阻燃元素既可通过异氰酸酯引入也可通过聚醚多元醇引入，由于技术及成本等方面的原因，较少使用在异氰酸酯中引入阻燃元素的方法，目前仅有少数几个国家小批量生产阻燃型异氰酸酯且阻燃效果并不明显。 在聚醚多元醇中引入阻燃元素的方法，在国内外都得到了普遍使用，已有多种牌号的产品面市。我们在实验中，采用一种含磷化合物为起始剂合成了聚醚多元醇HBL212与普通聚氨酯硬质泡沫塑料相比，聚异氰脲酸酯泡沫塑料具有耐热性高，高温尺寸稳 定性好，耐火焰烧穿性好，发烟量低等特点。增加泡沫结构中异氰脲酸酯结构的含量，即发泡时提高异氰酸酯指数，有利于提高泡沫的阻燃性。 异氰酸酯指数与发泡制品氧指数关系 异氰酸酯指数110511281146117521032112 新型阻燃型助剂的使用 由于作为泡沫稳定剂的硅油燃烧最终产物二氧化硅，对泡沫的热必将进一步促进我国阻燃型硬泡的快速发展。

阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料的应用 在建筑业中的应用 由于阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料具有良好的阻燃性能、保温性能及作为建筑材料所需的刚性，因而在建筑业中得到了广泛的应用。

在交通运输业中的应用 交通运输业，是聚氨酯硬质泡沫塑料另一个重要应用领域，出于安全防火的考虑，有关部门对应用于交通运输业的聚氨酯硬质泡沫塑料提出了严格的防火要求。阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料可作为各类空调或冷藏车船的保温材料，也可用于制造各种冷藏集装箱。另外，在液化天然气船、化学品船等特种船舶中也有少量应用。 其它方面的应用 阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料在各类管道保温和军用航空领域也有应用。在日本，在管道保温中起支撑作用的管托，不仅需要具有优良的保温性能，而且氧指数需达 ，美国在阿波罗登月计划中，就使用阻燃型聚异氰脲酸酯硬质泡沫塑料作为保温材料。另外，在导弹、直升飞机制造等领域，阻燃型聚氨酯硬质泡沫塑料也有广泛的应用。

结 语：随着我国国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，对聚氨酯硬质泡沫塑料需求也将会日益增大。

参考文献：

[1]方秀华.国内外聚氨酯泡沫塑料现状及发展.全国聚氨酯行业协作组第七次年会论文集，洛阳，1994年17页

[2]沈渠身.聚氨酯工业，1988，（1）：8～11

[3]乔治·博卡德博士和曼福瑞德·科林克油表面活性剂.高施米特公司，聚氨酯添加剂，高阻燃要求之硬泡所用硅