阻燃聚氨酯软质泡沫塑料研究
不同阻燃剂对聚氨酯软泡阻燃性能影响的研究
文章编号:100321545(2006)0320004203不同阻燃剂对聚氨酯软泡阻燃性能影响的研究张理平1,2,王 俏1,2(1.延安大学化工学院,陕西延安 716000;2.陕西省化学反应工程重点实验室,陕西延安 716000)摘要:以不同系的多种阻燃剂添加于聚氨酯软质泡沫塑料(简称聚氨酯软泡),进行部分物性和阻燃性能的对比试验,结果表明,大分子量的含磷类阻燃剂对软泡阻燃效果最好,且对其物理性能影响较小。
关键词:聚氨酯;软质泡沫;阻燃剂中图分类号:TQ328.3 文献标识码:A收稿日期:2005212205作者简介:张理平,男,1960年生,副教授,主要从事化工工艺及材料研究 聚氨酯是一类分子链中含有氨基甲酸酯基团(-N HCOO -)的高聚物。
随着合成时原料、助剂及工艺条件的不同,可以合成性能各异的产品,诸如泡沫塑料、橡胶、涂料、黏合剂、弹性纤维等。
聚氨酯软质泡沫塑料是聚氨酯合成材料的主要品种之一,由于弹性好,比强度高及密度小等其它材料无可比拟的优点,被大量应用于家具、交通运输、地毯底衬及其它领域作垫材。
但聚氨酯软泡也有明显的缺陷,即易燃,存在着火危险性的问题。
美国、德国等许多国家规定所用的泡沫塑料一定要阻燃,并把材料的阻燃效果作为控制进口的条件[2]。
一些发达国家早已着手研究阻燃性聚氨酯泡沫塑料,并取得较大进展,从自熄型发展到难燃型[3,4],如德国BASF 公司介绍的EASY REST 座垫产品,其氧指数高达30%(一般聚氨酯软泡氧指数小于19%)[5]。
相比较而言,我国阻燃剂的发展起步较晚,阻燃剂生产开发还处于初步阶段,目前尚未形成完整的工业体系。
随着聚氨酯软泡制品的大量应用以及国家和消费者对着火危险性的重视,加之对聚氨酯软泡实施阻燃难度较大,迫切需要针对提高聚氨酯软泡的阻燃性开展一些研究工作。
本文选取不同系的几种典型阻燃剂,对其在聚氨酯软泡上的作用进行了对比研究。
1 试验1.1 主要原料及助剂聚氨酯软泡原料及助剂:聚醚多元醇(VO 2RANOL 3010);异氰酸酯(Desrnodur T 80);泡沫稳定剂(L 580);锡催化剂(N IAX Catalyst D 19);胺催化剂(A 233);发泡剂(F 211)。
软质聚氨酯泡沫塑料自燃原因及预防措施
客户满意度提高：企业采取预防措施后，产品质量和安全性能得到显著提升，客户对企业的信任度和满意度也随之提高，有利于企业长远发展。
06
CHAPTER
结论和展望
预防措施的有效性
通过添加阻燃剂、提高材料耐热性、优化生产工艺等措施，可以有效降低软质聚氨酯泡沫塑料的自燃风险。
自燃原因多样化
软质聚氨酯泡沫塑料的自燃可能由于多种原因引发，包括热分解、氧化反应、以及外部火源等。
实践中的挑战
尽管有诸多预防措施，但在实际应用中仍面临成本、性能、环境友好性等方面的挑战，需要进一步研究和优化。
智能化监测与预警
结合物联网和大数据技术，建立软质聚氨酯泡沫塑料的自燃预警系统，实现实时监测、提前预警和快速处理，进一步提高其使用安全性。
提升阻燃性能
