阻燃聚氨酯材料的研究現(xiàn)狀

郭嘉昒 馬 慧 李為民 呂利剛

1四川科技職工大學(xué)安全工程系 （四川成都 610101）2中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院 （山西太原 030051）

聚氨酯是一種由多異氰酸酯和多元醇反應(yīng)并具有若干個氨基甲酸酯鏈段的有機(jī)高分子材料。聚氨酯材料具有優(yōu)異的柔韌性、粘接性、耐磨性及耐低溫性等諸多優(yōu)點。聚氨酯材料在新材料工業(yè)中占有十分重要的地位，廣泛應(yīng)用于航天、汽車、建筑、涂料、紡織、皮革、家具、家電、包裝、軍工等領(lǐng)域[1]。但是，未經(jīng)阻燃處理的聚氨酯材料遇火會燃燒分解，并釋放出大量有毒有害氣體，存在著一定的安全隱患。因此，聚氨酯材料的阻燃研究十分迫切和必要，近年來，阻燃型聚氨酯逐漸成為聚氨酯材料研究的一個熱點領(lǐng)域。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于傳統(tǒng)鹵系阻燃劑帶來的環(huán)境問題難以解決，各國研究者開始尋求環(huán)境友好型阻燃劑，對含氮-磷有機(jī)化合物阻燃劑的研究較多。國內(nèi)外的科研工作者對阻燃材料進(jìn)行了廣泛的研究，目前已取得了不少的研究成果，現(xiàn)綜述如下。

王翠翠等[2]研究了2種無鹵阻燃劑，采用共沉淀法合成了有機(jī)改性的層狀雙氫氧化物(LDH)，通過X射線衍射（XRD）對其進(jìn)行性能檢測。通過磷酸與三聚氰胺反應(yīng)制備磷酸蜜胺鹽(MPP)，并將其作為插層劑制備磷酸蜜胺鹽-蒙脫土(MPM)，對蒙脫土進(jìn)行了有機(jī)改性，用XRD對MPM的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征。制備了水性聚氨酯-層狀雙氫氧化物納米復(fù)合材料，并對其氧指數(shù)進(jìn)行了測試。實驗結(jié)果表明，納米混合阻燃劑能明顯提高水性聚氨酯的阻燃性能。

王娜等[3]用 DOPO（9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物）對介孔分子篩MCM-41進(jìn)行表面改性，將改性后的MCM-41作為阻燃劑與聚磷酸銨（APP）、季戊四醇（PER）及三聚氰胺（MEL）復(fù)配阻燃劑，研究了添加改性MCM-41對聚丙烯（PP）的阻燃性能、力學(xué)性能和熱性能的影響。結(jié)果表明，添加少量DOPO改性分子篩即可顯著提高PP的阻燃性能，當(dāng)改性分子篩的添加量為1%時，阻燃PP的氧指數(shù)為32.6，比純PP提高91.76%；熱重分析（TGA）、動態(tài)熱機(jī)械能分析和掃描電鏡分析的結(jié)果表明，添加少量的改性分子篩MCM-41可催化APP/PER/MEL間的酯化反應(yīng)，促進(jìn)體系成炭，形成更緊密的炭層，從而提高材料的阻燃性能。

崔錦峰等[4]以DOPO和順丁烯二酸酐(MA)為原料合成含磷單體DOPOMA，將其與二元酸、二元醇進(jìn)行縮聚反應(yīng)，得到側(cè)鏈含磷的端羥基飽和聚酯，再將其與甲苯二異氰酸酯（TDI）反應(yīng)合成含磷阻燃熱塑性聚氨酯彈性體。采用紅外光譜分析（FT-IR）、熱重分析、極限氧指數(shù)（LOI）、掃描電子顯微鏡（SEM）等方法對含磷高聚物的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、成炭能力等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，隨著磷含量的增加，極限氧指數(shù)值逐漸增大，分解溫度逐漸提高，殘?zhí)柯手饾u增大，燃燒炭層趨于致密。

馬慧等[5]利用聚氧化丙烯二醇、聚四亞甲基醚二醇和1,6-亞乙基二異氰酸酯、三羥甲基丙烷及納米氫氧化鎂、偶氮二磷酸酯及聚磷酸銨制備了聚氨酯彈性體。通過正交試驗優(yōu)化各組分配比及用量，并分析測試其物理性能和燃燒性能。結(jié)果表明，優(yōu)化配方制備的聚氨酯彈性體具有良好的阻燃性能以及力學(xué)性能。

