阻燃聚氨酯预聚体增韧酚醛泡沫塑料的性能
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（１．同济大学 材料科学与工程学 院，上海 ２０１８０４；２．先进土木工程材料教育部重点实验室 （同济 大学 ），上海 ２０１８０４）
摘要 ：采用 ４，４＇－亚甲基 双（异 氰酸苯酯 ）和阻燃聚醚 多元 醇为原料 ，制备 出阻燃 聚氨 酯预 聚体 （Ｆｍ￣ＵＶ），探 讨 了 ＦＲＰＵＰ 对 酚醛 泡沫增韧 改性 作用。研 究了 ＦＲＰＵＰ的用量对 酚醛 泡沫 的力学性 能、阻燃性 能、隔热性 能 的影 响。结果表 明 ，当 ＦＲＰＩ 添加量 为 ２ ｐｈｒ时 ，改性 酚醛泡沫 的弯曲强度和 压缩强度 分别 比未改性 酚醛 泡沫提升 了１７．３％￣２４．５％；改性 酚 醛 泡沫的氧指数提 高到４１．５％；改性酚醛泡沫的导热 系数 比未改性酚醛泡沫也有所 降低 。
材料 的弯 曲强度和降低泡沫材料 的掉粉率 ，而且泡沫 上 海精 密 仪 器 仪 表 有 限公 司；综 合 热 分析 仪 ＳＴＤ
ｄｏｉ：１０．１６８６５￣．ｅｎｉｄ．１０００－７５５５．２０１８．０３．０２９ 收稿 日期 ：２０１７．０３．２２ 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（２１１７４１０６） 通讯联 系人 ：王正洲 ，主要从事聚合物 阻燃材 料方 面研究 ，Ｅ－ｍａｉｌ：
１．２ 阻燃聚 氨酯预 聚体 合成 称取一 定量 的 阻燃 聚 醚 多元 醇 于 圆底 烧 瓶 中 ，连
接到旋转蒸发仪上 ，６０℃抽真空减压蒸馏 ０．５ ｈ，以除
泡 １．５ ｈ，得 到改 性 的酚醛 泡 沫 。纯 酚醛 泡沫 及改 性 酚
时
醛 泡沫 的配方 见Ｔａｂ．１。
∞
１．４ 测试 与 表征
集热式恒 温磁力搅拌 器 ＤＦ－ＩＩ：上海华研设备 仪 器 有 限 公 司 ；旋 转 蒸 发 仪 ＶＡＰ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：德 国 Ｈｅｉｄｏｌｐｈ公司；导 热系数 测试仪 ＤＨＲ－ＩＩ：湘潭湘仪仪 器有限公司 ；偏光显微镜 ＸＰＬ－３０ＴＦ：上海巍途光电技 术有限公司；微机控制 电子万能试验机 ＣＭＴ５１０５：深 圳市新三科材料检测有 限公司 ；氧指数测定仪 ＨＣ－２：
wk.baidu.com
１ 实 验部 分 １．１ 试 剂 与仪 器
４，４’一亚甲基二对 苯基二异氰 酸酯 （ＭＤＩ，９８％）： 上海 阿拉丁生化科技股份有限公 司 ；阻燃聚醚多元醇 （ＦＲ．２１２）：无色液体 ，羟值 １１Ｏ～１３０ ｍｇ ＫＯＨ／ｇ，黏度 ３００￣５００ ｍＰａ·Ｓ，万 华化 学 集 团股 份有 限公 司 ；热 固性 酚醛树脂 （甲阶，棕黄色液体 ）：固含量７７％～８３％，工 业品，济南圣泉集 团；吐温一８Ｏ、磷酸 （浓度 ８５％）、对 甲 苯磺酸、正戊烷 ：分析纯试 剂 ，上海阿拉 丁生化科技股 份有 限公 司。
