塑料阻燃机理的研究进展

本文较为详细地综述了国外近年来塑料阻燃机理的研究进展，并着重介绍了近年对膨胀型阻燃剂和无机阻燃阻燃机理的研究。     

聚氨酯阻燃研究进展

综述了近3年来国内外聚氨酯材料阻燃方面的相关资料,主要从聚氨酯材料所用阻燃剂的角度来进行整理,着重介绍磷系阻燃剂、纳米颗粒阻燃剂、含硅阻燃剂等的阻燃效果。另外,简要介绍了向聚氨酯材料施加阻燃剂的方法,对比各方法的优缺点,为后续进行阻燃聚氨酯材料的研究提供参考。     

阻燃聚氨酯硬泡的研究进展

简要介绍了聚氨酯硬泡的燃烧降解过程,并对各种阻燃剂的阻燃机理进行了全面的介绍。着重阐述了聚氨酯硬泡的阻燃方法,并对聚氨酯硬泡的阻燃发展方向进行了展望。     

聚氨酯泡沫塑料的阻燃

简要介绍了聚氨酯泡沫塑料进行阻燃处理的重要性，综述了改善聚氨酯泡沫塑料阻燃性能的方法和不同阻燃剂的特点。     

含硅阻燃剂与膨胀型阻燃剂的协同阻燃性

采用测量极限氧指数(LOI)和锥形量热仪动态燃烧两种方法评价了含硅阻燃剂(SFR-H)与高聚磷酸铵/三聚氰胺氰尿酸盐(APP/MCA)膨胀阻燃体系在聚乙烯基体中的协同阻燃性,并通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(WAXD)和扫描电镜(SEM)分析炭层结构和成分来研究其协同阻燃机理。研究表明,SFR-H/APP/MCA协同阻燃体系可明显提高聚乙烯的LOI值和降低燃烧热释放速率,具有较好的协同阻燃性,两者在燃烧过程中一起热氧化分解,形成陶瓷状含硅、硼、磷元素的化合物,对表面膨胀炭层起着增强作用,同时也提高了膨胀炭层的热氧稳定性和阻隔性能,从而提高了阻燃效果。     

无卤阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料研究进展

硬质聚氨酯泡沫(RPUF)因具有低密度、低导热系数等优点,广泛应用于建筑保温、轨道交通等多个领域.然而其存在极易燃且燃烧过程放出大量有毒气体和烟雾等问题,使用中存在很大的火灾安全隐患,需要对其进行阻燃处理.随着人们环保和健康意识的提高,卤系阻燃剂由于在燃烧时释放出卤化氢腐蚀性气体,产生有毒致癌物质(如多溴代二苯并二噁英(PBDD)),已被欧盟RoHS指令及联合国环境署发布的《斯德哥尔摩公约》等法律法规限制或禁用.因此,新型环保型无卤阻燃剂的研发和应用亟需得到发展.近年来,无卤含磷、含氮阻燃剂、无机纳米粒子、膨胀型阻燃剂等多种阻燃体系均被用于RPUF阻燃改性研究.本文依据RPUF的应用性能与燃烧降解特性,从添加型、反应型和纳米复合型阻燃剂三方面,概述了近年来国内外阻燃RPUF复合材料的发展现状与阻燃机制,并展望了高效、无卤、绿色环保的反应型阻燃剂与生物基阻燃聚氨酯的合成研究在实现无卤高效阻燃聚氨酯中的发展趋势.     

添加型阻燃剂对聚氨酯硬泡阻燃性能的影响

研究了添加型阻燃剂磷酸三氯乙酯(TCEP)对聚氨酯硬泡阻燃性能的影响和机理。结果表明,随着密度和阻燃剂含量的增加,氧指数(LOI)在上升到一定幅度后趋缓;阻燃剂的添加会影响材料的泡体结构;TCEP先于聚氨酯泡沫降解,使材料在燃烧初期反而不稳定,但是在后期随着材料泡体的破坏,燃烧产生焦炭层,延缓了燃烧。     

