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1、聚氨酯阻燃材料在国内外发展远景因为聚氨酯材料优良的性能，近年来聚氨酯工业的发展很快。我国 在 2000 年聚氨酯总产量已经超过 100 万吨。无论是发达国家还是发展 中的国家，聚氨酯工业一直保持了高于GDP的较高增长率。聚氨酯材 料和其他有机高分子材料一样，是一种可燃性较强的聚合物。特别是软 酯质泡沫塑料，由于密度小，比表面积较大，绝热性能好，其燃烧问题 尤为突出，自身氧指数只有 14-16，极易被点燃和燃烧。而且，一旦着 火，燃烧速度猛烈，不易扑灭。其燃烧过程中产生的烟雾有毒，极易造 成人员窒息死亡。最近颁发的中华人民共和国消防法对建筑和交通 部门使用的聚氨酯材料的阻燃性能做了明确的规定。一
2、.现状与发展PU 阻燃技术发展除了非卤化、抑烟化和无毒气体化趋势，具体要 求已从自熄型（氧指数 26）向难燃型（氧指数 30）提高。综合各方面的资料来看，对PU材料阻燃主要有两种方法：添加法 和反应型阻燃法。添加法在聚氨酯制品配方中加入含磷、氯、溴、锑、 铝、硼、氮等阻燃元素的添加型阻燃剂，使制得的产品具有阻燃性能。 从理论上讲，这种方法最为简便，不需要添加什么大型设备就可以按普 通的生产方法进行生产。大量的实验证明，绝大多数阻燃剂都会导致泡 沫塌泡、收缩或开裂，而且制得的产品的物理机械性能较差，仅有为数 不多的阻燃剂可以使用，且这些阻燃剂单独添加时阻燃效果都不显著。 同时，由于使用较多含溴阻
3、燃剂，燃烧烟气毒性也较大。从目前阻燃剂 的发展方向来看，主要从不含卤系等有机阻燃剂方向发展，着重于无机 阻燃剂。因为无机阻燃剂燃烧的烟气毒性小，甚至没有，而且价格比有 机阻燃剂便宜。反应型阻燃剂法在生产PU配方中加入含磷、氯、溴、硼、氮阻燃 元素的多羟基化合物等反应型阻燃剂，或在生产PU主要原料一一聚醚 多元醇、聚酯多元醇、异氰酸酯分子中引入阻燃元素，使制得的PU材 料分子中含有阻燃元素，从而获得阻燃性能。此种方法虽然具有阻燃性 能持久性好、对物理机械性能影响较小等优点，但在聚醚多元醇、聚酯 多元醇或异氰酸酯中引入阻燃元素的反应需要专用设备，生产过程较复 杂。而用阻燃聚醚多元醇或异氰酸酯，原料
4、不易购买。二研究概况PU材料的火灾危险性在国外早已引起很多国家的关注，对PU软 质泡沫塑料都已提出了阻燃的要求，并制定颁布了 FMVSS-302标准和 加利福尼亚州的家具燃烧试验标准CAL.117,限制非阻燃泡沫的生产和 使用，到1978年，使用的泡沫几乎都为阻燃型产品。英国要求用于家 具和床垫的泡沫都必须阻燃，1988年底宣布禁止不阻燃的普通泡沫和 高回弹泡沫用于家具制品。西欧共同体己批准此项禁令，其它欧洲国家 也纷纷效仿。德国也建立了相应法规限制非阻燃泡沫的生产及使用。日 本运输省81号文件对于客车的座、卧垫材规定都必须使用阻燃制品， 要求氧指数26.5。国外PU软质泡沫塑料阻燃技术受到了
5、较为普遍的重 视，许多国家都投入了大量人力、物力进行研究开发工作。国外过去的 研究工作主要偏重于添加法阻燃技术，开发生产了大量的阻燃PU软质 泡沫塑料应用于各种领域。但由于受发泡工艺的限制，为了尽量少改变 泡沫本身的性能，阻燃剂添加量有限，生产的阻燃PU软质泡沫塑料阻 燃水平也并不很高，一般为自熄型产品，氧指数为26,很少见到有PU 软质泡沫塑料氧指数高于26的报道。随着国外防火安全法规日趋严格，阻燃要求也越来越高，国外聚氨 酯行业进一步作了大量的研究，在阻燃剂方面下功夫，开发出一些效果 较好的阻燃剂用于PU软质泡沫塑料，因此近年来PU软质泡沫塑料阻 燃水平已有较大提高，正在由过去的自熄型向难