木质素增韧酚醛泡沫 ，改性后 的酚醛泡沫具有更好的 力学性能和较低 的掉渣率－２］。聚氨酯 预聚体 的韧性 很好 ，也 是酚醛树脂 及其 泡沫 材料 常用 的增 韧改性 剂 ［３，４ｌ。
然而 ，酚醛泡沫常用 的改性剂通常是易燃性材料 ， 往往会导致酚醛泡沫材料的阻燃性能降低。 目前 ，解 决的主要方法是将具有阻燃作用 的元素如磷 、氮 、硅等 接到增韧剂分子链 中制备 出阻燃性增韧剂 ，利用这种 阻燃性增韧剂去改性酚醛泡沫 ，以期 既能够提高酚醛 泡沫 材料 的韧 性 ，又能 够保 持 或 提 高 其 阻燃 性 能。 Ｙａｎｇ等 合 成 了 一 种 含 磷 和 硅 的 聚 氨 酯 预 聚 体 （ＰＳＰＵＰ）用 于增 韧 酚醛 泡 沫 ，结 果 表 明在 酚 醛 泡 沫 中 加入 ＰＳＰＵＰ，可 以显著提高其压缩强度、冲击强度 ，减 小掉渣率 ，显示 出 ＰＳＰＵＰ卓越 的增 韧效果 ．６ Ｊ。Ｓｕｉ 等研究了聚乙二醇磷酸酯在酚醛泡沫 中的增韧作用 ， 结果发现，适量添加阻燃增韧剂不仅大 幅度提高泡沫
材 料 还具 有优 异 的阻燃 性 能 －７ Ｊ。 本论文采用阻燃的聚醚多元醇，与毒性较低 、活性
较大的二苯基 甲烷二异氰酸酯 （ＭＤＩ）在一定条件下进 行反应 ，制备 出阻燃的聚氨酯预聚体 （ＦＩ ＵＰ），研究 其在酚醛泡沫中的增韧作用 ，探讨其用量对 酚醛泡沫 的力学性能、阻燃性 能、导热性能、热分解等特性 的影 响 。
第 ３４卷第 ３期 ２０１８年 ３月
高分子材料科学 与工程
ＰＯＬＹＭ ＥＲ Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧ ＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．３ Ｍ ａｒ．２０１８
阻燃 聚 氨 酯 预 聚 体 增 韧 酚 醛 泡 沫 塑 料 的 性 能
史逸伦 ，王正 洲 ，２
关键词 ：阻燃聚氨酯预聚体 ；酚醛泡沫 ；增韧 ；阻燃 性 ；力学性能 中图分类号 ：ＴＱ３２８．２ 文献 标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０００．７５５５（２０１８）０３．０１６８—０５
酚醛 （ＰＦ）泡沫塑料虽然具有耐热、难燃、抗火焰 穿透 、燃烧时低烟低 毒等优 点 ，却存在脆性大 、易粉化 等缺点 ，大大限制 了其应用。酚醛泡沫 的增韧改性剂 通常为橡胶、热塑性树脂 、增强纤维等。黄世俊等采用 腰果壳油改性酚醛树脂 ，研究结果表 明，因腰果壳油中 的腰果酚参与缩聚反应 ，所制备 的改性酚醛树脂较未 改性酚醛树脂具有 更好 的韧性 ｌ１ Ｊ。赵 丽斌等 以酶解
去其中可能含有 的少量水分 ，待冷却后 置于密闭容器 １．４．１ ＰＯＭ 测试 ：利 用 透 反射 偏 光 显微 镜对 泡 沫 的
中密封保存待用。将 三颈烧瓶置 于恒温磁力搅拌 器 结构进行观察 ，样品观察面垂直于发泡方 向。
ｇ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ
第 ３期
史逸伦 等：阻燃 聚氨酯预聚体增 韧酚醛泡沫塑料的性能
