淺析勻泡劑對(duì)提高聚氨酯硬泡阻燃等級(jí)的作用

1、<p>　　淺析勻泡劑對(duì)提高聚氨酯硬泡阻燃等級(jí)的作用</p><p>　　摘要:本文結(jié)合聚氨酯硬泡的阻燃原理及阻燃方法，用國(guó)外進(jìn)口的硅油B阻燃硅油為例，比較加普通硅油和阻燃硅油的區(qū)別，并探討勻泡劑對(duì)聚氨酯硬泡的影響。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 勻泡劑;聚氨酯硬泡;阻燃等級(jí) </p><p>　　Abstract ：combining the prin

2、ciple and method of flame retardant flame retardant of RPUF, this paper put the imported B flame retardant silicone oil as an example, compare with conventional silicone oil and flame retardant silicone oil, andexplore t

3、he foam agent of polyurethane rigid foam. </p><p>　　Key words：Foam agent; RPUF; Flame retardant grade </p><p>　　中圖分類(lèi)號(hào)：TQ328.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A </p><p>　　近年來(lái),火災(zāi)事故的持續(xù)發(fā)生，對(duì)火災(zāi)的預(yù)防提出了更高的要求,對(duì)聚氨酯硬泡外墻保

4、溫的應(yīng)用影響很大。提高其阻燃性的呼聲很高。RPUF具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能、電學(xué)性能、聲學(xué)性能及耐化學(xué)腐蝕性能,并與多種材料有很強(qiáng)的黏結(jié)能力,從而被廣泛用作石油化工管道、冷藏設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備以及建筑物的保溫隔熱材料。但是未經(jīng)阻燃處理的RPUF的氧指數(shù)一般低于19%,低于空氣中的氧濃度(20%),屬易燃材料,并在燃燒過(guò)程中放出HCN、CO等有毒氣體。因此,隨著RPUF的廣泛應(yīng)用,其耐燃防火問(wèn)題已成為迫切需要解決的重要課題。我國(guó)在2006年制定

5、了《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》新標(biāo)準(zhǔn),采用錐形量熱儀進(jìn)行檢測(cè),代替了以前的氧指數(shù)檢測(cè)方法,可以更加科學(xué)地評(píng)價(jià)材料的阻燃性能。 </p><p>　　一、聚氨酯硬泡的概述 </p><p>　?。ㄒ? 聚氨酯硬泡簡(jiǎn)介 </p><p>　　聚氨酯硬泡，是由硬泡聚醚多元醇（聚氨酯硬泡組合聚醚又稱(chēng)白料），與聚合MDI（又稱(chēng)黑料）反應(yīng)制備的。主要用于制備硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料

6、，廣泛應(yīng)用于冰箱、冷庫(kù)、噴涂、太陽(yáng)能、熱力管線、建筑等領(lǐng)域。按照其用途及領(lǐng)域，分為硬泡聚醚多元醇、仿木聚醚、環(huán)戊烷體系硬泡聚醚多元醇、全水聚醚、阻燃聚醚。其中仿木聚醚主要用于仿木材產(chǎn)品，全水聚醚主要用于全水管道發(fā)泡，阻燃聚醚用于制備阻燃要求高的制品。 </p><p>　　(二）聚氨酯硬泡的阻燃原理 </p><p>　　聚氨酯泡沫塑料的阻燃性一般可通過(guò)添加阻燃劑來(lái)實(shí)現(xiàn),通過(guò)阻煙/延緩燃燒

7、甚至說(shuō)讓著火部位自熄；也可以在發(fā)泡時(shí)加入阻燃聚醚多元醇(也就是反應(yīng)型阻燃劑)等阻燃元素。聚氨酯硬泡的阻燃主要概括為以下幾個(gè)效應(yīng)引起的：（1）覆蓋效應(yīng)。燃燒過(guò)程中，阻燃劑作用于高聚物，使高聚物表面形成對(duì)熱比較穩(wěn)定的液膜或固化覆蓋層，使得外面熱量難以傳到高聚物中，減少高聚物的分解和阻止已分解的可燃?xì)怏w向火焰區(qū)擴(kuò)散，有機(jī)磷系阻燃劑主要就是因其形成覆蓋層而起到阻燃作用。（2）稀釋效應(yīng) 在燃燒過(guò)程中，阻燃劑分解產(chǎn)生不燃性氣體，降低燃燒區(qū)域的可燃性

