磷系阻燃劑在聚氨酯中應用探究

劉郁

摘? 要：磷系阻燃劑在工業中有著廣泛的應用，在實際使用過程中，主要是添加型阻燃劑和反應型阻燃劑兩種，為了保證使用效果，需要對兩種不同劑型在聚氨酯中應用進行分析，以此，全面提高使用效率，保證應用效果。全面分析溫度、可燃物、氧氣和自由基鏈式反應是最為重要的方法，通過對四個燃燒要素的分析，進一步把握好磷系阻燃劑在聚氨酯阻燃機理效果，提升使用效果。通過對阻燃效果在材料中的不同反應，指出磷系阻燃劑存在的主要問題，并為下一步的應用指明了方向。

關鍵詞：添加型阻燃劑;反應型阻燃劑;阻燃機理;磷系阻燃劑;聚氨酯

Abstract： Phosphorus series flame retardants are widely used in industry. In the process of practical use， there are mainly two kinds of additive flame retardants and reactive flame retardants. In order to ensure the application effect， it is necessary to analyze the application of two different dosage forms in polyurethane， so as to improve the use efficiency in an all-round way and ensure the application effect. The comprehensive analysis of temperature， combustibles， oxygen and free radical chain reaction is the most important method. Through the analysis of the four combustion elements， we can further grasp the flame retardant mechanism effect of phosphorus series flame retardants in polyurethane and improve the use effect. Through the different reactions of flame retardant effect in materials， the main problems of phosphorus series flame retardants are pointed out， and the direction for further application is given.

隨著工業的全面發展，磷系阻燃劑得到了廣泛的應用，在工業生產中起到了良好的作用。可以說，聚氨酯材料有著強大的優勢，自身力學性能好，整體耐磨強度大、抗撕裂能力強，在實際應用中占據重要的地位。聚氨酯材料復配、改性是當前重點研究的課題，根據研究的方向不同，全面總結出其優異的性能特點，這種材料穩定性強，自身能夠保持優異性能，同時，各組分性能也能夠在使用過程中達到相互補充、相互關聯的效果，全面實現復合效應。聚氨酯氧指數較低，對氧的敏感較強，通過測算，其指數只是14%～16%，這樣的燃點很容易與空氣發生反應，操作不當則會被點燃，同時，其燃燒速度非常快速、猛烈，很難快速進行撲滅，而在各類生產中，需要使用不同的聚氨酯，為了全面保證安全，就需要在使用過程中做好安全性處理，全面達到阻燃性能，而磷系阻燃劑與無機化合物阻燃劑是當前最為普遍應用的成分，整體添加量較少、阻燃效果好，在實際應用中起到了重要的作用。以往應用的鹵素阻燃劑，其使用環境要求高，應用時會產生有毒物質，對環境造成嚴重的污染，而通過磷系阻燃劑與無機化合物阻燃劑的使用，則會呈現更加安全可靠的阻燃聚合物，其應用前景更加廣闊。

1 磷系阻燃劑阻燃機理

聚氨酯的成分主要是碳，這種結構不夠穩定，其有機高分子聚合物泡沫體積非常大、傳熱系數并不高，同時，在空氣中還易發生燃燒的情況，使用過程極其不安全，其燃燒過程中，會不斷向外輻射熱量，使火焰范圍加寬，燃燒過程會對周圍空氣產生污染，釋放大量HCN、CO等有毒物質，在使用中整體效果并不好。磷系化合物的使用，全面提高了整體性能，作為高效阻燃劑在實際應用中有著重要的作用，在聚氨酯燃燒時，能夠全面凝聚相和氣相，通過全面的融合，有效發揮出自身的性能優勢，其機理表現，主要從溫度、可燃物、氧氣和自由基鏈式反應等方面進行分析，通過四個燃燒要素的解釋，進一步明確機理。一是磷系化合物很容易出現熱分解，通過一定的時間分解就能夠促使聚氨酯定向產生碳，全面提高焦炭產出比。分解出來的磷酸衍生物吸收聚氨酯燃燒產生出來的部分熱能。二是磷系化合物熱分解進行的過程中，產生水分，進一步降低凝聚相溫度，對可燃氣體和劇毒氰化氫氣體進行稀釋，確保整體濃度下降到一定安全水平。三是磷系化合物熱分解可以產生磷酸，通過這層物質，可以形成玻璃態熔融物，這樣，就能夠全面的附著在聚氨酯表皮，使物質阻隔，通過全面的阻隔，對可燃揮發成分進行有效釋放，再繼續加熱后，大部分的水分就會蒸發，產生磷酸脫水偏磷酸聚合反應，偏磷酸起到了強烈的脫水碳化功能。四是磷系化合物熱分解過程中，還能夠有效釋放活性物質，通過物質氣相捕獲聚氨酯氧和氫自由基，使放熱中斷，進一步控制聚氨酯快速燃燒，保證了整體效果。

