浅析匀泡剂对提高聚氨酯硬泡阻燃等级的作用
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摘要:本文结合聚氨酯硬泡的阻燃原理及阻燃方法，用国外进口的硅油B阻燃硅油为例，比较加普通硅油和阻燃硅油的区别，并探讨匀泡剂对聚氨酯硬泡的影响。
关键词: 匀泡剂;聚氨酯硬泡;阻燃等级
Abstract ：combining the principle 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 the foam agent of polyurethane rigid foam.
Key words：Foam agent; RPUF; Flame retardant grade
中图分类号：TQ328.3文献标识码：A
近年来,火灾事故的持续发生，对火灾的预防提出了更高的要求,对聚氨酯硬泡外墙保温的应用影响很大。提高其阻燃性的呼声很高。RPUF具有优良的物理力学性能、电学性能、声学性能及耐化学腐蚀性能,并与多种材料有很强的黏结能力,从而被广泛用作石油化工管道、冷藏设备、运输设备以及建筑物的保温隔热材料。但是未经阻燃处理的RPUF的氧指数一般低于19%,低于空气中的氧浓度(20%),属易燃材料,并在燃烧过程中放出HCN、CO等有毒气体。因此,随着RPUF的广泛应用,其耐燃防火问题已成为迫切需要解决的重要课题。我国在2006年制定了《建筑材料及制品燃烧性能分级》新标准,采用锥形量热仪进行检测,代替了以前的氧指数检测方法,可以更加科学地评价材料的阻燃性能。
（一) 聚氨酯硬泡简介
聚氨酯硬泡，是由硬泡聚醚多元醇（聚氨酯硬泡组合聚醚又称白料），与聚合MDI（又称黑料）反应制备的。主要用于制备硬质聚氨酯泡沫塑料，广泛应用于冰箱、冷库、喷涂、太阳能、热力管线、建筑等领域。按照其用途及领域，分为硬泡聚醚多元醇、仿木聚醚、环戊烷体系硬泡聚醚多元醇、全水聚醚、阻燃聚醚。其中仿木聚醚主要用于仿木材产品，全水聚醚主要用于全水管道发泡，阻燃聚醚用于制备阻燃要求高的制品。
(二）聚氨酯硬泡的阻燃原理
聚氨酯泡沫塑料的阻燃性一般可通过添加阻燃剂来实现,通过阻烟/延缓燃烧甚至说让着火部位自熄；也可以在发泡时加入阻燃聚醚多元醇(也就是反应型阻燃剂)等阻燃元素。聚氨酯硬泡的阻燃主要概括为以下几个效应引起的：（1）覆盖效应。燃烧过程中，阻燃剂作用于高聚物，使高聚物表面形成对热比较稳定的液膜或固化覆盖层，使得外面热量难以传到高聚物中，减少高聚物的分解和阻止已分解的可燃气体向火焰区扩散，有机磷系阻燃剂主要就是因其形成覆盖层而起到阻燃作用。（2）稀释效应 在燃烧过程中，阻燃剂分解产生不燃性气体，降低燃烧区域的可燃性气体和氧气的浓度，从而抑制燃烧。诸如卤素与磷形成的PX3和PX5以及卤化氢和水气等不燃性气体均能起到该种效应。（3）捕捉效应。 一般高聚物燃烧的火焰反应是一个与自由基H・和HO・密切关联，自由基连锁反应的过程，若能捕捉或消除这些活性自由基，那么就可以降低火焰反应的速度。（4）吸热降温效应。无机阻燃剂氢氧化铝的阻燃机理主要是吸热降温，因为氢氧化铝在受热分解而脱出结合水时，每克要吸热将近1．97 kJ的热量。（5）转移效应。在阻燃剂的作用下，有时高聚物的热分解模式会发生改变，使分解出的可燃气体减少，从而有利于高聚物的阻燃。 当然，不同的阻燃剂有不同的阻燃机理，其机理相互交叉，协同作用。
（三）氨酯硬泡的阻燃方法
现在通用阻燃配方是磷酸酯阻燃剂加三聚氰胺,当然含其他元素的塑料制品也有较好的阻燃性能。阻燃剂的选择不仅要考虑到其对制品的阻燃效果，还要注意阻燃剂对发泡工艺和制品物性的影响。聚氨酯硬泡的阻燃方式主要有两种,一是反应性型,另一个是添加型。反应型阻燃剂是指分子中含有羟基或氨基，可以和异氰酸酯反应而形成具有阻燃性能的聚氨酯硬泡。添加型阻燃剂就是无羟基，氨基的阻燃剂，它独立存在于聚氨酯硬泡中，容易迁移，所以阻燃效果不持久。具体的阻燃方式在此不作详细论述。
