聚氨酯与磷系阻燃剂 - 南开大学论坛

聚氨酯与磷系阻燃剂

发信人: vivian123 版面: 人文学术浏览: 40798 回复: 0

1 楼 vivian123 发表于: 2016/5/23 16:12:42 编辑

面对恐惧，人们往往会采取过激的行为，比如当大火烧掉了几个亿的财产，将完整的大楼烧的面目全非，并夺走了许多无辜者的生命。这时候人们除了会对导致火灾的始作俑者要求严惩以外，对于引燃物也会产生巨大的偏见与误解。聚氨酯泡沫塑料作为建筑内外墙保温等方面，性质优异，然而在非阻燃型聚氨酯泡沫塑料屡屡充当夺命杀手，不明真相的人们纷纷要求禁止使用聚氨酯泡沫塑料，对建筑上使用的聚氨酯泡沫塑料保温层的安全性提出了质疑。那么聚氨酯泡沫塑料到底是什么，它有没有可能通过改性等方式减小它的可燃性呢，本文将简单对聚氨酯泡沫塑料进行介绍，并对磷系阻燃剂在其阻燃剂改性的应用进行简要的说明。
物质简介
聚氨酯（PU）是聚氨基甲酸酯的简称，其聚合物主链上包含许多重复的-NHCOO-基团，通常由多元醇化合物和多异氰酸酯（二元或多元）反应制得。同时，可以通过改变原料的官能团数目可以调整聚氨酯的结构，制得线形或体型结构，获得不同性能的聚氨酯材料。其制品可分为泡沫制品和非泡沫制品两大类。泡沫制品又可分为硬质、软质和半硬质泡沫；非泡沫制品包括涂料、胶黏剂、弹性体和合成革等，它们在建筑、工业及国防等领域有着广泛的应用。
聚氨酯泡沫塑料被称为“第五大塑料”，是聚氨酯产品中最主要的品种。聚氨酯产品的用量在全球合成材料中排名第六，己成为全球应用最广、发展最快的高分子合成材料之一。而用量最大的聚氨酯硬泡，其分子链中的碳氢分子链段比重较高，且泡沫密度较小，泡沫呈孔状结构，比表面积大，气体渗透性好，所以极易燃烧，此外，聚氨酯硬泡在燃烧过程中会产生大量有毒气体和烟雾。

聚氨酯硬泡的制备
聚氨酯的制备过程较为复杂，这里简单说一下硬质聚氨酯泡沫塑料的制备。使用的主要原料有：多元醇化合物、多异氰酸酯、发泡剂、泡沫稳定剂、催化剂及各种助剂以及阻燃剂等。

制备方法主要有三种：完全预聚体法，半预聚体法和一步法。
对于完全预聚体法，由于制得的预聚体的粘度较高（可达100Pa·s），实际应用中己不多见。而半预聚体法虽然降低了预聚体的粘度（10Pa·s以下），但是存在易变质等问题，现在几乎很少使用。一步法是目前使用最为广泛的制备聚氨酯硬泡的方法。其操作过程为：将多元醇、异氰酸酯等所有原料混合在一起直接发泡成型的一种方法。不存在高粘度的问题，也没有半预聚体法中时刻要保持干燥的麻烦，使得泡沫的整个制备过程简便快捷，易于操作，不过，对原料的选择以及工艺参数的控制要求较高。
硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃改性

添加了阻燃剂的聚氨酯泡沫塑料
硬质聚氨酯泡沫塑料的导热系数是所有有机保温材料中最低的，具有极佳的隔热保温性能。而未经阻燃处理的硬泡氧指数只有16%~18%，极易燃烧（通常认为22%以上为非燃品），所以添加阻燃剂是必要的工序，而PU材料燃烧时发生的热降解是一个复杂的异构化过程，包含多个多级降解反应。热解发生物理和化学变化产生不同种类的挥发性物质，所以，PU的燃烧热解机制是一个非常困难的过程，而其热解机理至今尚无定论。不过根据实践经验，以及其它阻燃机理的佐证，基本找到可以实际使用的阻燃剂品类。
经常使用的添加型阻燃剂为卤系阻燃剂和有机磷系阻燃剂。而卤系阻燃剂是目前全世界产量最大的阻燃剂，但是其燃烧时产生大量对人体和环境有害的烟、腐蚀性气体和有毒气体，所以，磷系阻燃剂就有更加广阔的发展空间。
有机磷系添加的阻燃剂主要有甲基磷酸二甲酯（DMMP）、乙基磷酸二乙酯（DEEP）、磷酸三（2-氯乙基）酯（TCEP）、磷酸三（1-氯-2-丙基）酯（TCPP）、磷酸三（2、3-二氯丙基）酯（TDCPP）等。此外，无机磷系阻燃剂中，聚磷酸铵（APP）与红磷也是性能优良的添加型阻燃剂。而且APP的P、N阻燃元素含量较高，热稳定性好，产品近乎中性，而且价廉，阻燃性能持久，毒性低，单独或与其他阻燃剂复配使用均可。红磷也可用于聚氨酯泡沫塑料阻燃。可与TCEP、DMMP和ATH等多种阻燃剂有良好协同作用，能有效提高聚氨酯泡沫的阻燃性能。（关于聚磷酸铵与红磷的相关知识，可参看本网博客板块的相关文章）

参考资料：
1. 百度百科/图片
2. 好磷网—磷字典
3. 好磷资讯
4. 《阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备与性能》毛晓琪