阻燃型硬质聚氨酯泡沫塑料

硬质PU泡沫塑料是一种易燃性高分子化合物，燃烧时发生热降解会产生可燃性气体，它们与空气中的氧结合会发生剧烈燃烧。同时，燃烧中会产生大量的反应热，进一步促进热解，导致再加剧燃烧。因此，人们开发了一系列阻燃性硬质PU泡沫塑料。

1.阻燃方法

由上述可知，PU泡沫料的可燃烧性是由于其接触火源温度升高发生热降解产生可燃气体而加剧的，而热降解程度是取决于物料的交联类型、交联密度及其组分等因素。交联类型与用作交联反应的异氰酸酯类化合物品种有关。其中，异氰脲酸酯热稳定性最好，且交联度高热稳定性好。所以，应选用热稳定性好的化合物作配制阻燃塑料的原料，以提高原料的热稳定性。另外，适当地提高异氰酸酯的R值也可提高其OI值，如TDI的R值为1.05时OI值为22.0%，当R=2.48时OI值可达26.0%。但R值高会导致反应时间长、放热量大等弊端。这种阻燃方法是通过改变分子结构来实现阻燃的。

另一种方法，即目前常用的添加阻燃剂或阻燃元素来制作阻燃料的方法，可分为如下两种形式：

1）添加阻燃剂，即在配方料中加入无反应活性和有阻燃作用的物质，发泡成型后阻燃剂均匀地分布在泡沫体中，起到阻止燃烧的作用。阻燃剂有液体阻燃剂及固体阻燃剂两类。固体阻燃剂与聚醚相容性差，且对成型机械有磨损作用，故应用较少。添加液体阻燃剂是最常用的方法，其主要品种有TCPP、TCEP和DMMP，或不同阻燃剂混合使用，其阻燃效果不等，如TCEP/DMMP等，OI值可达24.5%，效果比单独配方好。但液体阻燃剂都会有磷或卤素成分，为酸性和水解性物质，使用时应注意防止其腐蚀设备和影响组合聚醚的存放稳定性。另外，阻燃剂含量不宜过多，当其含量达到某值时，再增加含量也不会提高阻燃性。阻燃剂含量增大会降低物料的力学性能。而且要控制成型温度，防止阻燃剂分解。

2）在分子结构中引入阻燃元素，即在原料中加入磷、卤素等阻燃元素，发泡成型后元素嵌入分子结构中，起到阻止燃烧的作用。目前常用于在聚醚多元醇中加入阻燃元素的方法来配制阻燃料。其品种较多，如用阻燃元素（含磷化合物）配制的聚醚多元醇HBL-12，它可单独使用，也可与其他聚醚多元醇配合使用。其自身的OI值可达23.5%，如配合使用，其含量为50%时，该物料的OI值可达23.0%。

除上述方法外，目前还开发了一些新品种，如固体磷铵阻燃剂，它粒径小（约106μm），与泡沫稳定剂配合使用组成阻燃聚醚多元醇可降低磨损性，保持物料的阻燃性和物理性能。又如，有阻燃作用的新型泡沫稳定剂，它既有阻燃剂的作用，又有稳定剂的功能。

2.阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料

（1）硬质聚氨酯-异氰脲酸酯泡沫塑料 它是利用聚氨酯改性方法配制成的改性异氰脲酸酯泡沫塑料，其聚合物分子主链上存在杂环结构，所以分子结构牢固，不易分解，热稳定性好，且经改性后具有韧性，克服了纯异氰酸酯脆性太大的缺点。其主要特性如下：

1）热分解温度高，为300～350℃（一般硬质料的分解温度为200～240℃）。

2）尺寸稳定性好，在160℃长期工作尺寸变化<1%。

3）耐火焰及阻燃性好。OI值为26%～46%，耐火试验按GB/T9978.1～9—2008进行，1020℃炉温时，可耐火60min。另有试验证明，在1000℃以上火焰直接燃烧下，耐火贯穿时间达1200s左右，而普通阻燃硬质PU泡沫料耐火贯穿时间只有8s，PS耐火贯穿时间为2s，PVC耐火贯穿时间为7s。

4）抑烟性优良。其最大烟密度为98～156，平均发烟速度为11.7～89.1min^-1。

其几种常见配方及性能如表14-34和表14-35。

表14-34 硬质聚氨酯-异氰脲酸酯塑料配方及性能(www.xing528.com)

注：DMP30为2，4，6-三（二甲基胺甲基）苯酚。

表14-35 几种硬质聚氨酯-异氰脲酸酯塑料的性能

阻燃料应用很广，主要在建筑、车辆、船舶、冷藏、空调等行业中作防火、隔热、保温防水、阻燃结构材料。因它与混凝土、胶合板、金属板、木板和纤维板等材料有很强的自身粘接力，故常用作生产各材料的复合板材。此外，它也可用浇注和喷涂方法直接在建筑物或各种物件的表面或结构件中制作泡沫层，可起加固、防火、隔热、隔声、防水和保温等多种作用。在交通运输方面常用于汽车、车辆、船舶、冷藏集装箱、液化天然气船、化学品运输船、航天器、导弹和直升机中作阻燃保温材料。

（2）高阻燃性硬质PU泡沫塑料 它是用聚醚多元醇、PAPI、复合型阻燃剂及其他助剂组成的。其复合型阻燃剂由固体阻燃剂及液体阻燃剂两部分组成。前者为含卤、氮阻燃剂和无机阻燃剂的混合物，后者为含卤、磷有机阻燃剂，两者的质量比为1∶1。这种材料的阻燃性能比普通阻燃料高。其特点如下：

1）阻燃性好，其阻燃性见表14-36。

表14-36 高阻燃硬质PU泡沫塑料的阻燃性

这种配方料的阻燃性明显增大，但阻燃剂含量>30%后会发生表面掉粉现象，且不宜用于喷涂和连续化生产。可用机械混合后浇注成型加工制品，适当用量的阻燃剂对物料粘度及发泡反应影响不大。

2）耐火焰性用高阻燃硬质PU泡沫塑料制成的可锻铸铁/PU复合板，按建筑构件耐火试验方法标准试验证明，分解温度>300℃，热导率低[0.029W/（m·K）]，其耐火隔热性显著高于普通阻燃PU泡沫塑料。例如，当炉温为1020℃时，经50min复合板的可锻铸铁板背温度仅达219℃，低于分解温度，耐火焰性超过国家标准要求（15min）。

3）物理性能良好。其拉伸强度为251kPa，压缩强度为274kPa，吸水量为0.2kg/m²，尺寸稳定性为1.67%。

4）操作简便，价格较低，可广泛用于保温管道、复合板材、防火堵料、防火门芯材和隔热墙芯材等。