二、匀泡剂对聚氨酯硬泡的影响
匀泡剂是RPUF发泡工艺过程中必不可少的组分,它是一种高效表面活性剂,具有成核、乳化配方中各个组分、稳定泡沫、使泡沫开孔和冲孔等作用。现在通用阻燃配方是磷酸酯阻燃剂加三聚氰胺。添加所谓的阻燃硅油，可以增加三聚氰胺和其他原料的相容性，使泡壁含有的阻燃剂在燃烧时更易形成焦化层，从而减少阻燃剂的加入量。本文利用锥形量热仪系统研究了匀泡剂对RPUF燃烧热释放总量、热释放速率、烟密、烟气生成速率等燃烧特性的影响,并以国外进口的硅油B阻燃硅油为例，比较加普通硅油和阻燃硅油的区别，探讨了匀泡剂对聚氨酯硬泡的影响。
（一）两种阻燃剂对RPUF氧指数的影响
选用硅油B作为匀泡剂，单独比较普通硅油与阻燃硅油对RPUF氧指数的影响（如图一所示）。观察图一可得，两种阻燃剂均能提高RPUF的氧指数，但添加阻燃硅油的效果要比添加普通硅油明显，氧指数的增幅较大。
图一 两种阻燃剂对RPUF氧指数的影响
（二）匀泡剂对聚氨酯硬泡热释放速率的影响
两种类型的阻燃RPUF的热释放速率―时间曲线在加入阻燃剂后会出现两个峰值，这是由于在点燃泡沫塑料后，塑料表面受热分解并快速燃烧，形成第一个峰值，但在阻燃剂的作用之下，热释放速率会不断减小，之后会处于一个相对稳定的状态，在燃烧结束前，所剩余的泡沫塑料温度急速升高，热解速率加快，形成第二个峰值。
图二 阻燃RPUF的热释放速率―时间曲线
（三）匀泡剂对聚氨酯硬泡燃烧热释放量的影响
聚氨酯硬泡燃烧热释放量结果通过数据整理如下表所示，匀泡剂硅油B阻燃硅油对于两种体系的效果很明显。
RPUF燃烧释放热特性参数
（四）匀泡剂对硬质聚氨酯泡沫燃烧烟密度的影响。
选择不同匀泡剂， 调整配方，使泡沫满足国标GB8624-2006中B1级规定的氧指数和燃烧速度，测定相对应的烟密度值。经过多次燃烧试验发现，以阻燃硅油B所发泡沫，SDR值都小于50%，都符合B1级的要求；而普通硅油所发泡沫，SDR值在70%-95%。主要原因是使用阻燃硅油，减少了阻燃剂的添加量。
匀泡剂对聚氨酯硬泡燃烧的热释放速率、热释放总量及烟气生成量具有明显的抑制作用。且硅油B（阻燃泡沫稳定剂）通用型硅油,适用于阻燃泡沫,具有较高的稳定性，用它来生产聚氨酯软质泡沫具有较高的经济性.它在一系列组成和密度上显示宽度的密度范围，由于适用于从高到低相对较高密度泡沫的生产,硅油B能生产出优质泡孔结构的泡沫。
三、聚氨酯外墙保温的发展趋势
（一）绿色环保
随着环境污染的加剧,臭氧层的破环越来越严重,聚氨酯硬泡的一个发展方向就是小温室效应、零臭氧消耗（ODP）值、少污染的绿色建材。这对提高聚氨酯硬泡的阻燃性是一个巨大的挑战，今后可开发新的聚氨酯材料，用农作物代替聚醚多元醇的使用，或者将农作物秸秆当作聚氨酯硬泡的增强体，在对农作物回收利用的同时还保护了环境。还可以开发一种新的发泡剂或采用全水发泡的方式。
（二）高效率、低毒、低发烟
添加型阻燃剂最大不足之处就在于，达到一定服务年限时，阻燃剂会逐渐从聚氨酯硬泡中析出来，材料的性能势必会受到影响，而且燃烧时会产生大量的烟雾和毒气。与添加型阻燃剂相比，反应型阻燃较能保持材料的性能，毒性也小，但是现今大多数的反应型阻燃剂都含卤，阻燃剂的燃烧会产生有毒的气体，所以未来阻燃剂的一个发展趋势就是无卤阻燃。
四、结束语
匀泡剂虽说能够有效地提高聚氨酯硬泡的阻燃等级，但这还不能满足人们的需求。伴随着科技的发展，聚氨酯硬泡工业技术得到了快速的发展，但在一定程度上还满足不了当前形势的要求，人们对聚氨酯硬泡的要求越来越高，在目前的科技水平条件下，应尽量改善聚氨酯制作中存在的问题，相信在未来会创造出绿色环保、低毒、发烟量低的阻燃硬泡。
参考文献
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