無鹵阻燃劑復(fù)配-包覆可膨脹石墨阻燃軟質(zhì)聚氨酯泡沫的性能.pdf

1、軟質(zhì)聚氨酯泡沫(FPUF)塑料具有優(yōu)良的機(jī)械性能，廣泛用做座墊材料，但它是一種易燃、熔滴、產(chǎn)煙毒的多孔高聚物。為減少因其引發(fā)的火災(zāi)所帶來的生命財產(chǎn)損失，開發(fā)高阻燃、低煙毒性且同時具備優(yōu)良機(jī)械性能的FPUF越來越受到重視。可膨脹石墨(EG)是一種新型環(huán)保無鹵物理型膨脹阻燃劑，非常適用于阻燃聚氨酯泡沫。
　　本課題的創(chuàng)新點包括:
　　1）將EG用于阻燃FPUF，且將EG分別與甲基磷酸二甲酯(DMMP)、三聚氰胺(MEL)、硼酸鋅

2、(ZB)復(fù)配阻燃FPUF;
　　2）用動態(tài)熱分析儀測試了FPUF復(fù)合材料的阻尼性能，用熱重-紅外聯(lián)用和高溫裂解-氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用測試表征了材料的裂解產(chǎn)物;
　　3）將三聚氰胺-甲醛樹脂/硼酸鋅和聚氨酯樹脂成功包覆EG，并將二者用于阻燃FPUF。課題主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　?。ㄒ唬┩ㄟ^篩選不同種類的原料和調(diào)節(jié)各原料的用量，優(yōu)化用于合成FPUF的配方，采用一步法合成FPUF，同時解決了發(fā)泡過程中產(chǎn)生收縮、塌泡、凝膠嚴(yán)

3、重、泡孔不勻等問題。
　　（二）在FPUF配方中分別添加粒徑為180μm和40μm的EG，研究其對FPUF的泡孔形貌、力學(xué)性能、熱降解性能及產(chǎn)煙毒性能和阻燃性能的影響。研究表明，相同用量的EG40比EG180更易破壞FPUF的泡孔形貌和導(dǎo)致其力學(xué)性能下降，且9.3％EG180/FPUF的極限氧指數(shù)(LOI)值高于9.3％EG40/FPUF，EG膨脹成濃密的蠕蟲狀炭層能有效抑制熔滴。EG降低了FPUF第二步熱降解的速率，但EG未促進(jìn)

4、FPUF成炭，沒有顯著影響其的熱降解過程。
　?。ㄈ〦G在FPUF內(nèi)含量過大時，材料整體的力學(xué)性能會下降，因此EG需要協(xié)同別的性狀和粒徑不同的阻燃劑共同阻燃FPUF。在FPUF配方中添加DMMP或/和EG阻燃FPUF，研究其對FPUF的泡孔形貌、力學(xué)性能、熱降解性能及產(chǎn)煙毒性能和阻燃性能的影響。研究結(jié)果表明，在經(jīng)歷硬段的玻璃化轉(zhuǎn)變時，EG或/和DMMP提高了FPUF的儲能模量、損耗模量和阻尼性能。FPUF在750℃時比在400℃

5、時降解出更多種類和數(shù)量的小分子產(chǎn)物，EG未明顯改變裂解產(chǎn)物種類，DMMP雖提高了FPUF復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，但使其降解產(chǎn)物濃度增大且種類更復(fù)雜。在FPUF降解時，EG使其CO產(chǎn)量降低，而DMMP使其CO產(chǎn)量增大。9.3％DMMP/FPUF的LOI值為24.5％，EG和DMMP有協(xié)同阻燃作用。粘性較好的DMMP的分解產(chǎn)物使得膨脹石墨炭層變得密集。
　?。ㄋ模┰贔PUF配方中添加MEL或/和EG阻燃FPUF，研究其對FPUF的泡孔形貌