8、氣體和氧氣的濃度，從而抑制燃燒。諸如鹵素與磷形成的PX3和PX5以及鹵化氫和水氣等不燃性氣體均能起到該種效應(yīng)。（3）捕捉效應(yīng)。 一般高聚物燃燒的火焰反應(yīng)是一個(gè)與自由基H?和HO?密切關(guān)聯(lián)，自由基連鎖反應(yīng)的過(guò)程，若能捕捉或消除這些活性自由基，那么就可以降低火焰反應(yīng)的速度。（4）吸熱降溫效應(yīng)。無(wú)機(jī)阻燃劑氫氧化鋁的阻燃機(jī)理主要是吸熱降溫，因?yàn)闅溲趸X在受熱分解而脫出結(jié)合水時(shí)，每克要吸熱將近1．97 kJ的熱量。（5）轉(zhuǎn)移效應(yīng)。在阻燃劑的作用下

9、，有時(shí)高聚物的熱分解模式會(huì)發(fā)生改變，使分解出的可燃?xì)?lt;/p><p>　　（三）氨酯硬泡的阻燃方法 </p><p>　　現(xiàn)在通用阻燃配方是磷酸酯阻燃劑加三聚氰胺,當(dāng)然含其他元素的塑料制品也有較好的阻燃性能。阻燃劑的選擇不僅要考慮到其對(duì)制品的阻燃效果，還要注意阻燃劑對(duì)發(fā)泡工藝和制品物性的影響。聚氨酯硬泡的阻燃方式主要有兩種,一是反應(yīng)性型,另一個(gè)是添加型。反應(yīng)型阻燃劑是指分子中含有羥基或氨基

10、，可以和異氰酸酯反應(yīng)而形成具有阻燃性能的聚氨酯硬泡。添加型阻燃劑就是無(wú)羥基，氨基的阻燃劑，它獨(dú)立存在于聚氨酯硬泡中，容易遷移，所以阻燃效果不持久。具體的阻燃方式在此不作詳細(xì)論述。 </p><p>　　二、勻泡劑對(duì)聚氨酯硬泡的影響 </p><p>　　勻泡劑是RPUF發(fā)泡工藝過(guò)程中必不可少的組分,它是一種高效表面活性劑,具有成核、乳化配方中各個(gè)組分、穩(wěn)定泡沫、使泡沫開(kāi)孔和沖孔等作用。現(xiàn)在

11、通用阻燃配方是磷酸酯阻燃劑加三聚氰胺。添加所謂的阻燃硅油，可以增加三聚氰胺和其他原料的相容性，使泡壁含有的阻燃劑在燃燒時(shí)更易形成焦化層，從而減少阻燃劑的加入量。本文利用錐形量熱儀系統(tǒng)研究了勻泡劑對(duì)RPUF燃燒熱釋放總量、熱釋放速率、煙密、煙氣生成速率等燃燒特性的影響,并以國(guó)外進(jìn)口的硅油B阻燃硅油為例，比較加普通硅油和阻燃硅油的區(qū)別，探討了勻泡劑對(duì)聚氨酯硬泡的影響。 </p><p>　　（一）兩種阻燃劑對(duì)RPUF

12、氧指數(shù)的影響 </p><p>　　選用硅油B作為勻泡劑，單獨(dú)比較普通硅油與阻燃硅油對(duì)RPUF氧指數(shù)的影響（如圖一所示）。觀察圖一可得，兩種阻燃劑均能提高RPUF的氧指數(shù)，但添加阻燃硅油的效果要比添加普通硅油明顯，氧指數(shù)的增幅較大。 </p><p>　　圖一 兩種阻燃劑對(duì)RPUF氧指數(shù)的影響 </p><p>　?。ǘ﹦蚺輨?duì)聚氨酯硬泡熱釋放速率的影響 <

13、/p><p>　　兩種類(lèi)型的阻燃RPUF的熱釋放速率―時(shí)間曲線在加入阻燃劑后會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)峰值，這是由于在點(diǎn)燃泡沫塑料后，塑料表面受熱分解并快速燃燒，形成第一個(gè)峰值，但在阻燃劑的作用之下，熱釋放速率會(huì)不斷減小，之后會(huì)處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，在燃燒結(jié)束前，所剩余的泡沫塑料溫度急速升高，熱解速率加快，形成第二個(gè)峰值。 </p><p>　　圖二 阻燃RPUF的熱釋放速率―時(shí)間曲線 </p>

