硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃及应用

RPUF阻燃方法
含磷、氮、卤素、锑、铝、硼等元素的塑料制品具有较好的阻燃性能。一般 可在配方中添加阻燃剂,使聚氨酯泡沫塑料具有一定的阻燃性能。选择阻燃剂, 除 考虑对制品的阻燃效果( 包括长期阻燃效果、遇火时的烟雾性等) 外, 还需考虑加 入阻燃剂对发泡工艺的影响, 以及对制品物性的影响。 聚氨酯的阻燃方法主要有：（１）采用非反应性添加型阻燃剂 （２）采用反应型阻燃剂。 （３）其他阻燃方法
硬质聚氨酯泡沫塑料的阻燃与应用
Flame Retardancy and Appliation of Rigid Polyurethane Foams
内容提要
1. 2. 3. 4. RPUF阻燃材料的需求与现状 RPUF的热解机理 RPUF常用阻燃剂 RPUF阻燃方法
RPUF阻燃需求与应用现状
聚氨酯泡沫塑料（RPUF）是聚氨酯材料的重要品种之一，约占聚氨酯总产 量的60％以上，其中RPUF约占ＰＵＦ的近40％，RPUF具有热导率小、抗压强度 高、黏结性好、易于加工等优点，广泛应用于电器（冰箱、冰柜）、建筑墙体、 工业管道及交通运输冷藏车的隔热保温、航空航天燃料保温及仿木装饰等方面， 其中建筑隔热保温是近年应用的重要方面。 采用聚氨酯等高分子泡沫塑料替代传统无机保温材料广泛用于建筑领域已成 为各国持续发展经济、节约能源的重要措施之一。我国建筑能源消耗约占社会总 能耗的30％，这一数据已接近发达国家水平。但单位建筑面积的能耗却远高于发 达国家 用作保温隔热材料的阻燃RPUF需求巨大；阻燃低烟低毒的RPUF保温隔热材 料必将在建筑节能领域发挥作用，其市场前景广阔。
RPUF常用阻燃剂
（１）卤代磷酸酯：磷酸三（β － 氯乙基）酯（TCEP）、磷酸三（β －氯异丙基）酯（TCPP）、磷酸三（β ，β ′－二氯异丙基）酯 （TDCPP）等； （２）膦酸酯：甲基膦酸二甲酯（DMMP）、丙基膦酸二甲酯（DMP）等； （３）含氮阻燃剂：三聚氰胺、氰脲酸三聚氰胺等； （４）膨胀型阻燃剂：可膨胀石墨、聚磷酸铵（APP）、三聚氰胺多 磷酸盐等； （５）其他无机阻燃剂，如氢氧化铝、氢氧化镁及红磷等。
需要注意的是：并不是所有不同类型的阻燃剂都能产生协同效应，比如 在软泡中三聚氰胺与CR505 或与氢氧化铝无协同阻燃效果 。
RPUF阻燃方法
（二）．反应性阻燃剂
含磷、氮或( 和) 卤素的多元醇及异氰酸酯等都是聚氨酯的反应型阻燃剂。 含阻燃元素的多异氰酸酯实用中很少。反应型阻燃剂作为一种反应成分参与反应, 对材料性能的影响小, 能稳定地结合到聚氨酯基体中, 使聚氨酯本身含有阻燃成分, 不会在长期使用过程中析出而降低阻燃性能。
RPUF阻燃方法
（一）．非反应性阻燃剂
