聚氨酯（PU）材料因其良好的綜合性能，廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，其中硬質(zhì)聚氨酯泡沫（RPUF）具有良好的力學(xué)性能，常被用于建筑隔熱材料。 然而，由于高度易燃性，RPUF的應(yīng)用受到很大限制。

上海同濟大學(xué)王國建教授利用納米結(jié)構(gòu)氧化鋅（ZnO），沸石和蒙脫土（MMT）等與傳統(tǒng)磷阻燃劑相結(jié)合，制備了阻燃硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（RPUF）。其含磷阻燃劑包括磷酸銨（APP）和甲基膦酸二甲酯（DMMP）。前者主要在凝相中起作用，后者主要在氣相中起作用。

研究結(jié)果表明：使用納米結(jié)構(gòu)添加劑（Nanos）可有效降低RPUF的熱釋放速率并可在材料表面形成高保護性的炭層。此外，結(jié)果顯示，當不同量的Nanos與APP和DMMP共同使用時，隨著添加量的不同，RPUF表現(xiàn)出不同的燃燒性能。 ZnO和MMT可有效降低RPUF的熱釋放速率，但最大熱釋放速率沒有降低；沸石/DMMP/APP阻燃劑體系的RPUF的熱釋放速率（HRR）可降至為91kW/m 2，與單純使用DMMP / APP阻燃體系的RPUF相比，其PHRR值降低26％，此外，該配方下的RPUF極限氧指數(shù)（LOI）可提升至29.5％。

圖1 PU及其復(fù)合材料的TGA曲線

通過進一步研究發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)和納米磷阻燃劑之間的相互作用對于復(fù)合材料阻燃性能的提升至關(guān)重要。研究者首先通過共混的方式將阻燃劑與RPUF按不同配方與配比等制備成復(fù)合材料，隨后分別對不同配方的復(fù)合材料進行熱性能、燃燒性能評估。

圖2 PU及DMMP/APP/PU復(fù)合材料的HRR曲線

TGA測試結(jié)果顯示，APP的引入提高了復(fù)合材料的初始分解溫度，且其引入可以有效促進聚合物成炭；DMMP的引入可使復(fù)合材料的整體分解速率趨于平緩；而將APP與DMMP共同使用可兼具兩者共同優(yōu)點。CONE測試結(jié)果顯示，APP與DMMP共同使用可使HRR值由純PU的207kW/m2降至123kW/m2，表明了復(fù)合材料的低可燃性。最后，研究者發(fā)現(xiàn)引入ZnO,MMT后，復(fù)合材料的HRR,THR,煙釋放量等都有下降，顯示了該阻燃體系的良好功效。

圖3 ZnO和MMT等加入后復(fù)合材料的CONE測試曲線

最后，研究者對該體系阻燃機理進行總結(jié)：APP主要作用于凝聚相，主要體現(xiàn)在成炭性；DMMP主要體現(xiàn)為氣相機理；而ZnO和MMT作為添加劑可對阻燃性能的提升其進一步促進作用。

內(nèi)容來源：

《Polymer Degradation and Stability》（Volume 111, January 2015, Pages 142-150）

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391014004248

原文標題：

Research on highly flame-retardant rigid PU foams by combination of nanostructured additives and phosphorus flame retardants

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