14、<p>　?。ㄈ﹦蚺輨?duì)聚氨酯硬泡燃燒熱釋放量的影響 </p><p>　　聚氨酯硬泡燃燒熱釋放量結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)整理如下表所示，勻泡劑硅油B阻燃硅油對(duì)于兩種體系的效果很明顯。 </p><p>　　RPUF燃燒釋放熱特性參數(shù) </p><p>　?。ㄋ模﹦蚺輨?duì)硬質(zhì)聚氨酯泡沫燃燒煙密度的影響。 </p><p>　　選擇不同勻泡

15、劑， 調(diào)整配方，使泡沫滿足國(guó)標(biāo)GB8624-2006中B1級(jí)規(guī)定的氧指數(shù)和燃燒速度，測(cè)定相對(duì)應(yīng)的煙密度值。經(jīng)過(guò)多次燃燒試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以阻燃硅油B所發(fā)泡沫，SDR值都小于50%，都符合B1級(jí)的要求；而普通硅油所發(fā)泡沫，SDR值在70%-95%。主要原因是使用阻燃硅油，減少了阻燃劑的添加量。 </p><p>　　勻泡劑對(duì)聚氨酯硬泡燃燒的熱釋放速率、熱釋放總量及煙氣生成量具有明顯的抑制作用。且硅油B（阻燃泡沫穩(wěn)定劑）通用

16、型硅油,適用于阻燃泡沫,具有較高的穩(wěn)定性，用它來(lái)生產(chǎn)聚氨酯軟質(zhì)泡沫具有較高的經(jīng)濟(jì)性.它在一系列組成和密度上顯示寬度的密度范圍，由于適用于從高到低相對(duì)較高密度泡沫的生產(chǎn),硅油B能生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)泡孔結(jié)構(gòu)的泡沫。 </p><p>　　三、聚氨酯外墻保溫的發(fā)展趨勢(shì) </p><p><b>　　（一）綠色環(huán)保 </b></p><p>　　隨著環(huán)境污染的

17、加劇,臭氧層的破環(huán)越來(lái)越嚴(yán)重,聚氨酯硬泡的一個(gè)發(fā)展方向就是小溫室效應(yīng)、零臭氧消耗（ODP）值、少污染的綠色建材。這對(duì)提高聚氨酯硬泡的阻燃性是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，今后可開(kāi)發(fā)新的聚氨酯材料，用農(nóng)作物代替聚醚多元醇的使用，或者將農(nóng)作物秸稈當(dāng)作聚氨酯硬泡的增強(qiáng)體，在對(duì)農(nóng)作物回收利用的同時(shí)還保護(hù)了環(huán)境。還可以開(kāi)發(fā)一種新的發(fā)泡劑或采用全水發(fā)泡的方式。 </p><p>　?。ǘ└咝?、低毒、低發(fā)煙 </p>&l

18、t;p>　　添加型阻燃劑最大不足之處就在于，達(dá)到一定服務(wù)年限時(shí)，阻燃劑會(huì)逐漸從聚氨酯硬泡中析出來(lái)，材料的性能勢(shì)必會(huì)受到影響，而且燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧和毒氣。與添加型阻燃劑相比，反應(yīng)型阻燃較能保持材料的性能，毒性也小，但是現(xiàn)今大多數(shù)的反應(yīng)型阻燃劑都含鹵，阻燃劑的燃燒會(huì)產(chǎn)生有毒的氣體，所以未來(lái)阻燃劑的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)就是無(wú)鹵阻燃。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語(yǔ) </b></

19、p><p>　　勻泡劑雖說(shuō)能夠有效地提高聚氨酯硬泡的阻燃等級(jí)，但這還不能滿足人們的需求。伴隨著科技的發(fā)展，聚氨酯硬泡工業(yè)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，但在一定程度上還滿足不了當(dāng)前形勢(shì)的要求，人們對(duì)聚氨酯硬泡的要求越來(lái)越高，在目前的科技水平條件下，應(yīng)盡量改善聚氨酯制作中存在的問(wèn)題，相信在未來(lái)會(huì)創(chuàng)造出綠色環(huán)保、低毒、發(fā)煙量低的阻燃硬泡。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b>

20、;</p><p>　　[1] 方禹生，朱呂民.聚氨酯泡沫塑料[M]第二版. </p><p>　　[2] 丁雪佳.硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展.2009. </p><p>　　[3] 金軍.聚氨酯硬質(zhì)泡沫阻燃技術(shù)研究及趨勢(shì)[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2007. </p><p>　　[4]陳一民，劉芳等.全水發(fā)泡非鹵阻