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原料的准备——阻燃剂

文章出处:未知 人气:发表时间:2019-01-09 14:12
 

聚氨酯泡沫塑料含有可燃的碳、氢链段,密度低,比表面积大,未经阻燃处理的聚氨酯泡沫是可燃物,遇火会燃烧,并分解,产生大量有毒烟雾

硬质聚氨酯泡沫塑料毕竟是一种有机高分子材料,要求它在火焰中完全不燃烧是不可能的。

所谓阻燃具体是指达到某种规范或某个试验方法的一个具体标准。只是对小火而言,在大火中,泡沫塑料实际上仍能燃烧。

阻燃的具体要求是:不易着火、火焰传播性小、发烟量低、燃烧时生成的有害气体少。

近年来,我国在建筑、铁路车辆等领域,迫切需要、高阻燃性的聚氨酯泡沫塑料。

减少对生命财产的威胁途径:防止点燃、起火、减少火焰传播速度、限制火区范围、争取逃生时间。

加入某些化合物可以改善原有产品的阻燃性能。这些化合物有的可以结合到聚氨酯分子链内,有的则不能。

含卤素和磷的化合物是主要的阻燃材料

各种阻燃剂的作用和机理不同。

卤化物以气体形态起作用,它们通过燃烧,在链反应中以分子或卤原子干扰物的形式起作用。卤素是泡沫塑料燃烧反应的链终止剂,在泡沫塑料燃烧时生成卤化氢,抑制燃烧反应。

卤系作为阻燃剂,其阻燃效果是很不错的,但这种含氯、溴的阻燃材料在燃烧时会放出有刺激性和腐蚀性的卤化氢气体。

磷化物对聚氨酯起催化裂解作用。通过脱氢和脱水反应,生成炭化了的保护性表面。

磷系阻燃剂通过固相的成炭和质量保留机理降低热释放速率和腐蚀气体、有毒气体、烟的释放量等。

含磷阻燃剂在燃烧时受热分解,可以生成含磷的含氧酸,这种酸能催化含羟基化合物脱水、炭化,降低重量损失速度和可燃物的生成量,同时还可能有物质生成,是CO和CO2生成量减少。

磷大部分是固态形式留在炭层中,这种炭层可以起到隔热、隔空气的作用。

对阻燃剂的主要要求是:能与原料和添加剂混合物相溶;对成型制品的物理性能的影响尽可能小;燃烧是生成极少量低(无)毒性烟雾。在用于聚氨酯泡沫体时,一方面当在碱性环境中生成泡沫体时它应有足够的热稳定性,另一方面,在着火时通过蒸发和分解作用,应具有活性和有效性;重要的是应有一个佳的价格效率比。

选择阻燃剂,除了要考虑它对制品的阻燃效果(包括长期阻燃效果,遇火时的烟雾性等),还要考虑加入阻燃剂对发泡工艺的影响,以及对制品物性的影响。

硬质聚氨酯泡沫的阻燃方法主要有三种: (1)在合成过程中添加含氯、溴、磷等元素的化合物, 通常称为添加型阻燃剂。(2)在原料异氰酸酯或有机多元醇键上引入氯、溴、磷、锑等原子,得到本体型阻燃泡沫塑料,称为反应型阻燃剂。(3)在聚氨酯材料中引入耐热性高的基团,提高材料

的阻燃性(PIR)。

常用聚氨酯阻燃剂简介

卤代磷酸酯:三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)是应用更早、广也是便宜的添加型阻燃剂;软泡、硬泡中都能使用;以用于硬泡效果不错;容易挥发损失、阻燃性较差;如果用量超过15%时,泡沫塑料的物性则有下降现象。

卤代磷酸酯:三(2-氯丙基)磷酸酯(TCPP)添加型阻燃剂,兼具有良好的增塑作用;较多用于PU硬泡及PIR硬泡,也用于PU软泡;

分子内同时含磷、氯两种元素,阻燃性能显着;有增塑、防潮、抗静电等作用;但磷氯含量比TCEP低,阻燃效果也相对减弱。

阻燃配方中,储存稳定性是以添加TCPP而非TCEP、DMMP来衡量的。

磷酸酯类阻燃剂:甲基磷酸二甲酯(DMMP)

是一种不含卤素的低黏度液态添加型阻燃剂;

含磷量高,阻燃性能优良,添加量少,价格低,使用方便,具有降低黏度和阻燃的双重作用;

分解温度大于187℃,热稳定性好;

可用于软质和硬质PU泡沫,尤其适用于透明或浅色制品及喷涂方面的应用;

不适合预配在组合料中,建议在发泡生产前添加。

固态阻燃剂有三聚氰胺、三氧化锑(Sb2O3)、氢氧化铝、硼酸盐、聚磷酸铵、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰胺酯等。

氢氧化铝粉末是常用的无机添加型阻燃剂。氢氧化铝中含有大量的结晶水(质量分数可高达34% ),结晶水在泡沫塑料生产过程中很稳定但在泡沫塑料燃烧温度时将快速分解,吸收燃烧热,并在火源和泡沫间形成不燃性的屏障, 从而起到阻燃作用。同时,它也是一种烟气抑制剂。

反应型阻燃剂:是含磷或卤素的二元醇或多元醇,通过化学键将阻燃元素引入聚氨酯结构中来作为(建筑)阻燃的一种方法。尽管很难获得有力的实验数据,但通常人们认为用这种方法阻燃具有很强的性。虽然反应型的含磷或卤素的阻燃剂已经出现在市场上,但在硬泡中添加型阻燃剂的使用还是占主要地位。

总的说来,阻燃剂对制品的物性有一定的不良影响,所以一般因尽可能少地使用阻燃剂而达到阻燃效果。液体添加型阻燃剂的加入对发泡工艺的影响不大,但在配方中添加液态阻燃剂,由于阻燃剂的增塑作用,将使得泡沫的硬度降低;如果阻燃剂添加量多,则明显延缓发泡时间,这些因素在设计配方时需加以考虑。

固态阻燃剂会使泡沫粘度增加,降低了泡沫物料的流动性,添加无机物质对泡沫性能有一定的负面影响。某些情况不能采用机械发泡工艺。

不同的阻燃元素,不同的阻燃剂复配使用,会产生良好的协同效应。如磷化物与含氮化合物等一起使用,有显著的协效作用。磷、卤阻燃剂共同使用时,阻燃效果更佳。 



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