6、燃型（氧指数为30）迈 进。例如美国联合碳化物公司研究的高回弹PU软质泡沫塑料阻燃性能 不仅符合美国通用标准FMVSS-302，而且符合美国和英国目前最严格 的纽约港、波士顿防火部及英国BS5852标准的规定；德国巴斯夫公司 开发的EASYREST座垫PU软质泡沫塑料氧指数可达30。这是到目前 为止资料报道国外阻燃PU软质泡沫塑料氧指数的最高水平。耐燃原理：不同耐燃剂之阻燃原理各有不同，物体要燃烧必需具备 三要素，可燃物、火源、助燃物，因此要阻止燃烧，可形成不燃性气体 以降低可燃性气体的浓度，使燃烧速度延缓；或产生不燃性固体以阻止 物料与火焰之直接接触；可在受热时产生脱水或吸热反应，使系统之热
7、 传播速度变慢。有机物的燃烧往往是自由基链式反应。在燃烧时，有机 物首先发生链式热氧化裂解反应，高分子长链迅速崩溃，液态或固态有 机物变成可燃气体（小分子烃），其过程大体如下：小分子烃的燃烧也是自由基链式反应，最终生成二氧化碳和水。阻 燃的关键是捕捉自由基和降低自由基的能量。燃烧的聚乙烯离开火源会 自行熄灭，就是因为它在裂解过程中产生了能捕捉自由基的氯化氢。HCI+H0H20+CIHCI+HOOH2O+1/2O2+CICI+CICI2人们从聚氯乙烯的燃烧得到启迪，制备有阻燃性能的高分子材料。 作为阻燃剂应具备四个条件：阻燃剂本身是不可燃或低燃性物质； 在高分子材料中有较好的分散性；不能破坏被阻
8、燃物质的物理特性； 阻燃剂本身或在燃烧条件下不释放有毒气体。添加型阻燃剂的使用方 便，应用范围广，但对聚合物的性能有一定影响。如氯化石蜡、四溴乙 烷、氢氧化铝、氢氧化镁等。反应型的阻燃剂作为单体参加聚合反应， 使高分子聚合物具有阻燃性质。如四溴邻苯二甲酸酐、四氯双酚A等都 是反应型阻燃剂。主要用于缩聚反应，如聚氨酯、不饱和聚酯、环氧树 脂、聚碳酸酯等。不同的阻燃剂，其阻燃机理是不同的，但总的看来有物理效应和化 学效应之分。物理效应有稀释可燃物的作用、吸热作用和隔离空气的作 用；化学作用在碳化作用、消除自由基作用和磷酰化作用。以下以磷化 合物的作用为例说明。高分子聚合物燃烧时受热分解：磷化合物磷
9、酸偏 磷酸聚偏磷酸。聚偏磷酸是不易被引发的稳定的化合物，可覆盖在聚合 物表面形成保护膜阻燃。此外，由于磷酸、偏磷酸和聚偏磷酸的脱水作 用，在高温下使聚合物碳化形成碳化膜阻燃。由于含磷化合物的脱水作 用，它对含氧树脂的阻燃效果更好，同时含磷化合物在高分子聚合物燃 烧过程中都有PO生成，它可通过以下反应捕捉自由基H，起到阻燃 作用。有机磷的化合物不会产生烟雾及有害气体。PO+HHPOHPO+HH2+PO如何确定阻燃剂的用量是一个非常复杂的问题，它与阻燃剂、聚合 物、使用方法、阻燃性能的要求等几个方面都有关系。下表给出一些聚 合物达到自熄时各种阻燃元素的要求量。聚合物 P%C%Br%P+%C%P+%
10、Br%Sb4O6+%C%Sb4O6+%BrABS2335+7聚氨酯 1.518 2012 141+10 150.5+4 74+42.5+2.5聚酯 52512151+15202+62+16182+89环氧树脂56 1 6我国近年来已经有高等院校、科研单位及生产厂家对PU材料的阻燃技术进行了一定的探讨，但多属于国外早期添加型阻燃方法。研究的 深度和方向均大大落后于国外的水平，这将严重影响我国聚氨酯行业的 发展。利用聚氨酯/纳米符合材料制备阻燃聚氨酯时一个新的研究方向。 如选择有阻燃性的非卤体系化合物对粘土进行改性，从而有利于聚氨酯 和单体的插层，增加其阻燃性能。从而减少了聚氨酯材料燃烧过程中的 “二次危害”，解决了阻燃材料阻燃性能与力学性能矛盾的技术问题。
聚氨酯阻燃材料在国内外发展远景