Ｑ６００：美 国 ＴＡ公 司 ；模 具 ：自制 ，尺 寸 为 ２００ １Ｔｉｍ ×９０ 磷酸与蒸馏水按 照质量 比２：１：２复配）、发泡剂 （正戊
１Ｔｉｍ × ５０ ｍｍ ｏ
烷），搅拌均匀后倒人模具 中，在 ８０℃烘箱 中固化、发
摘要 ：采用 ４，４＇－亚甲基 双（异 氰酸苯酯 ）和阻燃聚醚 多元 醇为原料 ，制备 出阻燃 聚氨 酯预 聚体 （Ｆｍ￣ＵＶ），探 讨 了 ＦＲＰＵＰ 对 酚醛 泡沫增韧 改性 作用。研 究了 ＦＲＰＵＰ的用量对 酚醛 泡沫 的力学性 能、阻燃性 能、隔热性 能 的影 响。结果表 明 ，当 ＦＲＰＩ 添加量 为 ２ ｐｈｒ时 ，改性 酚醛泡沫 的弯曲强度和 压缩强度 分别 比未改性 酚醛 泡沫提升 了１７．３％￣２４．５％；改性 酚 醛 泡沫的氧指数提 高到４１．５％；改性酚醛泡沫的导热 系数 比未改性酚醛泡沫也有所 降低 。
材料 的弯 曲强度和降低泡沫材料 的掉粉率 ，而且泡沫 上 海精 密 仪 器 仪 表 有 限公 司；综 合 热 分析 仪 ＳＴＤ
ｄｏｉ：１０．１６８６５￣．ｅｎｉｄ．１０００－７５５５．２０１８．０３．０２９ 收稿 日期 ：２０１７．０３．２２ 基金项 目：国家 自然科学基金资助项 目（２１１７４１０６） 通讯联 系人 ：王正洲 ，主要从事聚合物 阻燃材 料方 面研究 ，Ｅ－ｍａｉｌ：
１．２ 阻燃聚 氨酯预 聚体 合成 称取一 定量 的 阻燃 聚 醚 多元 醇 于 圆底 烧 瓶 中 ，连
接到旋转蒸发仪上 ，６０℃抽真空减压蒸馏 ０．５ ｈ，以除
泡 １．５ ｈ，得 到改 性 的酚醛 泡 沫 。纯 酚醛 泡沫 及改 性 酚
时
醛 泡沫 的配方 见Ｔａｂ．１。
∞
１．４ 测试 与 表征
集热式恒 温磁力搅拌 器 ＤＦ－ＩＩ：上海华研设备 仪 器 有 限 公 司 ；旋 转 蒸 发 仪 ＶＡＰ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ：德 国 Ｈｅｉｄｏｌｐｈ公司；导 热系数 测试仪 ＤＨＲ－ＩＩ：湘潭湘仪仪 器有限公司 ；偏光显微镜 ＸＰＬ－３０ＴＦ：上海巍途光电技 术有限公司；微机控制 电子万能试验机 ＣＭＴ５１０５：深 圳市新三科材料检测有 限公司 ；氧指数测定仪 ＨＣ－２：
wk.baidu.com
１ 实 验部 分 １．１ 试 剂 与仪 器
４，４’一亚甲基二对 苯基二异氰 酸酯 （ＭＤＩ，９８％）： 上海 阿拉丁生化科技股份有限公 司 ；阻燃聚醚多元醇 （ＦＲ．２１２）：无色液体 ，羟值 １１Ｏ～１３０ ｍｇ ＫＯＨ／ｇ，黏度 ３００￣５００ ｍＰａ·Ｓ，万 华化 学 集 团股 份有 限公 司 ；热 固性 酚醛树脂 （甲阶，棕黄色液体 ）：固含量７７％～８３％，工 业品，济南圣泉集 团；吐温一８Ｏ、磷酸 （浓度 ８５％）、对 甲 苯磺酸、正戊烷 ：分析纯试 剂 ，上海阿拉 丁生化科技股 份有 限公 司。
木质素增韧酚醛泡沫 ，改性后 的酚醛泡沫具有更好的 力学性能和较低 的掉渣率－２］。聚氨酯 预聚体 的韧性 很好 ，也 是酚醛树脂 及其 泡沫 材料 常用 的增 韧改性 剂 ［３，４ｌ。