6、、力學(xué)性能、熱降解性能及產(chǎn)煙毒性能和阻燃性能的影響。結(jié)果表明，MEL單獨(dú)使用及與EG共同使用時均提高了FPUF的阻尼性能。MEL使得FPUF的第一步和第二步熱降解速率降低，說明它提高了FPUF的熱穩(wěn)定性。MEL先與異氰酸酯混合反應(yīng)，再與聚醚多元醇組分反應(yīng)，結(jié)果不僅得到了泡孔形貌較好的FPUF且抑制其熱降解時CO的生成。9.3％MEL/FPUF的LOI值為22.5％，MEL和EG有協(xié)同阻燃作用。
　?。ㄎ澹┰贔PUF配方中添加ZB或

7、/和 EG阻燃FPUF，研究其對FPUF的泡孔形貌、力學(xué)性能、熱降解性能及產(chǎn)煙毒性能和阻燃性能的影響。結(jié)果表明，12.8％ZB/FPUF的孔徑依然較均勻，泡孔形貌較好，(9.3％EG+12.8％ZB)/FPUF的孔壁稍有褶皺但依然完整?？妆趦?nèi)包埋了較多的ZB粒子，與FPUF界面間相容性較差，難以有效傳遞應(yīng)力，導(dǎo)致力學(xué)性能變差。ZB使得FPUF的第二步熱解的熱穩(wěn)定性提高。ZB可以抑制FPUF熱降解時醚類、醛類小分子化合物的生成，且對CO的

8、釋放有明顯抑制作用。因此，ZB的加入大大降低了FPUF熱分解產(chǎn)生的煙氣的毒性。EG和ZB有良好的協(xié)同阻燃效果。22.1％(EG+ZB)/FPUF的LOI值可達(dá)到28％。ZB/FPUF的炭層結(jié)構(gòu)致密無孔洞，這樣就抑制了熱量、可燃?xì)怏w以及氧氣的傳遞，利于阻燃。
　?。榱颂岣逧G的膨脹倍率，對EG進(jìn)行表面包覆。采用原位聚合法將三聚氰胺甲醛樹脂(MF)包覆EG，又在MF-EG表面沉積ZB，得到MF/ZB-EG，將其用于阻燃FPUF。

9、MF-EG和MF/ZB-EG出現(xiàn)了歸屬于三聚氰胺的環(huán)呼吸振動峰。MF/ZB-EG中含有一定量的氮元素、硼元素和鋅元素。MF/ZB-EG的熱失重速率高于EG，且殘?zhí)苛扛?，前者膨脹倍率?2mL/g明顯大于后者的50mL/g。SEM觀察發(fā)現(xiàn)EG表面密集的包覆了一層顆粒狀的MF/ZB。這些結(jié)果表明，MF/ZB成功包覆于EG上。但是，9.3％(MF/ZB-EG)/FPUF泡孔都很粗大，孔徑不均勻，9.3％(MF/ZB-EG)/FPUF的力學(xué)性

10、能明顯惡化，且(MF/ZB-EG)/FPUF阻燃等級沒有提高。
　?。ㄆ撸┎捎迷痪酆戏▽⒕郯滨渲?PU)包覆EG，得到PU-EG，將其用于阻燃FPUF。研究表明，經(jīng)PU包覆的EG表面布滿了絮狀顆粒狀物，PU包覆EG較為完整;PU-EG中氮元素含量為0.291wt％;PU-EG的熱失重速率高于EG，殘?zhí)苛勘菶G少。這些結(jié)果表明，PU已經(jīng)成功包覆EG表面。9.3％(PU-EG)/FPUF比9.3％EG/FPUF的孔徑更加均勻。PU

11、-EG的一側(cè)面幾乎與孔壁融為一體，粒子嵌入泡孔壁，與泡孔壁之間沒有間隙，與孔壁相容性良好。PU包覆層在無機(jī)和有機(jī)界面間起到良好的應(yīng)力傳遞作用，所以FPUF復(fù)合材料的力學(xué)性能改善。PU-EG鑲嵌在泡孔壁上比EG粒子具有更強(qiáng)的作用力，更能限制分子鏈的運(yùn)動，于是9.3％(PU-EG)/FPUF比9.3％EG/FPUF具有更高的儲能模量和更好的阻尼性能。由于PU-EG的膨脹倍率由原來的50mL/g提高到75mL/g，更大的膨脹體積帶來更好的絕熱