进一步研究新型阻燃剂和阻燃机制，以提高软质聚氨酯泡沫塑料的阻燃性能，同时保持其物理和化学性能。
具有良好的弹性、吸音性、隔热性、耐油、耐溶剂、耐氧化等特性，且易于加工和制造。
特性
用于制造沙发、床垫、椅子等家具，提供良好的舒适度和支撑力。
家具行业
汽车行业
建筑行业
用于汽车座椅、内饰、吸音材料等，提高驾驶舒适性和乘坐体验。
用于墙体保温、隔热、吸音等，提供良好的节能和环保效果。
03
02
01
注意，以上提供的信息仅是概述性的，对于具体的自燃原因及预防措施，还需要进一步研究和探讨。在实际应用过程中，建议咨询相关领域的专家或机构，获取更详细和准确的信息。
软质聚氨酯泡沫塑料自燃原因及预防措施
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目录
软质聚氨酯泡沫塑料概述自燃现象及其原因预防措施：改进材料配方和加工工艺预防措施：加强储存和使用管理案例分析和经验分享结论和展望
阻燃剂对软质聚氨酯泡沫塑料热解研究
阻燃剂对软质聚氨酯泡沫塑料热解研究摘要：本文选用了磷系、氯系、硼系、氮系、磷-氮系阻燃剂通过浸渍的方式对软质聚氨酯泡沫进行处理，并利用热分析方法，对其热分解进行测试，结果发现，添加阻燃剂以后，软质聚氨酯泡沫的失重过程变得较为复杂，热分解反应的表观活化能有较大的影响，并发现六偏磷酸钠对聚氨酯软泡有较好的阻燃效果。
关键词：阻燃剂聚氨酯泡沫动力学参数1、前言聚氨酯泡沫塑料由于含可燃的碳氢链段、密度小、比面积大，未经阻燃处理的聚氨酯泡沫是可燃物，遇火燃烧并且分解，产生大量的有毒烟雾，给人员疏散和灭火带来很大的困难。
特别是聚氨酯软泡（FPUF）开孔率较高，可燃成分多，燃烧时由于较高的空气流通性而源源不断地供给氧气，易燃而不易自熄，极易造成群死群伤的重大火灾事故，例如2000年12月河南洛阳东都商厦特大火灾，由于员工进行违规电焊操作时电焊火花溅到库存海绵床垫、沙发等可燃物上，未能及时控制而蔓延到四楼娱乐城，造成309人中毒窒息死亡。
而目前随着经济的不断发展，聚氨酯泡沫的使用量大大增加，对聚氨酯软泡的阻燃要求也越来越迫切。
阻燃处理后聚氨酯泡沫塑料的分解行有何变化，分解机理有什么变化，目前未见系统的研究报道。
本文利用热分析技术，对多种阻燃剂对聚氨酯泡沫热分解的影响进行了研究。
2、实验部分 2.1 实验药品：聚磷酸铵，磷酸二氢钾，氯化铵，二氰二胺，磷酸二氢胺，三聚氰胺，硼砂，硼酸铵，六偏磷酸钠（均为化学纯）。
2.2 仪器：TGA/SDTA851e型热分析仪，瑞士梅特勒公司产。
2.3 实验方法：将聚氨酯软泡裁成长宽高均为50mm的形状，按40％的比例将阻燃剂分别溶解在蒸馏水中，将聚氨酯软泡放入上述溶液中，挤压浸泡约10min,挤掉多余的溶液，放入烘箱中在100℃的情况下进行烘干。
将聚氨酯软泡空白样品剪成碎末，用电子天平称取大约5mg放入标准坩埚中，调节热分析仪起始温度从50℃上升到700℃，升温速率为10℃/min，在氮气(30ml/min)气氛下进行实验分析。
软质聚氨酯泡沫塑料自燃原因及预防措施