Ａ．液态阻燃剂 聚氨酯泡沫用阻燃剂以液态阻燃剂为主。液体阻燃剂主要是含磷、氯、溴元 素的有机化合物。如三( 2-氯丙基) 磷酸酯(TCPP )、三( 2-氯乙基) 磷酸酯(TCEP) 等。 加入阻燃剂延缓了泡沫的热分解, 使起始分解温度提高。在一定程度内, 泡沫 中阻燃剂含量越高,则阻燃性越高。 条件限制 液态添加型阻燃剂的加入对发泡工艺的影响不大, 但由于阻燃剂 的增塑作用, 将泡沫的硬度降低; 且阻燃剂添加量过多会明显延缓发泡时，阻 燃剂对制品的某些物性有不良影响, 所以一般应在保证泡沫物性的前提下, 尽 可能少用阻燃剂而达到阻燃效果。
RPUF热解机理
其热解过程主要有以下三种反应： （１）分子断裂为异氰酸酯和醇：Leabharlann （２）生成伯胺、烯烃和CO2：
（３）生成仲胺和CO2：
阻燃原理
一般通过添加阻燃剂提高泡沫塑料的阻燃性, 以延缓燃烧、阻烟甚至使着火 部位自熄; 也可采用含阻燃元素的多元醇( 即反应型阻燃剂) 为泡沫原料。 阻燃剂必须具有以下一种或数种功能: ａ．能在着火温度或接近着火温度下吸热分解成不可燃物质; ｂ．能与泡沫燃烧产物反应生成不易燃物质; ｃ．可分解出能终止泡沫自由基氧化反应的物质。
反应型阻燃剂品种也很多, 如: 三( 一缩二丙二醇) 亚磷酸酯( 俗称P430) 、三 ( 聚氧化烯烃)磷酸酯、三( 聚氧化烯烃) 亚磷酸酯、三( 氰化多元醇) 磷酸酯二溴 戊二醇的聚醚多元醇溶液等
RPUF阻燃方法
RPUF阻燃方法
（一）．非反应性阻燃剂
Ｂ．固态阻燃剂 固态阻燃剂添加到液态原料中容易沉淀, 一般在发泡前或发泡时加入。在组 合聚醚中加入固态阻燃剂后一般需不停地搅拌, 以使料液均匀。固态阻燃剂会使 物料粘度增加, 降低物料的流动性, 对泡沫性能有一定的负面影响; 颗粒越细越有 利于阻燃性能的发挥, 并减轻对泡沫物性的不利影响 三聚氰胺( 蜜胺) 是一种用于模塑聚氨酯泡沫的固体阻燃剂 , 主要通过分解吸 热发挥阻燃效果, 在欧洲已大量使用 含膨胀性石墨的软质聚氨酯泡沫座垫, 阻燃性较高, 在国外被用于飞机上。但 石墨会使硬质泡沫开孔率提高, 影响绝热效果。 另外还有聚磷酸铵( APP)，红磷，氢氧化铝粉末等固态阻燃剂
RPUF阻燃方法
（一）．非反应性阻燃剂
Ｃ．固、液态复合阻燃剂 不同的阻燃元素、不同的阻燃剂复配使用, 会产生良好的协同效应。如磷化 物与含氮化合物等一起使用, 有显著的协效作用;磷、卤阻燃剂共同使用时,阻燃效 果更佳。 固态阻燃剂使物料粘度增加, 而液态阻燃剂降低物料粘度; 二者结合使用, 不 仅具有协同效应, 而且可调节反应物料的粘度, 得到高阻燃的聚氨酯泡沫塑料。
RPUF阻燃需求与应用现状
建筑墙体
灯罩
RPUF阻燃需求与应用现状
冷藏车隔热层
冰箱保温层
RPUF热解机理
RPUF是以聚醚多元醇、二苯甲烷二异氰酸酯（MDI）为基本原料，加入 催化剂、发泡剂和泡沫稳定剂反应而成。 RPUF的热分解主要分为３个阶段： 第一阶段（250℃前），分解为多元醇和异氰酸酯； 第二阶段（250~300℃），多元醇热分解； 第三阶段（400℃之后），异氰酸酯的热分解 最终热分解产物为简单的碳氢化合物、CO、CO2、HCN、甲醇、乙腈、 丙烯腈、丙腈、吡咯、苯胺、苄腈、喹啉、苯基异氰酸酯及残炭。