2 添加型磷系阻燃劑在聚氨酯中應用研究

2.1 復配型磷系阻燃劑

為了全面達到使用條件，要對阻燃劑進行分解，利用機械方法，形成材料的共混，進入物質的基體，通過這種方法制備出來的物質，整體成本不高，操作方式更加靈活，在實際應用中操作更加簡單快速。但自身也存在一定的缺點，主要表現為阻燃劑與基體相容性還不確定，低分子量化合物遷移和添加劑團聚容易出現聚合的問題，影響了物質的活性，阻燃劑分布不夠均勻，使用過程中，往往會出現聚氨酯材料局部易燃的現象，同時，也會造成分子量阻燃劑性能不兼容的問題，影響了物質的活性和功能。要想全面達到理想的效果，還需要進一步深入分配，確保達到理想阻燃效果，過多的加入添加劑有可能會降低強度和彈性。磷具備一定的活性，其活性物質的好壞，與添加劑化學環境、聚氨酯基體、添加劑共同作用決定的，所以說，要想達到理想狀態，就需要全面做好配合，進一步提高阻燃劑與協同劑的共同作用，避免復配型阻燃劑阻止燃燒單一使用。我們通過磷和氮協同體系進行分析，如果含氮化合物能夠分解成含氮不可燃氣體氮氣、氨氣，那么，就會稀釋聚氨酯-火焰界面氧濃度，火焰燃燒程度不足，往往操作不當，就會出現自熄。氣體含氮量過高，也會對周邊產生影響，進一步促進聚氨酯炭層膨脹，出現厚泡沫碳對物質進行屏障。我們在聚氨酯涂料添加氫氧化鋁[Al（OH）3]、可膨脹石墨（EG）、三（2-氯異丙基）磷酸酯（TCPP），通過物質的融合，全面制備阻尼與阻燃性能聚氨酯阻尼涂料。通過對不同阻燃劑產生的不同影響來看，TCPP阻燃性能非常好，表現出了良好的效果，添加量4%時，氧指數（LOI）達24%，Al（OH）3與EG添加量35%時，才能夠達到這個理想的設計效果，可見TCPP的整體效果更優于其他的物質，更接近優良的指標。