软质聚氨酯泡沫塑料自燃原由及预防举措软质聚氨酯泡沫塑料是一种新式高分子资料，分子量为 2 000～ 4 000，密度为16～ 192kgPm3。
它是用甲苯二异氰酸酯 ( 简称 TDI) 与聚醚多元醇缩聚反响而合成，全称是聚胺基甲酯，俗称海绵。
因为其密度小，弹性好，隔音防震，乘坐安全舒坦，成型施工方便、价钱廉价特色，所以，它的应用范围十分宽泛，特别在家具、床具、运输、冷藏、建筑、绝热等行业使用十分广泛，已经成为不行缺乏的资料之一。
软质聚氨酯泡沫塑料是由二元或多元羟基化合物聚合而成的高分子化合物，在生产过程中多为放热反响，很简单产生自燃惹起火灾，并在焚烧过程中能放出一氧化碳、氰化物、甲醛等有毒气体，易造成人员伤亡。
可是，因为人们缺乏认识、掌握软质聚氨酯泡沫塑料在成型过程中的危险特征及其预防举措，最近几年来，在我国很多地域曾发生过屡似多次的重要火灾事例，给人民生命财富造成了重要的损失，教训十分深刻。
2软质聚氨酯泡沫塑料自燃原由软质聚氨酯泡沫塑料是经过化学反响而生成的。
反响鉴于两个主要化学组分聚醚多元醇和异氰酸酯，同时加入其余组分，包含水、一氟三氯甲烷、泡沫稳固剂、催化剂，这些物料在瞬时激烈高速混淆、反响，同时形成泡沫，这个过程放出大量热量。
泡沫塑料是一种多孔性资料，比表面积很大，泡沫边沿部分热量尚可发散出去，而中心部分的热量，因为泡沫保温成效较好，则较难移出，在正常反响中，它们放出的热量使泡沫块中心升到必定温度而达到熟化的目的。
但是，当原料不纯、含水量高，配方设计不合理，投料量不正确，在配料过程中，多加了水或活性催化剂，配比失调，或许搅拌不均等都会致使温度急剧高升而发生自燃。
其次，软质聚氨酯泡沫塑料在熟化过程中，因为还没有完整反响的物料仍在持续放热，若是车间内没有必定的排风装置，通风不良，会使泡沫塑料聚热不散，产生自燃。
别外，成型的软质聚氨酯泡沫塑料摆放互相紧贴，没有距离，也会散热不良，简单造成泡沫块中心焦化，甚至酿成火灾。
阻燃聚氨酯软质泡沫塑料研究
Ｐ Ｕ软 质泡沫塑 料本 身 结构 特殊 ， 易燃 烧 ， 极 燃烧 Ｐ 软质泡 沫塑 料 阻燃 级别 不 高 ， Ｕ 一般 为 自熄 型 产 品 ， 氧指 时热释 放量大 ， 容易 发生滴落 现 象 ； 在生 产过 程 中对 发泡工 数 为 ２ ， 少见 到有 Ｐ ６很 Ｕ软质 泡沫塑 料氧 指数 高 于 ２ ６的报 艺条件 要求高 ， 加 阻燃 剂 往 往会 引 起 泡 沫塌 泡 、 裂 、 添 开 粉 道 。近 年 来 Ｐ 软 质 泡 沫 塑 料 阻 燃 水 平 已 有 较 大 提 高 ， 在 Ｕ 正 化 或 回 弹 性 等 物 理 性 能 大 幅 度 下 降 ， 失 了 本 身 所 具 有 的 丧 由过 去 的 自熄 型 向 难 燃 型 （ 指数 为 ３ ） 进 。 例 如 美 国联 氧 ０迈 优 良性 能 。所 以 ， Ｕ 软 质 泡 沫 塑 料 属 于 阻 燃 难 度 很 大 的 品 Ｐ 合 碳化物 公司研 究的 高 回弹 Ｐ 软质泡 沫 塑料 阻燃 性 能不 Ｕ
现代商 贸工业 Ｍｏ ｅｎＢ ｓ ｅｓ ｒｄ ｄ ｓ ｙ ｄｒ ｕｉ ｓ Ｔ ａｅＩ ｕｔ ｎ ｎ ｒ
