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      阻燃聚氨酯材料的研究現(xiàn)狀

      2018-03-28 12:25:05郭嘉昒李為民呂利剛
      關(guān)鍵詞:聚磷酸銨含磷氧指數(shù)

      郭嘉昒 馬 慧 李為民 呂利剛

      1四川科技職工大學(xué)安全工程系 (四川成都 610101)2中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院 (山西太原 030051)

      聚氨酯是一種由多異氰酸酯和多元醇反應(yīng)并具有若干個氨基甲酸酯鏈段的有機(jī)高分子材料。聚氨酯材料具有優(yōu)異的柔韌性、粘接性、耐磨性及耐低溫性等諸多優(yōu)點。聚氨酯材料在新材料工業(yè)中占有十分重要的地位,廣泛應(yīng)用于航天、汽車、建筑、涂料、紡織、皮革、家具、家電、包裝、軍工等領(lǐng)域[1]。但是,未經(jīng)阻燃處理的聚氨酯材料遇火會燃燒分解,并釋放出大量有毒有害氣體,存在著一定的安全隱患。因此,聚氨酯材料的阻燃研究十分迫切和必要,近年來,阻燃型聚氨酯逐漸成為聚氨酯材料研究的一個熱點領(lǐng)域。

      1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

      由于傳統(tǒng)鹵系阻燃劑帶來的環(huán)境問題難以解決,各國研究者開始尋求環(huán)境友好型阻燃劑,對含氮-磷有機(jī)化合物阻燃劑的研究較多。國內(nèi)外的科研工作者對阻燃材料進(jìn)行了廣泛的研究,目前已取得了不少的研究成果,現(xiàn)綜述如下。

      王翠翠等[2]研究了2種無鹵阻燃劑,采用共沉淀法合成了有機(jī)改性的層狀雙氫氧化物(LDH),通過X射線衍射(XRD)對其進(jìn)行性能檢測。通過磷酸與三聚氰胺反應(yīng)制備磷酸蜜胺鹽(MPP),并將其作為插層劑制備磷酸蜜胺鹽-蒙脫土(MPM),對蒙脫土進(jìn)行了有機(jī)改性,用XRD對MPM的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析表征。制備了水性聚氨酯-層狀雙氫氧化物納米復(fù)合材料,并對其氧指數(shù)進(jìn)行了測試。實驗結(jié)果表明,納米混合阻燃劑能明顯提高水性聚氨酯的阻燃性能。

      王娜等[3]用 DOPO(9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物)對介孔分子篩MCM-41進(jìn)行表面改性,將改性后的MCM-41作為阻燃劑與聚磷酸銨(APP)、季戊四醇(PER)及三聚氰胺(MEL)復(fù)配阻燃劑,研究了添加改性MCM-41對聚丙烯(PP)的阻燃性能、力學(xué)性能和熱性能的影響。結(jié)果表明,添加少量DOPO改性分子篩即可顯著提高PP的阻燃性能,當(dāng)改性分子篩的添加量為1%時,阻燃PP的氧指數(shù)為32.6,比純PP提高91.76%;熱重分析(TGA)、動態(tài)熱機(jī)械能分析和掃描電鏡分析的結(jié)果表明,添加少量的改性分子篩MCM-41可催化APP/PER/MEL間的酯化反應(yīng),促進(jìn)體系成炭,形成更緊密的炭層,從而提高材料的阻燃性能。

      崔錦峰等[4]以DOPO和順丁烯二酸酐(MA)為原料合成含磷單體DOPOMA,將其與二元酸、二元醇進(jìn)行縮聚反應(yīng),得到側(cè)鏈含磷的端羥基飽和聚酯,再將其與甲苯二異氰酸酯(TDI)反應(yīng)合成含磷阻燃熱塑性聚氨酯彈性體。采用紅外光譜分析(FT-IR)、熱重分析、極限氧指數(shù)(LOI)、掃描電子顯微鏡(SEM)等方法對含磷高聚物的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性、成炭能力等進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,隨著磷含量的增加,極限氧指數(shù)值逐漸增大,分解溫度逐漸提高,殘?zhí)柯手饾u增大,燃燒炭層趨于致密。

      馬慧等[5]利用聚氧化丙烯二醇、聚四亞甲基醚二醇和1,6-亞乙基二異氰酸酯、三羥甲基丙烷及納米氫氧化鎂、偶氮二磷酸酯及聚磷酸銨制備了聚氨酯彈性體。通過正交試驗優(yōu)化各組分配比及用量,并分析測試其物理性能和燃燒性能。結(jié)果表明,優(yōu)化配方制備的聚氨酯彈性體具有良好的阻燃性能以及力學(xué)性能。

