聚氨酯纳米阻燃技术

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2010年11月15日14时，上海静安区余姚路胶州路一栋 高层公寓起火，至少造成58人死亡，100余人受伤。事后 调查表明，事故现场违规使用大量聚氨酯泡沫材料。 不仅如此，2007年江西梧州市酒吧，2008年深圳南港 舞王歌舞厅，2009年福建长乐市酒吧，一起起火灾带走了 多少生灵，而聚氨酯泡沫屡屡充当着夺命真凶。 在这些事故中，聚氨酯泡沫不仅燃烧快，而且释放的 大量毒烟会造成人员伤亡，并给救援造成困难。
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2．3 POSS纳米阻隔层 POSS是一类简式为RSiO1.5的硅烷化合物。分子中的 R基团可以为氢分子、烷基、芳基、烯基等有机基团，其 分子结构主要有无规结构、梯形结构、部分笼型结构和笼 型结构。其中引入高分子材料中的POSS一般都指笼型结 构。 POSS纳米结构物质可以看作最细微的SiO2颗粒。其 结构特点可概括为: 分子内杂化结构，纳米尺寸效应，结 构可设计性和良好的溶解性。
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有些学者利用POSS基二醇或POSS基多羟基化合物代 替二元醇等一些交联剂，与多异氰酸酯发生聚合反应，以 此在PU的结构中引入POSS结构，增强PU的热稳定性。 引利用POSS基丙二醇代替部分二元醇与PT—MG及 MDI聚合生成了不同含量的PU／POSS纳米复合材料，结 果显示随着POSS含量的增加，复合体系的热稳定性逐渐 增强。用POSS基二醇代替部分二元醇合成出了POSS基 聚酯二醇，然后与多异氰酸酯反应得到PU／POSS纳米复 合材料，由于POSS分子接枝到PU的大分子链上，使得复 合体系的热稳定性提高。
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同样利用硅与磷、氮等元素间的阻燃协同效应．在纳 米复合体系中加入常规阻燃剂，对提高复合体系的阻燃性 能大有帮助。 通过在阳离子水性聚氨酯中加入磷系阻燃剂及少量纳 米SiO2粉体，制得水性聚氨酯阻燃涂层胶。并涂覆在涤纶 上。通过阻燃性能测试证明。与空白试样对比。复合体系 涂覆涤纶后不仅在续燃时间、炭长方面大幅度减小．而且 LOI值显著增大，燃烧过程中未出现熔滴现象，体系生成 的烟毒性也大大降低。
(MMT)，其外层结构包括一个由2个二氧化硅四面体通过
金属离子结合而成的两堆片层。
来自百度文库
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在燃烧过程中，聚合物表面形成多片层纳米复合结构、 排列较为整齐、坚硬的炭一硅酸盐结构炭层，构成良好的 传质、隔热屏障．使PU分解生成的挥发性物质的逸出、 外界氧的进入、材料与火源的热传递等都能得到一定程度 的遏制，从而使材料获得良好的阻燃性能。
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2、不同的纳米阻隔层
2．1层状硅酸盐纳米阻隔层 层状硅酸盐黏土为一种或多种呈疏松或胶状密实的含 水铝硅酸盐矿物的混合物，常见的有蒙脱土类和高岭土类， 其特性主要是刚性、不可透性以及纳米尺寸效应。 聚氨酯/层状硅酸盐纳米复合阻燃材料是近10年来研发 的热点，目前研究较多的主要是2：1型层状结构的蒙脱土
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3、结语
PU纳米复合材料优异的物理性能及阻燃特性表明这
种复合材料在阻燃聚合物方面有着巨大的应用前景。现阶 段。复配协效技术、大分子技术、微胶囊技术、表面改性 技术、接枝技术、纳米复合技术等在阻燃方面的应用已日 趋成熟，而通过2种或2种以上的技术相结合来达到阻燃的 目的不失为一种更好的方法。同时也可以在纳米复合材料 中引入磷、氮等元素，利用硅与磷、氮元素间的协同效应 进一步提高阻燃效果。
