因?yàn)?a href="http://www.lxdangjian.com">聚氨酯材料優(yōu)良的性能，近年來(lái)聚氨酯工業(yè)的發(fā)展很快。我國(guó)在2000年聚氨酯總產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)100萬(wàn)噸。無(wú)論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中的國(guó)家，聚氨酯工業(yè)一直保持了高于GDP的較高增長(zhǎng)率。聚氨酯材料和其他有機(jī)高分子材料一樣，是一種可燃性較強(qiáng)的聚合物。特別是軟酯質(zhì)泡沫塑料，由于密度小，比表面積較大，絕熱性能好，其燃燒問(wèn)題尤為突出，自身氧指數(shù)只有14－16，極易被點(diǎn)燃和燃燒。而且，一旦著火，燃燒速度猛烈，不易撲滅。其燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧有毒，極易造成人員窒息*****亡。最近頒發(fā)的《中華人民共和國(guó)消防法》對(duì)建筑和交通部門(mén)使用的聚氨酯材料的阻燃性能做了明確的規(guī)定。 

一.現(xiàn)狀與發(fā)展 

PU阻燃技術(shù)發(fā)展除了非鹵化、抑煙化和無(wú)毒氣體化趨勢(shì)，具體要求已從自熄型(氧指數(shù)26)向難燃型(氧指數(shù)30)提高。 

綜合各方面的資料來(lái)看，對(duì)PU材料阻燃主要有兩種方法：添加法和反應(yīng)型阻燃法。添加法在聚氨酯制品配方中加入含磷、氯、溴、銻、鋁、硼、氮等阻燃元素的添加型阻燃劑，使制得的產(chǎn)品具有阻燃性能。從理論上講，這種方法最為簡(jiǎn)便，不需要添加什么大型設(shè)備就可以按普通的生產(chǎn)方法進(jìn)行生產(chǎn)。大量的實(shí)驗(yàn)證明，絕大多數(shù)阻燃劑都會(huì)導(dǎo)致泡沫塌泡、收縮或開(kāi)裂，而且制得的產(chǎn)品的物理機(jī)械性能較差，僅有為數(shù)不多的阻燃劑可以使用，聚氨酯發(fā)泡，且這些阻燃劑單獨(dú)添加時(shí)阻燃效果都不顯著。同時(shí),由于使用較多含溴阻燃劑,燃燒煙氣毒性也較大。從目前阻燃劑的發(fā)展方向來(lái)看,主要從不含鹵系等有機(jī)阻燃劑方向發(fā)展，著重于無(wú)機(jī)阻燃劑。因?yàn)闊o(wú)機(jī)阻燃劑燃燒的煙氣毒性小,甚至沒(méi)有,而且價(jià)格比有機(jī)阻燃劑便宜。 

反應(yīng)型阻燃劑法在生產(chǎn)PU配方中加入含磷、氯、溴、硼、氮阻燃元素的多羥基化合物等反應(yīng)型阻燃劑，或在生產(chǎn)PU主要原料——聚醚多元醇、聚酯多元醇、異氰酸酯分子中引入阻燃元素，使制得的PU材料分子中含有阻燃元素，從而獲得阻燃性能。此種方法雖然具有阻燃性能持久性好、對(duì)物理機(jī)械性能影響較小等優(yōu)點(diǎn)，但在聚醚多元醇、聚酯多元醇或異氰酸酯中引入阻燃元素的反應(yīng)需要專(zhuān)用設(shè)備，生產(chǎn)過(guò)程較復(fù)雜。而用阻燃聚醚多元醇或異氰酸酯，原料不易購(gòu)買(mǎi)。 

