芮辉辉
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摘要：硬质聚氨酯泡沫有称为硬塑料，能够承受较大力度，具有不可延展性，易燃烧的特点，在生活中的运用氛围很广。为了探究阻燃剂对硬质聚氨酯泡的阻燃效果，本文先是设计实验合成了三聚氰胺基聚醚多元醇，然后再探析了ATH、APP和EG三种阻燃剂的阻燃效果。
关键词：硬泡；炮孔；ATH；APP；EG
硬质聚氨酯泡沫在受到一定的负荷压力下，泡沫变形的现状是不明显的，但是，在受到一定的负荷下是无法恢复到原来的现状。硬质聚氨酯泡沫具有质量小、传递热量系数小等特点。现阶段，聚氨酯硬质泡沫应用的领域也越来越广泛，它常常应用于枕头、沙发、玩具、服装等各个方面，因此，聚氨酯泡沫塑料在市场上迅速流行开来，目前，随着生活水平的不断提升，人们对产品质量的要求越来越高，聚氨酯硬质泡沫的质量也在不断的提升，新型硬质聚氨酯泡沫技术有了新的应用提升，采用了阻燃元素的多元醇，有效的降低了聚氨酯泡沫燃烧的几率。提高聚氨酯硬质泡沫的阻燃效率。
三聚氰胺作为良好的阻燃剂，是硬质聚氨酯泡沫中重要的材料之一，它有效提升了硬质聚氨酯泡沫的广泛应用。三聚氰胺包含了蛋白精、密胺等多种元素，同时，三聚氰胺对人的身体也有一定的伤害，不可以应用于食物中，它含有氮源物质，是化学阻燃剂重要材料。作为阻燃剂材料，具有一定的稳定性，在阻燃中得到一定的优点。其缺点是，在加工过程中存在一定的难度，其中的颗粒分布是比较散的，对于粒度的分布特点是有严格要求的。为了解决这一问题，采用了多元醇的合成的方式有效的提升了阻燃剂的效果。
1、HMMM-PG的合成
HMMM-PG在进行实验过程中，PG和HMMM的内容选取分别为46.78g和38.09g，在加入装有蒸馏烧瓶中，进行慢慢的搅拌，在进行相应的氮气。在进行搅拌的过程中，温度要保持在160℃，持续搅拌达到9小时以上，经过时间反应后，将温度直至降低70℃，在将剩余的甲醇去除。HMMM-PG合成反应方程式如图1所示：
图1：HMMM-PG合成的反应方程式
2、聚氨酯硬泡的性能特点
2.1硬泡的形貌与物理-力学性
图2：硬泡的泡孔形状
如图2所示，聚氨酯硬泡炮孔的形状主要有以上三种类型，其中，最左侧的泡孔是完整时的形状，泡孔的平均尺寸在0.3～0.4mm之间，中间图像的泡孔受到了轻微的破坏，平均尺寸在0.5～0.6mm之间，最右侧图像的泡孔也受到了破坏，平均尺寸在0.4～0.5mm之间。
聚氨酯硬泡的物理-力学性就是它的压缩强度和导热系数。不同形状的炮孔具有的物理特性也不同，在不添加阻燃剂时，聚氨酯硬泡的压缩强度为0.16MPa，这是因为聚氨酯硬泡内部含有较多的羟基官能团以及硬泡自身的三嗪环结构。在添加DMMP、ATH等阻燃剂后，硬泡的压缩强度下降到0.12MPa，这是因为阻燃剂破坏了硬泡炮孔的完整性。在不添加阻燃剂时，硬泡的导热系数为0.0257W/（m·K），添加阻燃剂后，硬泡的导热系数为0.0259W/（m·K），由此可见，DMMP、ATH等阻燃剂对硬泡的导热系数几乎没有影响。
2.2硬泡的热性能
硬泡样品在氮气气氛中的TG和DTG曲线如图3所示：
图3：TG和DTG曲线图
从图3中可以清楚的看出，硬泡样品在氮气中的分解可以分为三个过程：第一个过程在100～200℃，主要是样品中水分的挥发；第二个过程发生在200～350℃之间，此阶段发生的变化是硬泡内氨基甲酸酯键的断裂和部分PG的脱除；第三个阶段发生在350～500℃的环境内，该阶段主要是多元醇HMMM-PG和异氰酸酯的热降解。完整炮孔的硬泡（F1）和泡孔受损的硬泡（F2、F3）的分解过程大致相似，主要的区别就是在200～350℃和350～500℃温度范围内F2和F3的热失重较F1均有大幅降低。这是因为DMMP在无氧条件下降解生成的PO可以抑制基体的降解；另外，APP在分解的时候脱去氨气和水生成多聚磷酸，这些多聚磷酸附在基体的表面上，可以缓解基体的降解。
2.3硬泡的阻燃性能
在不添加阻燃剂时，聚氨酯硬泡的LOI值为20．9%，在添加阻燃剂后，聚氨酯硬泡的LOI值变成25．7%和30．2%，提高了不少。在添加阻燃剂后，硬泡样品的热释放速率峰值由209．7kW/m2降为91．7kW/m2，所以阻燃剂可以很好地降低硬泡的燃烧性，从而降低火灾发生的概率。这是因为阻燃剂ATH降解生成后的绒毛状物质和阻燃剂APP降解生成的多聚磷酸能够附着在残炭的表面，从而隔绝氧气，阻隔热量和可燃性气体向基体的传播。另外，阻燃剂EG膨胀后形成的蠕虫状蓬松炭层也能起到隔热层的作用，起到良好的阻燃效果。
3结论
三聚氰胺基聚醚多元醇对硬质聚氨酯泡沫具有很好的阻燃性，在阻燃剂DMMP、ATH、APP和EG的配方中，硬质聚氨酯泡沫的压缩强度达到0.23MPa，热稳定性有了很大的提高。阻燃剂ATH降解生成后的绒毛状物质、阻燃剂APP降解生成的多聚磷酸和阻燃剂EG膨胀后形成的蠕虫状蓬松炭层能够起到良好的阻燃效果。
参考文献：
[1]刘艳林，何吉宇，杨荣杰.三聚氰胺基聚醚多元醇的合成及对硬质聚氨酯泡沫阻燃性能的影响[J].高分子材料科学与工程，2018，34（03）：1-6.
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论文作者:芮辉辉
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第29期
论文发表时间:2019/8/28
标签：聚氨酯论文; 阻燃剂论文; 泡沫论文; 阻燃论文; 基体论文; 氰胺论文; 系数论文; 《建筑细部》2018年第29期论文;