２ １ 年第 ｌ ０１ ８期
阻燃 聚氨酯软质泡沫 塑料研究
罗 红 军 张 遐
（ 汉产品 质量监督检 验所 ， 北 武 汉 ４０７ ） 武 湖 ３ ０ ４
摘
要 ： 绍 了 国 内外 聚 氨 酯 软 质 泡 沫 塑料 的 阻 燃 情 况 ， 述 了聚 氨 酯 的 阻 燃 原 理 及 方 法 ， 望 了其 发 展 方 向 。 介 阐 展
种 。虽 然 国 内外 已对 Ｐ 软 质 泡 沫 塑 料 的 阻 燃 性 能 进 行 了 Ｕ
技术 ， 开发 的阻燃 Ｐ 软质泡 沫塑料应用 于各种领 域 。但 由 Ｕ 于受 发泡工 艺 的 限制 ， 燃剂 的添 加 量 有 限 ， 产 的 阻燃 阻 生
聚氨酯泡沫塑料的阻燃
2.1 添加非反应性阻燃剂
聚氨酯泡沫的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)、三(二氯丙基)磷酸酯(TDCPP)、四(2-氯乙基)亚乙基二磷酸酯、甲基膦酸二甲酯(DMMP)、多溴二苯醚，等等。固态阻燃剂如三聚氰胺、三氧化锑、氢氧化铝、硼酸盐、聚磷酸铵、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰胺酯等也用于聚氨酯泡沫塑料的阻燃[1]。
在聚氨酯泡沫中，含磷阻燃剂主要在凝聚相发挥作用，磷化物可以消耗泡沫塑料燃烧时分解出的可燃气体，使其转化成不易燃烧的炭化物，泡沫体中磷(P)含量达1.5%左右时即可获得较佳的阻燃效果。
含卤素阻燃剂主要在气相中发挥作用，卤素是泡沫塑料燃烧反应的链终止剂，在塑料燃烧时生成卤化氢而抑制燃烧反应。据有关资料，为使泡沫获得较满意的阻燃性能，泡沫体中溴(Br)质量分数应达12%～14%，或氯(Cl)质量分数达18%～20%。当磷-卤联用时，由于存在一定的协同效应，故0.5%P＋(4%～5%)Br或1%P＋(8%～12%)Cl即可使聚氨酯泡沫具有自熄性[1]。
氢氧化铝粉末是最常用的无机添加型阻燃剂。但用量较大才能达到足够的阻燃效果。
2.1.3 固态和液态阻燃剂复合使用
固态阻燃剂使物料粘度增加，而液态阻燃剂降低料液粘度，它们可结合使用，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。天津消防科学研究所采用高用量固态阻燃剂与液态阻燃剂相结合的方法，研制出难燃、低烟硬质聚氨酯泡沫塑料，泡沫的阻燃性能高，氧指数可高达30以上，甚至50，可以通过建材GB8624难燃B1级试验；烟密度小(Dm＝98)，仅为一般阻燃PU泡沫塑料的60％；发烟速度低(11.7Dm/min)，比一般阻燃产品降低了数倍；耐火隔热性能优良。由于采用了大量粉末阻燃填料，不适合于喷涂、连续化生产，但可机械混合灌注成型[12]。
阻燃剂对软质聚氨酯泡沫热稳定性的影响研究
热装置内进行测试。设置初始温度为２５℃，终
ｓ，——阻燃处理后试样进行热分析的剩
止温度为８０００Ｃ，升温速率为１００Ｃ／ｒａｉｎ，天平保
余率，％；
护气体为Ｎ：，流量为３０ｍｌＭｍｉｎ。测量结束后， 绘制出试样的ＴＧ曲线和ＤＴＧ曲线，并计算出