二.研究概況 

PU材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性在國(guó)外早已引起很多國(guó)家的關(guān)注，對(duì)PU軟質(zhì)泡沫塑料都已提出了阻燃的要求，并制定頒布了FMVSS-302標(biāo)準(zhǔn)和加利福尼亞州的家具燃燒試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)CAL.117，限制非阻燃泡沫的生產(chǎn)和使用，到1978年，使用的泡沫幾乎都為阻燃型產(chǎn)品。英國(guó)要求用于家具和床墊的泡沫都必須阻燃，1988年底宣布禁止不阻燃的普通泡沫和高回彈泡沫用于家具制品。西歐共同體己批準(zhǔn)此項(xiàng)禁令，其它歐洲國(guó)家也紛紛效仿。德國(guó)也建立了相應(yīng)法規(guī)限制非阻燃泡沫的生產(chǎn)及使用。日本運(yùn)輸省81號(hào)文件對(duì)于客車(chē)的座、臥墊材規(guī)定都必須使用阻燃制品，要求氧指數(shù)26.5。國(guó)外PU軟質(zhì)泡沫塑料阻燃技術(shù)受到了較為普遍的重視，許多國(guó)家都投入了大量人力、物力進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)工作。國(guó)外過(guò)去的研究工作主要偏重于添加法阻燃技術(shù)，開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了大量的阻燃PU軟質(zhì)泡沫塑料應(yīng)用于各種領(lǐng)域。但由于受發(fā)泡工藝的限制，為了盡量少改變泡沫本身的性能，阻燃劑添加量有限，生產(chǎn)的阻燃PU軟質(zhì)泡沫塑料阻燃水平也并不很高，一般為自熄型產(chǎn)品，氧指數(shù)為26，很少見(jiàn)到有PU軟質(zhì)泡沫塑料氧指數(shù)高于26的報(bào)道。隨著國(guó)外防火安全法規(guī)日趨嚴(yán)格，阻燃要求也越來(lái)越高，國(guó)外聚氨酯行業(yè)進(jìn)一步作了大量的研究，在阻燃劑方面下功夫，開(kāi)發(fā)出一些效果較好的阻燃劑用于PU軟質(zhì)泡沫塑料，因此近年來(lái)PU軟質(zhì)泡沫塑料阻燃水平已有較大提高，正在由過(guò)去的自熄型向難燃型(氧指數(shù)為30)邁進(jìn)。例如美國(guó)聯(lián)合碳化物公司研究的高回彈PU軟質(zhì)泡沫塑料阻燃性能不僅符合美國(guó)通用標(biāo)準(zhǔn)FMVSS-302，而且符合美國(guó)和英國(guó)目前最嚴(yán)格的紐約港、波士頓防火部及英國(guó)BS5852標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定；德國(guó)巴斯夫公司開(kāi)發(fā)的EASYREST座墊PU軟質(zhì)泡沫塑料氧指數(shù)可達(dá)30。這是到目前為止資料報(bào)道國(guó)外阻燃PU軟質(zhì)泡沫塑料氧指數(shù)的最高水平。 

耐燃原理：不同耐燃劑之阻燃原理各有不同，物體要燃燒必需具備三要素，可燃物、火源、助燃物，因此要阻止燃燒，可形成不燃性氣體以降低可燃性氣體的濃度，使燃燒速度延緩；或產(chǎn)生不燃性固體以阻止物料與火焰之直接接觸；可在受熱時(shí)產(chǎn)生脫水或吸熱反應(yīng)，使系統(tǒng)之熱傳播速度變慢。 有機(jī)物的燃燒往往是自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。在燃燒時(shí)，有機(jī)物首先發(fā)生鏈?zhǔn)綗嵫趸呀夥磻?yīng)，高分子長(zhǎng)鏈迅速崩潰，液態(tài)或固態(tài)有機(jī)物變成可燃?xì)怏w（小分子烴），其過(guò)程大體如下： 

R—R®HO·或HOO·→R·+R· 

R·®O2®ROO· 

RH+ROO·®ROOH+R· 

ROOH®RO·+HO· 

…… 

小分子烴的燃燒也是自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終生成二氧化碳和水。阻燃的關(guān)鍵是捕捉自由基和降低自由基的能量。燃燒的聚乙烯離開(kāi)火源會(huì)自行熄滅，就是因?yàn)樗诹呀膺^(guò)程中產(chǎn)生了能捕捉自由基的氯化氫。 