所以聚氨酯的阻燃改性工作势在必行。
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国内外对聚氨酯阻燃的传统方法是在聚氨酯中添加阻 燃剂。其中应用最多的是卤系阻燃剂和磷系阻燃剂及其他 一些无机阻燃剂。但这些传统阻燃剂的加入会大大损耗聚 氨酯的力学性能，而且在使用过程中，阻燃剂小分子会随 着时间的延长逐渐迁移出来，聚氨酯的阻燃性能就会逐渐 丧失。 于是。近年来随着纳米技术的迅速发展，纳米技术在 聚氨酯阻燃中的应用已受到业内人士的广泛关注。 相对于传统阻燃剂而言，纳米阻燃体系最为显著的特 点是只需添加极少量(≤5％)的纳米阻燃剂即可显著降低材 料的燃烧性能，并且纳米阻燃剂的加入还能使得材料的机 械性能得到提高
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1、阻燃机理
纳米复合材料在燃烧过程中，表面会形成一种致密的阻
隔层——含有纳米结构的无机炭层。炭层中通常还含有氮、
磷、氧和其它元素。炭化层降低材料可燃性的原因主要有： (1)炭化层可阻止降解牛成的气态或液态产物逸出材料表 面；(2)炭化层在燃烧的聚合物材料表面相当于一个隔热层， 隔断材料与火源的热传递；(3)炭化层也可阻止氧从周围介 质扩散入降解产生的可燃性气体中口。
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聚氨酯纳米阻燃技 术的研究进展
n091102113 凌杨
聚氨酯，是一种非常重要的合成树脂品种。目前在世界 上应用广泛。 其中，软泡沫塑料主要用于家具及交通工具各种垫材、 隔音材料等；硬泡沫塑料主要用于家用电器隔热层、屋墙面 保温防水喷涂泡沫、管道保温材料、建筑板材、冷藏车及冷 库隔热材等；半硬泡沫塑料用于汽车仪表板、方向盘等。 聚氨酯弹性则广泛用于冶金、石油、汽车、选矿、水利、 纺织、印刷、医疗、体育、粮食加工、建筑等工业部门。 不可否认，聚氨酯拥有优越的性能，价格又不高，所以 应用广泛。但是聚氨酯有一个非常差的性能，那就是易燃。 尤其是聚氨酯泡沫，不仅易燃，还会释放大量有毒烟雾，在 过去几年中给我国造成大量人员伤亡和财产损失。
硅与磷、氮、卤素等元素之间有阻燃协同效应。在材 料燃烧过程中，磷、氮、卤素元素促进炭层的形成，而硅 元素则增加这些炭层的热稳定性．使炭层结构致密稳定， 绝热阻隔性能增加。这一协同作用对提高PU的有限氧指 数和阻燃性能大有帮助。
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2．2二氧化硅纳米阻隔层 纳米二氧化硅是一种超微细的无机新材料，因其粒径 很小，具有比表面积大、表面吸附力强、表面能大、分散 性好等特点，广泛用于多个领域。 由于Si一O键的键能大，所以Si一O键在高温下具有良 好的热稳定性和抗氧化性能。如果二氧化硅粒子能达到纳 米级而且在聚合物基体中能实现很好的分散(纳米级分散)， 二氧化硅与聚合物就会有极大的接触表面积，从而可以改 善聚合物的热稳定性能。
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POSS 阻燃机理主要有，POSS 本身有机部分的分解 将消耗一部分热量，使得聚合物材料分解速度减缓;POSS 燃烧过程中消耗氧气，产生一些不具有燃烧性能的气体 ( 如N2、NH3等) ，可以起到稀释可燃有机气体的作用，从 而降低高分子材料燃烧的剧烈程度; POSS 燃烧以后，形 成硅氧化合物( SiO2) ，沉淀在还未燃烧的聚合物表面， 有一部分形成保护层，一定程度起到减缓热量传递，抑制 可燃气体挥发，阻隔可燃气体和氧气混合的作用; POSS 能够向聚合物熔体表面逐步迁移形成具有较高热稳定性的 隔阻层，从一定程度上对热质传递起到抑制作用。