聚氨酯泡沫塑料火灾危险性分析极其防火措施

聚氨酯泡沫塑料

火灾危险性分析及其防火措施

合肥市公安消防支队赵治安鲁广斌

摘要聚氨酯泡沫塑料是一种高分子合成材料，应用范围十分广泛，但聚氨酯泡沫塑料在

火灾时能放出使人窒息死亡的毒气，特别是近年来已在一些场所造成重大的人员伤亡事故。文章通过对聚氨酯泡沫塑料的燃烧过程及燃烧产物的毒性分析，探讨聚氨酯泡沫塑料的防火措施，并首次提出聚氨酯泡沫塑料在火灾初期对人体的伤害以及如何在一些场所有效、安全、合理地使用这一材料。

关键词聚氨酯燃烧火灾毒性阻燃措施

The toxicity of urethane foams fire hazards and the fire-protection measures

ZHAO Zhi-an Lu Guang-bin Lu Jian

(Hefei Fire Brigade,Hefei 230061,China)

Abstract：The urethane foams is a kind of high molecular synthetic material and can be used widely.But being burned,it can get out the poison suffocatingly gas . Especially it lead to some accidents with a lot of peoples death. The thesis research the technology of fire-protection for urethane foams by the combustion process of the urethane foams and the combustion products of it. The thesis raise the combustion products of the urethane foams injury to people firstly,and the ways to use it effectively,safely and reasonably .

Key words: urethane foams；synthesis combustion；fire；toxicity；measure；

○引言

聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。凡是在高分子主链上含有许多重复的-NH-CO-O-基因的高分子化合物通称为聚氨基甲酸酯。泡沫塑料是聚氨酯合成材料主要品种之一，它的主要特征是具有多孔性，因而相对密度小、比强度高。根据所用原料不同和配方不同，可制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料等几种。

聚氨酯泡沫塑料（PUF）具有优良的物理机械性能，声学性能，电学性能和耐化学性能，尤其是硬质聚氨酯泡沫塑料热导率特别低，是一种优质的绝热保温保冷材料。再之聚氨酯泡沫塑料的成型施工极为方便、价格便宜，因此它的应用范围十分广泛，几乎渗透到国民经济各部门，特别在家具、床具、运输、冷藏、建筑、绝热等部门使用得十分普遍，已经成为不可缺少的材料之一。

聚氨酯泡沫塑料在着火时，能放出大量使人窒息的毒气，易造成众多人员伤亡。聚氨酯材料火灾危险性分析和防火措施一直是人们关注的焦点，本文着重分析聚氨酯泡沫塑料燃烧过程的化学机理及其燃烧产物的毒性，初步探讨聚氨酯泡沫塑料的防火措施，并首次从理论上提出这一材料在火灾初期阶段对人的伤害以及如何在一些公众聚集场所有效、安全、合理地使用这一材料，预防火灾事故的发生。

1、聚氨酯泡沫塑料燃烧过程及其化学机理。

生产聚氨酯泡沫塑料的原料主要是有机异氰酸酯、有机多元醇化合物和助剂。有机异氰酸酯是指在分子结构中含有异氰酸酯基因（-NCO）的有机化合物。即R-（NCO）n，其中R为烷基，

甲基二异氢酸酯（TDI）的分子式为

多苯基多次甲基多异氰酸酯（PAPI）的结构式为

由于这种有机异氰酸酯含有较多的不饱和基因

-N=C=O，因此有机异氢酸酯是一种反应性极高的化合物；有机多元醇化合物是指有机化合物中含有二个以上羟基（-OH）的化合物。作为聚氨酯原料，则要求多元醇化合物分子中羟基数大于2；助剂包括催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、耐燃剂、各种抗热、抗氧稳定剂及填料等。它们在配方中用量不大，但对聚氨酯的性能影响却很大。

聚氨酯泡沫塑料燃烧过程和一般高分子物质的燃烧过程相似，大体可分为五个阶段：热量积蓄、热分解或降解与挥发、着火、热传递、蔓延。[1]

→不可燃气体

泡沫塑料+ 热—→可燃气体 + 氧化剂

着火火焰

→残渣或炭 + 氧化剂

聚氨酯泡沫塑料与外来热源接触，使其热量增加。由于聚氨酯塑料的热绝缘性比较好，这就容易使它的温度迅速升高，在达到分解温度时塑料发生分解或降解与挥发，产生可燃性气体。这些气体与空气中的氧气发生化学反应，达到比较激烈的程度，造成燃烧。燃烧过程中产生的热量传递给邻近的聚氨酯泡沫塑料，使之重复上面的过程，从而促使聚氨酯泡沫塑料分解，这样循环下去，直到泡沫塑料燃尽。

聚氨酯泡沫塑料燃烧不仅与燃烧条件（温度，空气供应量等）有关，而且聚氨酯泡沫塑料本身的结构不同，将会有不同的燃烧产物。对于硬质聚氨酯泡沫塑料，主要是由多元醇和多异氰酸酯反应而成，以氨基甲酸酯基为主体；而软质聚氨酯泡沫体，当采用水作为发泡剂时，在聚合物中存在有大量的脲基，

因此，在聚氨酯泡沫塑料的燃烧中，其热分解主要有四种反应：

（1）分子断裂为异氰酸酯和醇

RNHCOOR′→RNCO+R′OH

（2）生成伯胺、烯烃和二氧化碳

RNHCOOCH2CH2R′→RNH2+CH2= CHR′+ CO2

（3）生成仲胺和二氧化碳

RNHCOOR′→RNHR′+ CO2

（4）脲分解为异氰酸酯和伯胺

RNHCONHR′→RNCO+ R′NH2

这些热分解反应的起始温度也随置换基的多少而异，通常在200℃左右就开始逸出挥发物，稍高一些的温度就有异氰酸酯、多元醇、氨和二氧化碳气体等分解出来，这些分解产物，与足够量的氧气相混合，就可能会发生燃烧或进一步分解。

2、聚氨酯泡沫塑料的火灾危险性。

由于聚氨酯泡沫塑料在加工过程中添加了各种助剂包括阻燃剂等，因此聚氨酯泡沫塑料在燃烧时多为不完全燃烧，这种不完全燃烧在火灾中表现为很浓很黑的烟气，这种浓烟含有大量的C0、CO2、HCHO、HCN等有毒性气体。这些有毒气体的释放速率和总量不仅与聚氨酯泡沫塑料是否阻燃有关，而且还与聚氨酯泡沫塑料的燃烧温度有直接的关系。

以块状聚氨酯软泡和阻燃的块状聚氨酯软泡的燃烧产物进行对比，阻燃的块状聚氨酯软泡的有毒气体释放速率和总量要比不阻燃的块状聚氨酯软泡释放的有毒气体要大得多。[2]（P870）如下表所示：