      邢亞琳等[6]基于磷-氫鍵與羰基加成反應(yīng)制備了3種反應(yīng)型阻燃劑2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧雜磷雜環(huán)己基)-2-丙醇(DMTO)、2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧雜磷雜環(huán)己基)-2-苯乙醇(RLGL)和 2,4,8,10-四氧雜-3,9-二磷雜[5.5]十一烷-3,9-二氧-3,9-二異丙醇(DPDM),然后將3種反應(yīng)型阻燃劑添加到聚氨酯中,并分析測試了阻燃性能。實驗結(jié)果表明,3種阻燃劑促進(jìn)聚氨酯成炭的效果顯著,聚氨酯極限氧指數(shù)達(dá)到26%。

      鄧前軍等[7]以二異丙醇胺、亞磷酸二乙酯及多聚甲醛為原料,制備了反應(yīng)型阻燃劑N,N-二(2-羥異丙基)氨甲基膦酸二乙酯(HPAPE),并利用正交試驗得到了合成HPAPE的最優(yōu)條件。利用極限氧指數(shù)和垂直燃燒法測試了HPAPE阻燃聚氨酯的性能。結(jié)果表明,HPAPE對聚氨酯具有明顯的阻燃效果,阻燃聚氨酯的極限氧指數(shù)達(dá)到26.2%。

      馮濤等[8]以蓖麻油、雙酚A聚酯二元醇、磷酸酯、氫氧化鋁、液化改性二苯基甲烷二異氰酸酯、多亞甲基多苯基異氰酸酯為主要原料,制備了一種雙組分聚氨酯結(jié)構(gòu)膠,并研究了聚酯多元醇、阻燃增塑劑和阻燃填料等對結(jié)構(gòu)膠阻燃性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,該阻燃型雙組分結(jié)構(gòu)膠各項性能優(yōu)異,可以達(dá)到高速動車組車身部分結(jié)構(gòu)粘接的要求。

      彭華喬等[9]以苯甲醛、三氯氧磷、硫氰酸鉀、聚磷酸銨及新戊二醇等為主要原料,合成了新型阻燃劑PNSFR,并將其應(yīng)用于聚氨酯材料的阻燃改性,通過紅外和核磁對阻燃結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,測試了阻燃及力學(xué)性能。結(jié)果表明,新合成的阻燃劑PNSFR能顯著提高聚氨酯材料的阻燃性能,但其力學(xué)性能略有降低。

      Lorenzetti等[10]以3,4-二甲基吡唑磷酸鹽、聚磷酸銨、磷酸鋁和磷酸三乙酯為阻燃劑,使用熱重-紅外(TGA-FTIR)聯(lián)用技術(shù),研究了不同價態(tài)含磷阻燃劑阻燃聚氨酯材料的性能。結(jié)果顯示:當(dāng)阻燃劑分解溫度與純聚合物分解溫度范圍相同時,磷氧化態(tài)的影響變得重要。在這種情況下,在較低的磷氧化態(tài)[P(+1)]時,其氣相和固相作用同時被觀察到;而在較高的磷氧化態(tài)[P(+5)]下,僅觀察到固相作用。

      Joanna等[11]使用N,N'-二(亞甲基環(huán)氧基-2-羥乙基)脲和硼酸衍生物制備了1種含硼反應(yīng)型阻燃多元醇。研究發(fā)現(xiàn),硼酸鹽作為多元醇組分的應(yīng)用以及同時作為聚氨酯泡沫配方中的阻燃劑是非常有利的。與標(biāo)準(zhǔn)泡沫體相比,所制備的聚氨酯泡沫體具有更低的脆性、更高的抗壓強度和閉孔含量,以及優(yōu)良的阻燃性。

      2 展望

      阻燃聚氨酯材料已成為高分子材料研究與應(yīng)用領(lǐng)域的熱點,聚氨酯阻燃材料研究不僅是當(dāng)前安全生產(chǎn)和民用領(lǐng)域的迫切需求,而且對促進(jìn)企事業(yè)單位生產(chǎn)安全、消除可能的火災(zāi)隱患、保障廣大市民的生命財產(chǎn)安全具有重要的意義。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人們環(huán)保意識的逐漸增強,對于具有優(yōu)良阻燃性能的新型高效環(huán)保聚氨酯阻燃材料的研究越來越受到重視;高效、無鹵、無毒、低煙、綠色環(huán)保將是今后阻燃聚氨酯材料的發(fā)展方向。

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