膨胀阻燃天然橡胶的阻燃性能热稳定性燃烧行为及阻燃机理

分别以聚磷酸铵/季戊四醇（IFR）和可膨胀石墨（EG）为阻燃剂制备了阻燃天然橡胶（FRNR）,对比研究了2种膨胀阻燃剂对天然橡胶阻燃性能、力学性能、热稳定性、燃烧性能的影响,并探究了造成阻燃性能差异的机理。结果表明,EG在天然橡胶中表现出更佳的阻燃效果,添加40%（质量分数）IFR的FRNR的LOI值为26.2,UL-94为Ⅴ-0级;而添加20%（质量分数）EG后,FRNR的LOI值已达到28.4,UL-94为Ⅴ-0级;IFR和EG的添加会严重恶化天然橡胶的力学性能;锥形量热的测试结果表明,EG的添加能更有效降低天然橡胶的热释放速率、总热释放量和烟气生成量,添加20%EG的FRNR的主要燃烧性能参数已优于含40%IFR的FRNR,添加40%EG的FRNR的主要燃烧性参数大幅度改善,其中热释放速率峰值由795 kW/m²降低至211 kW/m²,600 s时的总热释放量和总生烟量由116.3 MJ/m²和46.7 m²下降到35.6 MJ/m²和2.6 m²...     

磷氮协效阻燃水性聚氨酯的阻燃机理

通过极限氧指数、热失重-红外光谱和扫描电镜分析对磷氮协效阻燃水性聚氨酯的阻燃机理进行了研究。结果表明,N,N-双(2-羟甲基)氨基乙基膦酸二甲酯(BHAPE)对水性聚氨酯具有良好的阻燃效果,阻燃水性聚氨酯表现出典型的凝聚相阻燃机理:水性聚氨酯中的BHAPE受热到200℃以后,开始分解为磷酸,从而降低了聚氨酯硬段的分解速率;温度继续升高,产生的磷酸发生缩聚反应,形成热稳定性较高的聚磷酸,聚磷酸具有很强的催化作用,迅速使高聚物脱水炭化,在材料表面形成致密光滑无孔洞的炭层。聚磷酸富集于残留物炭层表面,与炭层共同起到隔氧隔热、抑烟的作用,从而发挥阻燃能力。     

反应型膦酸酯阻燃剂的合成及在聚氨酯阻燃中的应用

基于磷-氢键与羰基加成反应采用"一锅法"合成3种含羟基的反应型磷系阻燃剂:2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧杂磷杂环己基)-2-丙醇(DMTO)、2-(5,5-二甲基-2-氧代-1,3,2-二氧杂磷杂环己基)-2-苯乙醇(RLGL)和2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂[5.5]十一烷-3,9-二氧-3,9-二异丙醇(DPDM)。以红外光谱、核磁共振、质谱及热重分析对其进行表征,进一步将DMTO,RLGL和DPDM以不同添加量对聚氨酯(PU)进行阻燃改性,研究化合物的构效关系。结果表明,3种阻燃剂对PU皆具有明显的促进成炭作用,随添加量的增加,极限氧指数(LOI)增长显著,其中PU-DMTO 10%的LOI值可达26%,使用量为5%时,阻燃PU的UL-94等级都可达V-0级。扫描电镜测试结果表明,其燃烧后残炭表面呈致密炭层,具有凝聚相阻燃特征。     

阻燃水性聚氨酯研究进展

阻燃水性聚氨酯是水性聚氨酯功能化的重要方向之一,具有较高的实际应用价值。根据阻燃剂在水性聚氨酯中的存在方式,可以将阻燃水性聚氨酯分为共混复配型和反应型两大类。文中主要从聚氨酯硬段阻燃改性与软段阻燃改性两个方面综述了反应型阻燃水性聚氨酯的研究现状,并展望了阻燃水性聚氨酯的发展趋势。     

磷酰胺类阻燃剂的合成及在硬质聚氨酯泡沫塑料中的应用

以亚磷酸二甲酯、二乙胺、正丁胺、环己胺为原料合成3种磷酰胺类阻燃剂二甲基-N,N-二乙基磷酰胺(DMDEPR)、二甲基-N-丁基膦酰胺(DMBPR)和二甲基-N-环己基磷酰胺(DMCHPR),用红外光谱仪、核磁共振仪、质谱仪和热重分析仪对其进行表征并研究了3种不同结构的磷酰胺类阻燃剂对硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)阻燃性能的影响。结果表明,3种磷酰胺类阻燃剂和RPUF相容性较好,对RPUF力学性能影响不大。磷酰胺类阻燃剂的添加均使RPUF的阻燃性能有所提高,其中具有叔酰胺结构的DMDEPR阻燃效果最好,DMDEPR阻燃的RPUF热稳定性最高,添加10phr DMDEPR的RPUF其残炭量从空白RPUF的16.0%上升到25.2%。     