ｓ，——阻燃剂进行热分析的剩余率，％。 ３实验结果讨论
总失重率、阶段失重率以及成炭率。
用氯化钠、氯化铵、氯化镁、磷酸二氢钾、
试样热分析测试中成炭率ｚ的计算按下式进 磷酸二氢铵、三水合磷酸铵、十水合四硼酸钠、
行：
二氰二胺、硫酸铵溶液处理聚氨酯泡沫，经沥
ｍｔ Ｘ Ｓ１一ｔｎ０×Ｓ２ ×１００％ ｍｔ
式中戈——成炭率，％；
干、烘干得阻燃试样。 分别对软质聚氨酯泡沫空白试样、阻燃剂
及阻燃软质聚氨酯泡沫试样进行热分析，谱图
国内外对软质聚氨酯泡沫的阻燃性能及其 阻燃机理作了大量研究，也有多种阻燃产品面 市，阻燃软质聚氨酯泡沫得到了大力开发和广
泛应用。但对阻燃处理后的软质聚氨酯泡沫热 稳定性未见系统的研究报道。本课题拟通过对 软质聚氨酯泡沫、各类阻燃剂、阻燃聚氨酯泡 沫的热分析实验，研究阻燃软质聚氨酯泡沫的 分解历程，为高稳定性阻燃软质聚氨酯泡沫的 开发研究提供理论依据。 ２实验部分 ２．１试样及药品
聚氨酯材料和其他有机高分子材料一样， 是一种可燃性较强的聚合物。特别是软质聚氨 酯泡沫，由于密度小、比表面积大、绝热性好， 其燃烧问题尤为突出，自身的氧指数只有１４～ １６，故极易被点燃和燃烧。而且一旦着火，燃 烧迅速猛烈，不易被扑灭，其燃烧过程中产生 大量有毒烟气，极易造成人员窒息甚至死亡。 软质聚氨酯泡沫材料燃烧的火灾特点主要表现 在：（１）容易燃烧且燃烧速度快；（２）燃烧产生 的热量大、温度高、有毒气体量多。自从软质 聚氨酯泡沫大量生产和使用以来，已发生过多 次因软质聚氨酯泡沫着火而引发重大火灾的案 例，造成了人民生命和财产的巨大损失。可以 说，软质聚氨酯材料具有很强的火灾危险性。
聚氨酯软质泡沫塑料自燃预防及阻燃研究
然 而 ，当 原料 不 纯 、含 水 量 高 ，配 方 设 计不 合 理 ，投 料量不准 确 ，在配 料过程 中，多加 了水或 活性 催 化 剂 ，配 比失调 ，或者 搅 拌 不均 等 都会 导 致温 度 急剧升高 而发生 自燃 。其 次 ，软 质聚氨酯泡沫 塑料在 熟化 过程 中 ， 由于 尚未 完全 反应 的物 料仍 在 继 续放 热 ，倘若车 间 内没有一 定的排风装 置，通风不 良，会 使 泡沫塑料 聚热不散 ，产 生 自燃 。另外 ，成 型的软质 聚 氨酯泡沫 塑料摆放相互 紧贴 ，没 有距离 ，也会 散热 不 良，容 易造 成泡 沫 块 中心 焦化 ，甚 至酿 成 火 灾 。 由于 受上述某些 因素 的影 响，软质聚氨 酯泡沫 塑 料 的热 量逐 渐 积 蓄 ，泡 沫 中心温 度 逐 渐 上升 。经测 定 ，发泡后２ 小时可升至 ｌ０ ６ ～６ ４ ～１０℃，有 时甚 至更 高 ，约 １ ０ 。如 果温度 再继 续升 高 ，即会发 生 冒烟 ８℃ 等现象 ，这表 明此 时泡沫开始发 生较剧烈 的分解 ，若 不采取措 施则会 自燃 。通常认 为，泡沫 中心温 度不 宜 超 过 １ ０Ｃ，否则 ，泡沫 会变 黄 ，俗 称 “ ６￣ 黄心 ”，或 呈棕 色 ，即 “ 化 ”现 象 ，温度超 过 １ ５ 焦 ７ ℃时 ，应特 别加强警戒 。 总之 ，反应热 的积 蓄使高分 子材料分解 ，这是 引 起软质聚氨酯泡沫塑料 自燃 的根本原 因。