HCl+HO·→H2O+Cl· 

HCl+HOO·→H2O+1/2O2+Cl· 

Cl·+Cl·→Cl2 

人們從聚氯乙烯的燃燒得到啟迪，制備有阻燃性能的高分子材料。作為阻燃劑應(yīng)具備四個(gè)條件：①阻燃劑本身是不可燃或低燃性物質(zhì)；②在高分子材料中有較好的分散性；③不能破壞被阻燃物質(zhì)的物理特性；④阻燃劑本身或在燃燒條件下不釋放有毒氣體。添加型阻燃劑的使用方便，應(yīng)用范圍廣，但對(duì)聚合物的性能有一定影響。如氯化石蠟、四溴乙烷、氫氧化鋁、氫氧化鎂等。反應(yīng)型的阻燃劑作為單體參加聚合反應(yīng)，使高分子聚合物具有阻燃性質(zhì)。如四溴鄰苯二甲酸酐、四氯雙酚A等都是反應(yīng)型阻燃劑。主要用于縮聚反應(yīng)，如聚氨酯、不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯等。 

不同的阻燃劑，其阻燃機(jī)理是不同的，但總的看來(lái)有物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)之分。物理效應(yīng)有稀釋可燃物的作用、吸熱作用和隔離空氣的作用；化學(xué)作用在碳化作用、消除自由基作用和磷酰化作用。以下以磷化合物的作用為例說(shuō)明。高分子聚合物燃燒時(shí)受熱分解：磷化合物磷酸偏磷酸聚偏磷酸。聚偏磷酸是不易被引發(fā)的穩(wěn)定的化合物，可覆蓋在聚合物表面形成保護(hù)膜阻燃。此外，由于磷酸、偏磷酸和聚偏磷酸的脫水作用，在高溫下使聚合物碳化形成碳化膜阻燃。由于含磷化合物的脫水作用，它對(duì)含氧樹(shù)脂的阻燃效果更好，同時(shí)含磷化合物在高分子聚合物燃燒過(guò)程中都有PO生成，它可通過(guò)以下反應(yīng)捕捉自由基H·，起到阻燃作用。有機(jī)磷的化合物不會(huì)產(chǎn)生煙霧及有害氣體。 

PO+H·®HPO      HPO+H·®H2+PO 

如何確定阻燃劑的用量是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題，它與阻燃劑、聚合物、使用方法、阻燃性能的要求等幾個(gè)方面都有關(guān)系。下表給出一些聚合物達(dá)到自熄時(shí)各種阻燃元素的要求量。 

聚合物 ％P %C %Br %P+%C %P+%Br %Sb4O6+%C %Sb4O6+%Br  

ABS   23 3     5＋7    

聚氨酯 1.5 18～20 12～14 1＋  10～15 0.5＋ 4～7 4＋4 2.5＋2.5  

聚酯 5 25 12～15 1＋    15～20 2＋6 2＋  16～18 2＋8～9  

環(huán)氧樹(shù)脂 5～6 16            

我國(guó)近年來(lái)已經(jīng)有高等院校、科研單位及生產(chǎn)廠家對(duì)PU材料的阻燃技術(shù)進(jìn)行了一定的探討，但多屬于國(guó)外早期添加型阻燃方法。研究的深度和方向均大大落后于國(guó)外的水平，這將嚴(yán)重影響我國(guó)聚氨酯行業(yè)的發(fā)展。利用聚氨酯/納米符合材料制備阻燃聚氨酯時(shí)一個(gè)新的研究方向。如選擇有阻燃性的非鹵體系化合物對(duì)粘土進(jìn)行改性，從而有利于聚氨酯和單體的插層，增加其阻燃性能。從而減少了聚氨酯材料燃燒過(guò)程中的“二次危害”，解決了阻燃材料阻燃性能與力學(xué)性能矛盾的技術(shù)問(wèn)題。