含磷本质阻燃水性聚氨酯及其膨胀防火涂料的应用

以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚丙二元醇(PPG)为单体,以二羟甲基丙酸(DMPA)和含磷阻燃剂FR-6为扩链剂,制备不同组分的含磷本质阻燃水性聚氨酯(FPU)。再以聚磷酸铵(APP)、双季戊四醇(DPER)、三聚氰胺(MEL)为膨胀阻燃体系制备出钢结构水性防火涂料。采用红外光谱、热重分析、力学测试、锥形量热、背面温度、扫描电镜、炭层强度和X射线光电子能谱(XPS)分别对乳胶膜和涂层进行了分析。研究表明,随着阻燃剂FR-6用量的提高,乳胶膜和涂层的最大热分解速率下降,残留质量提高。乳胶膜的拉伸强度提高,断裂伸长率降低。在阻燃剂FR-6含量为15%时,涂层的热释放速率最低,残炭强度最大,背部稳定温度为185.7℃。同时XPS表明残炭中残留了更多的P、N元素,耐火性能提高。     

阻燃剂及其阻燃机理的研究现状

近来关于阻燃剂及其阻燃机理越来越受人们的关注.综述了卤系、磷系、氮系、铝镁系、粘土类和膨胀石墨阻燃剂在高分子材料中的阻燃机理及其研究现状,并提出了增加复合材料在燃烧过程中的成炭倾向是今后聚合物阻燃设计的新思路.     

硅系化合物阻燃聚碳酸酯及其阻燃机理

论述了含硅化合物(各类聚硅氧烷)阻燃PC(仅限于添加型)的特点、配方及性能,并详细讨论了硅化合物阻燃PC的机理。含硅阻燃PC的阻燃性、加工性及力学性能均佳,尤其是以冲击强度优异而著称。另外,此类PC生烟性及有毒气体生成量低,可机械回收,与环境兼容,唯售价较昂。聚硅氧烷系在凝聚相阻燃,交联成炭,且阻燃组分能在PC表面富集。含硅PC在高温下的异构化及Fries重排能有效促进PC的交联成炭阻燃。     

含磷本质阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料的制备及性能

以苯基膦酰二氯(BPOD)和乙二醇(EG)为原料合成含磷长链二元醇(P-polyol),用于制备含磷本质阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF),研究了P-polyol对聚氨酯泡沫塑料性能的影响。结果表明,使用P-polyol制备的聚氨酯泡沫,含磷量为1.82%时,极限氧指数达到24.7%;微型燃烧量热仪(MCC)测试显示,燃烧过程的热释放容量、总热释放量和热释放峰值均有所下降。热重分析(TGA)结果显示,在氮气中热分解后700℃的残炭量为22.6%,在空气中热氧化分解后700℃的残炭量为17.0%,较纯RPUF均提高了1倍以上。阻燃后聚氨酯泡沫的压缩强度比空白组提高了130%,并保持了原有的冲击强度,这一优点是众多添加型阻燃剂难以实现的。     

三种阻燃剂对聚氨酯硬泡阻燃性能的影响

通过在聚氨酯硬泡中加入膨胀土、有机磷、石墨三种阻燃剂,进行各单组份和三种阻燃剂协同作用对聚氨酯硬泡的阻燃性能及力学性能影响的对比实验。实验结果表明以聚醚多元醇10 g为基准,燃剂添加量为60%且重量比为膨胀土∶有机磷∶石墨=1∶1∶2时阻燃效果最佳,其压缩强度为0.129 8 MPa,氧指数达到了32,火焰等级为5 VA,各项指标均达到了应用要求。     

聚烯烃用含硅阻燃剂的阻燃机理

采用TGA、FT-IR、SEM和TGA-FTIR联用等方法对新型含硅阻燃剂(SFR-H)的阻燃机理研究表明,SFR-H为凝聚相成炭型阻燃剂。在受热或燃烧过程中,SFR-H能迁移到材料表面降解生成高热氧稳定性的残留覆盖物,还对LLDPE基体具有催化成炭作用,能迅速在材料表面形成一层连续致密阻隔炭层,起着有效的隔热隔质作用,从而通过延缓内部材料热分解来提高材料的阻燃性能。