然而 ，酚醛泡沫常用 的改性剂通常是易燃性材料 ， 往往会导致酚醛泡沫材料的阻燃性能降低。 目前 ，解 决的主要方法是将具有阻燃作用 的元素如磷 、氮 、硅等 接到增韧剂分子链 中制备 出阻燃性增韧剂 ，利用这种 阻燃性增韧剂去改性酚醛泡沫 ，以期 既能够提高酚醛 泡沫 材料 的韧 性 ，又能 够保 持 或 提 高 其 阻燃 性 能。 Ｙａｎｇ等 合 成 了 一 种 含 磷 和 硅 的 聚 氨 酯 预 聚 体 （ＰＳＰＵＰ）用 于增 韧 酚醛 泡 沫 ，结 果 表 明在 酚 醛 泡 沫 中 加入 ＰＳＰＵＰ，可 以显著提高其压缩强度、冲击强度 ，减 小掉渣率 ，显示 出 ＰＳＰＵＰ卓越 的增 韧效果 ．６ Ｊ。Ｓｕｉ 等研究了聚乙二醇磷酸酯在酚醛泡沫 中的增韧作用 ， 结果发现，适量添加阻燃增韧剂不仅大 幅度提高泡沫
材 料 还具 有优 异 的阻燃 性 能 －７ Ｊ。 本论文采用阻燃的聚醚多元醇，与毒性较低 、活性
较大的二苯基 甲烷二异氰酸酯 （ＭＤＩ）在一定条件下进 行反应 ，制备 出阻燃的聚氨酯预聚体 （ＦＩ ＵＰ），研究 其在酚醛泡沫中的增韧作用 ，探讨其用量对 酚醛泡沫 的力学性能、阻燃性 能、导热性能、热分解等特性 的影 响 。
第 ３４卷第 ３期 ２０１８年 ３月
高分子材料科学 与工程
ＰＯＬＹＭ ＥＲ Ｍ ＡＴＥＲＩＡＬＳ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧ ＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．３ Ｍ ａｒ．２０１８
阻燃 聚 氨 酯 预 聚 体 增 韧 酚 醛 泡 沫 塑 料 的 性 能
史逸伦 ，王正 洲 ，２
关键词 ：阻燃聚氨酯预聚体 ；酚醛泡沫 ；增韧 ；阻燃 性 ；力学性能 中图分类号 ：ＴＱ３２８．２ 文献 标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０００．７５５５（２０１８）０３．０１６８—０５
酚醛 （ＰＦ）泡沫塑料虽然具有耐热、难燃、抗火焰 穿透 、燃烧时低烟低 毒等优 点 ，却存在脆性大 、易粉化 等缺点 ，大大限制 了其应用。酚醛泡沫 的增韧改性剂 通常为橡胶、热塑性树脂 、增强纤维等。黄世俊等采用 腰果壳油改性酚醛树脂 ，研究结果表 明，因腰果壳油中 的腰果酚参与缩聚反应 ，所制备 的改性酚醛树脂较未 改性酚醛树脂具有 更好 的韧性 ｌ１ Ｊ。赵 丽斌等 以酶解
去其中可能含有 的少量水分 ，待冷却后 置于密闭容器 １．４．１ ＰＯＭ 测试 ：利 用 透 反射 偏 光 显微 镜对 泡 沫 的
中密封保存待用。将 三颈烧瓶置 于恒温磁力搅拌 器 结构进行观察 ，样品观察面垂直于发泡方 向。
ｇ＠ｔｏｎｇｊｉ．ｅｄｕ．ｃｎ
第 ３期
史逸伦 等：阻燃 聚氨酯预聚体增 韧酚醛泡沫塑料的性能
Ｑ６００：美 国 ＴＡ公 司 ；模 具 ：自制 ，尺 寸 为 ２００ １Ｔｉｍ ×９０ 磷酸与蒸馏水按 照质量 比２：１：２复配）、发泡剂 （正戊
１Ｔｉｍ × ５０ ｍｍ ｏ
烷），搅拌均匀后倒人模具 中，在 ８０℃烘箱 中固化、发