磷酸哌嗪阻燃剂的合成及其在聚氨酯注浆材料中的应用

聚氨酯(PU)作为注浆材料在矿井下有广泛的应用，但由于其在固化过程中放热，可能导致自燃，给井下应用带来安全隐患，因此提高聚氨酯材料的阻燃性能是非常重要的。以磷酸和无水哌嗪为原料合成了一种N-P协同型无卤阻燃剂聚磷酸哌嗪。以红外光谱和热重分析对其结构以及热性能进行表征；进一步将聚磷酸哌嗪以不同添加量对聚氨酯进行阻燃改性，研究改性后阻燃聚氨酯的各种性能。结果表明：聚磷酸哌嗪对PU具有明显的促进成炭作用。随着添加量的增加，极限氧指数(LOI)增长显著，其中PU-聚磷酸哌嗪20%的LOI值可达28.5%,UL-94的等级可达V-0级，属于难燃自熄材料，可以达到矿用注浆材料的新阻燃标准。扫描电镜测试结果表明，其燃烧后残炭表面为致密炭层，具有凝聚相阻燃特征。力学测试结果表明，随着聚磷酸哌嗪含量的增加，聚氨酯的力学性能会有所降低，但添加量为20%时，抗压强度仍然大于40MPa,满足最新安全标准要求。