邢亞琳等[6]基于磷-氫鍵與羰基加成反應(yīng)制備了3種反應(yīng)型阻燃劑2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧雜磷雜環(huán)己基)-2-丙醇（DMTO）、2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧雜磷雜環(huán)己基)-2-苯乙醇（RLGL）和 2,4,8,10-四氧雜-3,9-二磷雜[5.5]十一烷-3,9-二氧-3,9-二異丙醇（DPDM），然后將3種反應(yīng)型阻燃劑添加到聚氨酯中，并分析測試了阻燃性能。實驗結(jié)果表明，3種阻燃劑促進(jìn)聚氨酯成炭的效果顯著，聚氨酯極限氧指數(shù)達(dá)到26%。

鄧前軍等[7]以二異丙醇胺、亞磷酸二乙酯及多聚甲醛為原料，制備了反應(yīng)型阻燃劑N,N-二（2-羥異丙基）氨甲基膦酸二乙酯（HPAPE），并利用正交試驗得到了合成HPAPE的最優(yōu)條件。利用極限氧指數(shù)和垂直燃燒法測試了HPAPE阻燃聚氨酯的性能。結(jié)果表明，HPAPE對聚氨酯具有明顯的阻燃效果，阻燃聚氨酯的極限氧指數(shù)達(dá)到26.2%。

馮濤等[8]以蓖麻油、雙酚A聚酯二元醇、磷酸酯、氫氧化鋁、液化改性二苯基甲烷二異氰酸酯、多亞甲基多苯基異氰酸酯為主要原料，制備了一種雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠，并研究了聚酯多元醇、阻燃增塑劑和阻燃填料等對結(jié)構(gòu)膠阻燃性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，該阻燃型雙組分結(jié)構(gòu)膠各項性能優(yōu)異，可以達(dá)到高速動車組車身部分結(jié)構(gòu)粘接的要求。

彭華喬等[9]以苯甲醛、三氯氧磷、硫氰酸鉀、聚磷酸銨及新戊二醇等為主要原料，合成了新型阻燃劑PNSFR，并將其應(yīng)用于聚氨酯材料的阻燃改性，通過紅外和核磁對阻燃結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，測試了阻燃及力學(xué)性能。結(jié)果表明，新合成的阻燃劑PNSFR能顯著提高聚氨酯材料的阻燃性能，但其力學(xué)性能略有降低。

Lorenzetti等[10]以3,4-二甲基吡唑磷酸鹽、聚磷酸銨、磷酸鋁和磷酸三乙酯為阻燃劑，使用熱重-紅外(TGA-FTIR)聯(lián)用技術(shù)，研究了不同價態(tài)含磷阻燃劑阻燃聚氨酯材料的性能。結(jié)果顯示：當(dāng)阻燃劑分解溫度與純聚合物分解溫度范圍相同時，磷氧化態(tài)的影響變得重要。在這種情況下，在較低的磷氧化態(tài)［P(+1)］時，其氣相和固相作用同時被觀察到；而在較高的磷氧化態(tài)［P(+5)］下，僅觀察到固相作用。

Joanna等[11]使用N,N'-二（亞甲基環(huán)氧基-2-羥乙基）脲和硼酸衍生物制備了1種含硼反應(yīng)型阻燃多元醇。研究發(fā)現(xiàn)，硼酸鹽作為多元醇組分的應(yīng)用以及同時作為聚氨酯泡沫配方中的阻燃劑是非常有利的。與標(biāo)準(zhǔn)泡沫體相比，所制備的聚氨酯泡沫體具有更低的脆性、更高的抗壓強度和閉孔含量，以及優(yōu)良的阻燃性。

2 展望

阻燃聚氨酯材料已成為高分子材料研究與應(yīng)用領(lǐng)域的熱點，聚氨酯阻燃材料研究不僅是當(dāng)前安全生產(chǎn)和民用領(lǐng)域的迫切需求，而且對促進(jìn)企事業(yè)單位生產(chǎn)安全、消除可能的火災(zāi)隱患、保障廣大市民的生命財產(chǎn)安全具有重要的意義。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們環(huán)保意識的逐漸增強，對于具有優(yōu)良阻燃性能的新型高效環(huán)保聚氨酯阻燃材料的研究越來越受到重視；高效、無鹵、無毒、低煙、綠色環(huán)保將是今后阻燃聚氨酯材料的發(fā)展方向。