阻燃硬质聚氨酯泡沫高效复配体系研究新成果

聚氨酯（PU）材料因其良好的综合性能，广泛应用于许多领域，其中硬质聚氨酯泡沫（RPUF）具有良好的力学性能，常被用于建筑隔热材料。 然而，由于高度易燃性，RPUF的应用受到很大限制。

上海同济大学王国建教授利用纳米结构氧化锌（ZnO），沸石和蒙脱土（MMT）等与传统磷阻燃剂相结合，制备了阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料（RPUF）。其含磷阻燃剂包括磷酸铵（APP）和甲基膦酸二甲酯（DMMP）。前者主要在凝相中起作用，后者主要在气相中起作用。

研究结果表明：使用纳米结构添加剂（Nanos）可有效降低RPUF的热释放速率并可在材料表面形成高保护性的炭层。此外，结果显示，当不同量的Nanos与APP和DMMP共同使用时，随着添加量的不同，RPUF表现出不同的燃烧性能。 ZnO和MMT可有效降低RPUF的热释放速率，但最大热释放速率没有降低；沸石/DMMP/APP阻燃剂体系的RPUF的热释放速率（HRR）可降至为91kW/m 2，与单纯使用DMMP / APP阻燃体系的RPUF相比，其PHRR值降低26％，此外，该配方下的RPUF极限氧指数（LOI）可提升至29.5％。

图1 PU及其复合材料的TGA曲线

通过进一步研究发现纳米结构和纳米磷阻燃剂之间的相互作用对于复合材料阻燃性能的提升至关重要。研究者首先通过共混的方式将阻燃剂与RPUF按不同配方与配比等制备成复合材料，随后分别对不同配方的复合材料进行热性能、燃烧性能评估。

图2 PU及DMMP/APP/PU复合材料的HRR曲线

TGA测试结果显示，APP的引入提高了复合材料的初始分解温度，且其引入可以有效促进聚合物成炭；DMMP的引入可使复合材料的整体分解速率趋于平缓；而将APP与DMMP共同使用可兼具两者共同优点。CONE测试结果显示，APP与DMMP共同使用可使HRR值由纯PU的207kW/m2降至123kW/m2，表明了复合材料的低可燃性。最后，研究者发现引入ZnO,MMT后，复合材料的HRR,THR,烟释放量等都有下降，显示了该阻燃体系的良好功效。

图3 ZnO和MMT等加入后复合材料的CONE测试曲线

最后，研究者对该体系阻燃机理进行总结：APP主要作用于凝聚相，主要体现在成炭性；DMMP主要体现为气相机理；而ZnO和MMT作为添加剂可对阻燃性能的提升其进一步促进作用。