2.2 添加型磷系阻燃劑改性

為了全面保證產品熱穩定性，要全面進行科學的處理，以此目標。阻燃效果是評估的標準，一般要加入過多添加型阻燃劑，才能進一步提高物質的活性，通過改性材料添加，全面提高材料強度和彈性，要對不同物質的相容性和穩定性進行測試，進一步提高活性。添加劑改性的改良，是提升阻燃劑與聚氨酯結合的最有效方法，這樣，才能全面保證整體熱穩定。進行改性測試有兩種方式，一是微膠囊化。微膠囊技術是當前比較成熟，應用較為廣泛的技術，其技術的領先性，已經得到證實，對阻燃劑改性的作用非常明顯，通常，在工業化應用過程中，微膠囊處理紅磷是最為典型的技術。能充分利用微膠囊化方法全面提升酸源相容性與穩定性，保證了物質的活性，通過有機的合成，產生三聚氰胺甲醛樹脂包覆多聚磷酸銨微膠囊，這樣，就能夠全面應用到水性聚氨酯防火涂料生產，通過計算機技術分析，全面對物質進行掃描分析，通過電鏡觀測，及時分析粒徑的情況，全面形成整體的微膠囊化多聚磷酸銨形貌，通過微膠囊化后的多聚磷酸銨，能夠保證防火涂料的性能更加穩定，進一步增強防火能力與效果，同時，其熱穩定性能更強。二是表面改性。表面改性也是一種良好的屬性方式，表面吸附或發生化學反應就會對顆粒包覆，形成顆粒有機化，達到改變極性的目標，進一步提高阻燃效果，通過這種方法，就能夠全面減少阻燃劑添加量，降低了生產制作成本，保證了整體效果。磷元素接枝膨脹石墨（EG）制備改性石墨（EGM），通過這個試驗，全面對聚氨酯泡沫（RPUF）燃燒性能進行分析，利用電鏡掃描進一步觀測，再根據所得數據對熱重進行分析研究，提取RPUF燃燒后殘炭情況，通過微觀觀測，總結形貌，明確形成的機理。從結果上看，RPUF/EGM的LOI和殘炭量有一定數量的提升，特別是和RPUF/EG比較，性能上更加優越，熱釋放量和煙釋放量少，同時，炭層更致密。

3 反應型磷系阻燃劑在聚氨酯中應用研究進展

反應阻燃劑分布更加均勻，具有一定的優勢，通過反應，能夠保證相容性，解決了物質在反應過程中的不融合，保證了更高的效率的更長阻燃。這種方法成本費用大，生產過程復雜，在市場中的應用并不普遍。一是聚氨酯軟段中結合磷。

聚氨酯軟段在70%時，磷系化合物反應基團就會產生。要想全面達到理想的阻燃效果，就會通過相關的操作做好含磷片段聚合作用釋放，保證接枝軟段聚氨酯擁有量更多，確保磷元素完整性。使用9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物合成含磷中間體，再和二元酸醇縮聚，形成反應，生成含磷阻燃熱塑性聚氨酯彈性體，那么，我們對測試的結果進行熱重分析，如果磷含量1%時，LOI值38%，殘炭率45.9%。二是聚氨酯硬段中結合磷。甲基膦酸二甲酯和1，4-丁二醇（BDO）合成含磷二醇，制備含磷水性聚氨酯（WPU）液，那么結果分析認為，含磷二醇親水性好，WPU膠膜阻燃性好。

4 結束語

磷化合物是當前應用最為廣泛的聚氨酯阻燃劑，在使用過程中，全面顯示自身的優勢，不論是使用還是操作，均有著的效果，能夠全面取代無鹵添加劑。只有全面解決酸性侵蝕、化合物羥基化、致癌因素等問題，才能進一步發揮磷系阻燃劑作用，推動工業生產發展。

參考文獻：

[1]張茂偉，周宏達，邸春陽，等.阻燃劑對聚氨酯阻尼涂料性能的影響[J].涂料工業，2018，48（3）：69-72.

[2]代夢琴.水性聚氨酯微膠囊化鋼結構防火涂料[A].湖北省化學化工學會.第二屆湖北省化學化工青年科學家論壇摘要集[C].湖北省化學化工學會：《化學與生物工程》編輯部，2016.

[3]陳順，高明，王昊，等.改性膨脹石墨對硬質聚氨酯燃燒性能的影響[J].華北科技學院學報，2017，14（4）：120-124.

[4]崔錦峰，王心遠，郭永亮，等.P元素雜化本征阻燃熱塑性聚氨酯彈性體的制備及其性能研究[J].功能材料，2015，46（8）：8050-80.

[5]馮曼，武小康，陳菲，等.含磷水性聚氨酯的合成及性能研究[J].聚氨酯工業，2017，32（6）：9-12.