聚氨酯泡沫制備及阻燃性研究

陳嬌

摘 要：為了減少聚氨酯泡沫的火災(zāi)隱患，論文在加入不同種類不同配比阻燃劑制備聚氨酯泡沫的基礎(chǔ)上，采用JCY-2煙密度儀測試其產(chǎn)煙量的變化，以探討阻燃劑對聚氨酯泡沫燃燒性的影響，從而為具體的現(xiàn)場應(yīng)用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：聚氨酯泡沫;聚磷酸銨;氫氧化鋁;阻燃性

聚氨酯泡沫是一種高分子合成材料，應(yīng)用十分廣泛，但聚氨酯泡沫在火災(zāi)時能放出使人窒息死亡的有毒氣體，特別是近年來，由此產(chǎn)生的重大人員傷亡事故時有發(fā)生。因此，研究聚氨酯泡沫的阻燃性非常有必要。

1 聚氨酯泡沫制備

聚氨酯泡沫的制備方法分為預(yù)聚體法、半預(yù)聚體法和一步法三種。本實驗主要采用一步法。一步法發(fā)泡即是將聚醚或聚酯多元醇、多異氰酸酯、水以及其他助劑如催化劑、泡沫穩(wěn)定劑等一次加入，使鏈增長、氣體發(fā)生交聯(lián)等反應(yīng)在短時間內(nèi)幾乎同時進(jìn)行，在物料混合均勻后，1～10秒即行發(fā)泡，0.5～3分鐘發(fā)泡完畢并得到具有較高分子量一定交聯(lián)密度的泡沫制品。要制得泡沫孔徑均勻和性能優(yōu)異的泡沫，必須采用復(fù)合催化劑、外加發(fā)泡劑和控制合適的條件，使三種反應(yīng)得到較好的協(xié)調(diào)。在聚氨酯泡沫制備過程中主要發(fā)生如下反應(yīng)：①預(yù)聚體的合成：由二異氰酸酯與聚醚或聚酯多元醇反應(yīng)生成含異氰酸酯端基的聚氨酯預(yù)聚體;②氣泡的形成與擴(kuò)鏈：異氰酸根與水反應(yīng)生成的氨基甲酸不穩(wěn)定，分解生成胺與二氧化碳，放出的二氧化碳?xì)怏w在聚合物中形成氣泡，并且生成的端氨基聚合物可與異氰酸根進(jìn)一步發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)得到含脲基的聚合物;③交聯(lián)固化：異氰酸根與脲基上的活潑氫反應(yīng)，使分子鏈發(fā)生交聯(lián)，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

1.1 制備流程

物料稱重→物料混合→攪拌→加入發(fā)泡劑→發(fā)泡成型。

1.2 制備原材料及配方

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;異氰酸酯10g。為了分析氫氧化鋁和聚磷酸銨（Ammonium Polyphosphate，簡稱APP）對聚氨酯泡沫燃燒性能的影響，分別制備加入不同質(zhì)量氫氧化鋁和APP的聚氨酯泡沫，具體配比如下：

2 聚氨酯泡沫阻燃性實驗

2.1 阻燃機(jī)理

氫氧化鋁的阻燃機(jī)理包括碳化、隔離、稀釋和冷卻四個方面。APP的阻燃機(jī)理：APP遇熱分解后生成聚多磷酸（強(qiáng)脫水劑），促使有機(jī)物表面脫水碳化。遇熱膨脹，非揮發(fā)性磷的氧化物及聚磷酸對基材表面進(jìn)行覆蓋，隔絕空氣從而達(dá)到阻燃的目的。

2.2 實驗儀器原理

實驗主要采用JCY-2煙密度儀測試加入不同種類不同配比的阻燃劑后，聚氨酯泡沫產(chǎn)煙量的變化，以探討阻燃劑對聚氨酯泡沫產(chǎn)煙量和燃燒速度的影響，從而反應(yīng)出聚氨酯泡沫加入阻燃劑后，燃燒性能的變化。一定的光束穿過煙場后，其強(qiáng)度會產(chǎn)生一定的衰減，這就是所謂煙氣的遮光性。設(shè)I0為由光源射入長度給定空間的光束的強(qiáng)度，I為該光束由該空間射出后的強(qiáng)度，則比值I/I0稱為該空間的透射率。若該空間沒有煙塵，射入和射出的光強(qiáng)度幾乎不變，及透射率等于1。

2.3 試驗步驟

①按要求校正試驗裝置，將聚氨酯泡沫剪切成標(biāo)準(zhǔn)樣品【（25.4+0.3）mm×（25.4+0.3）mm×（6.2+0.3）mm】;②關(guān)閉所有排煙口，打開丙烷氣閥并立即點燃本生燈，把丙烷氣的工作壓力調(diào)至210kPa;③將試樣平放在試樣支架的鋼絲格網(wǎng)上，其位置應(yīng)處于本生燈轉(zhuǎn)入測試狀態(tài)時、燃燒火焰能對準(zhǔn)試樣下表面的中心位置處;④按下“測試”鍵、關(guān)閉煙箱門;顯示窗立即顯示測試的時間值和此時對應(yīng)的煙密度值;⑤同一種試樣共做三次平行試驗。

3 實驗結(jié)果分析與結(jié)論

圖1表示的是聚氨酯泡沫加入APP后的煙密度等級（實線），虛線表示的是煙密度等級變化趨勢;圖2表示加入氫氧化鋁后聚氨酯泡沫煙密度等級。結(jié)合試驗過程，分析圖1、圖2得以下結(jié)論：①在聚氨酯泡沫制備過程中添加APP阻燃劑，能起到一定阻燃效果，且該材料發(fā)煙量對比空白對照組沒有明顯改變;在制備方面，APP阻燃劑不影響聚氨酯泡沫發(fā)泡制備;②在聚氨酯泡沫制備過程中添加氫氧化鋁，同樣起到一定阻燃效果，但不如添加APP阻燃劑效果明顯;另外，添加氫氧化鋁阻燃劑會影響聚氨酯泡沫的發(fā)泡制備，難以成型。

綜上所述，在運用一步法制備聚氨酯泡沫過程中，APP阻燃劑相對于氫氧化鋁阻燃劑的各方面性能更優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

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