之一 。 一
同时加入其 它组分 ，包 括水 、一 氟三氯 甲烷 、泡沫稳 定 剂 、催化 剂 ，这些 物 料 在瞬 间 剧 烈高速 混 合 、反 应 ，同时形成泡 沫 ，这个过程 放 出大量 热量 。泡 沫塑 料 是一 种 多孔 性 材料 ， 比表面 积 很 大 ，泡沫 边 缘 部 分热量 尚可发散 出去 ，而 中心 部分 的热 量 ，由于泡沫 保温 效果较好 ，则较难移 出，在正常 反应 中，它 们放 出的热量 使泡沫 块中心升 到一定温度而 达到熟化 的 目
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阻燃聚氨酯软质泡沫塑料研究
摘要：
阻燃聚氨酯软质泡沫塑料是一种具有良好绝缘性能和抗压能力的材料，广泛应用于建筑、汽车和航空等领域。
然而，由于其易燃性，安全性成为
其应用的主要限制因素。
因此，本研究旨在通过添加阻燃剂提高聚氨酯软
质泡沫塑料的阻燃性能。
实验结果表明，添加阻燃剂可以有效提高聚氨酯
软质泡沫塑料的热稳定性，并显著减少其燃烧速率和烟雾产生。
此外，通
过变化阻燃剂的种类和添加量，可以调节聚氨酯软质泡沫塑料的阻燃性能。
本研究的发现对于开发更安全、可持续的聚氨酯软质泡沫塑料具有重要意义。
关键词：阻燃剂，聚氨酯，软质泡沫塑料，热稳定性，燃烧
引言：
聚氨酯软质泡沫塑料作为一种重要的建筑和包装材料，具有轻质、隔热、隔音、抗压和吸震等优点，在现代社会得到广泛应用。
然而，由于其
易燃性，聚氨酯软质泡沫塑料的应用受到了限制。
因此，提高聚氨酯软质
泡沫塑料的阻燃性能成为了当前的研究热点。
阻燃剂是一种可以减少材料燃烧性能的添加剂。
通过添加适量的阻燃
剂可以改善聚氨酯软质泡沫塑料的燃烧性能，减少其燃烧速率和烟雾产生。
目前，常用的阻燃剂包括卤素化合物、氮磷系化合物和无机化合物等。
然而，由于卤素化合物的环境和毒性问题，寻找更安全、可持续的阻燃剂成
为了当前的研究方向。
方法：
本研究采用溶胀法制备了阻燃聚氨酯软质泡沫塑料。
首先，将聚氨酯原料溶解在有机溶剂中，然后加入不同种类和添加量的阻燃剂，并进行搅拌。
最后，将混合溶液倒入模具中，进行凝固和固化，得到阻燃聚氨酯软质泡沫塑料。
结果与讨论：
实验结果表明，添加阻燃剂可以显著提高聚氨酯软质泡沫塑料的热稳定性。
热重分析结果显示，添加阻燃剂后，聚氨酯软质泡沫塑料的失重温度明显增加，热分解速率显著降低。
这是因为阻燃剂可以吸收热量，形成惰性气体，从而减缓材料的热分解过程。
火焰测试结果显示，添加阻燃剂后，聚氨酯软质泡沫塑料的燃烧速率明显减小。
同时，添加阻燃剂可以减少燃烧时产生的烟雾和有害气体。
这是由于阻燃剂可以抑制燃烧反应，减少燃烧产物的生成。
结论：
本研究通过添加阻燃剂改善了聚氨酯软质泡沫塑料的阻燃性能。
实验结果表明，添加阻燃剂可以提高材料的热稳定性，减少燃烧速率和烟雾产生。
通过调节阻燃剂的种类和添加量，可以进一步改善聚氨酯软质泡沫塑料的阻燃性能。
这对于开发更安全、可持续的聚氨酯软质泡沫塑料具有重要意义。