可膨胀石墨协同不同阻燃剂对硬质聚氨酯泡沫阻燃性能的影响

摘要

硬质聚氨酯泡沫（RPUF）具有热导率小、抗压强度高、易于加工等优点，在建筑外墙保温、管道保温保冷、船体绝热等领域有着广泛的应用。但是，RPUF极易燃烧且产生大量有毒烟雾，对人体健康能造成严重伤害。因此，添加阻燃剂提升其阻燃性能是其广泛应用的必要步骤。在众多阻燃剂中，可膨胀石墨(EG)作为一种新型膨胀型阻燃剂，以其阻燃性能高、污染小等优点在阻燃RPUF中逐渐受到关注，但由于尺寸效应、相容性等原因而亦有待改进。同时，通过不同阻燃剂的协同作用提升RPUF阻燃性能也是一种有效的方法，特别是EG协同不同阻燃剂阻燃RPUF拥有良好的应用前景。
　　本文采用极限氧指数(LOI)、烟密度等级(SDR)、热重分析(TGA)等方法进行分析测试，分别考察了EG、磷系、氮系、卤系、无机阻燃剂及其它物质对RPUF阻燃性能的影响。在此基础上，考察EG与不同阻燃剂对RPUF的协同阻燃效果。然后，从不同系列阻燃剂中选取具有代表性的DMMP（磷系）、MCA（氮系）和EG，以及化学型膨胀阻燃体系(IFR，聚磷酸铵(APP)/季戊四醇(PER)/三聚氰胺(MA))和EG，分别采用正交试验和控制变量法，分别添加在RPUF中，通过联合阻燃效果好的阻燃体系，考察多种阻燃剂共同阻燃RPUF的协同阻燃效果，实验结果表明:
　　(1)在RPUF中分别单独添加20％不同阻燃剂，EG和DMMP（磷系）的LOI数值高于其它阻燃剂，分别达29.0％和28.1％，氮系、卤系中分别以MPP(24.8％)、TCEP(25.8％)为最佳，无机物及其它物质对RPUF的LOI提升相对有限，但烟密度为较低。
　　(2) EG与不同磷系阻燃剂协同使用，对RPUF的LOI提升最为明显，其中DMMP最佳，LOI可达35.4％。EG协同氮系、卤系也表现出不错的阻燃效果。但无机物及其它物质与EG的协同效应不明显。在RPUF中添加EG与不同阻燃剂后，其SDR普遍较单独添加阻燃剂时有所提升;同时随着EG含量升高，RPUF的最大烟密度(MSD)出现时间发生相应延后。添加EG/TCEP后RPUF各阶段失重温度均有所延后且失重速率下降，700℃时残炭量有所增加，表明EG/TCEP对RPUF有良好的协同阻燃效果。
　　(3)在RPUF中添加7％/15％/7％的DMMP（磷系）/MCA（氮系）/EG后，RPUF的LOI高达(38.1％)，且EG对LOI影响最大;在添加比例为5％/10％/7％时，SDR值最低(45.33％)，DMMP和MCA对RPUF发烟量具有显著的影响。IFR中APP/PER/MA的添加比例为9％/3％/9％时，LOI可达26.5％，SDR相对较低为53.31％; IFR与EG协同使用后，在各种添加比例下LOI均低于单独添加20％EG时的LOI(29.0％)，而且SDR变化不大(IFR∶EG=1∶1，54.64％)，低于单独添加20％EG时的62.61％，同时MSD出现时间(1 min)晚于单独添加20％IFR时的0.75 min。以上表明，多种阻燃剂体系协同阻燃RPUF时，虽对RPUF烟密度改善不明显，但对LOI影响显著。
　　综上，各种阻燃剂与EG协同添加于RPUF中，LOI均有显著提升，同时MSD出现时间发生延后，热失重速率下降且失重温度延后，协同阻燃效果显著，因而EG协同优势阻燃剂（体系）具有广泛的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 硬质聚氨酯阻燃研究现状

1．1．1 硬质聚氨酯泡沫

1．1．2 RPUF燃烧热降解机理

1．1．3 阻燃剂在RPUF中的阻燃机理

1．2 RPUF常用阻燃剂及其研究进展

1．2．1 常用阻燃剂种类及阻燃机理

1．2．2 RPUF阻燃性能测试方法

1．2．3 常用阻燃剂在RPUF中的研究进展

1．3 EG在RPUF中的应用

1．3．1 EG的制备

1．3．2 EG结构与特点

1．3．3 EG阻燃现状

1．4 研究目的、意义及内容

1．4．1 研究目的和意义

1．4．2 研究内容

第二章 EG协同磷、氮系阻燃剂对RPUF阻燃性能影响

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料及试剂

2．1．2 实验方法

2．2 结果分析与讨论

2．2．1 EG对RPUF阻燃性能的影响

2．2．2 EG协同磷系阻燃剂对RPUF阻燃性能影响

2．2．3 EG协同氮系阻燃剂对RPUF阻燃性能影响

2．3 小结

第三章 EG协同卤系阻燃剂对RPUF阻燃性能的影响

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料及试剂

3．1．2 实验方法

3．2 结果分析与讨论

3．2．1 EG协同卤系阻燃剂对RPUF的LOI影响

3．2．2 EG协同卤系阻燃剂对RPUF的烟密度影响

3．2．3 TCEP／EG对RPUF热失重的影响

3．3 小结

第四章 EG协同无机阻燃剂及其它物质对RPUF阻燃性能的影响

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料及试剂

4．1．2 实验方法

4．2 结果分析与讨论

4．2．1 EG协同不同物质对RPUF的LOI影响

4．2．2 EG协同不同物质对RPUF的烟密度影响

4．3 小结

第五章 EG协同多种阻燃剂对RPUF阻燃性能的影响

5．1 实验部分

5．1．1 实验原料及试剂

5．1．2 实验方法

5．2 EG协同IFR对RPUF阻燃效果影响

5．2．1 APP／MA／PER比例的确定

5．2．2 EG协同IFR对RPUF的LOI影响

5．2．3 EG协同IFR对RPUF的烟密度影响

5．3 APP／DMMP／EG对RPUF阻燃效果影响

5．3．1 正交实验的设计

5．3．2 APP／DMMP／EG对RPUF的LOI影响

5．3．3 APP／DMMP／EG对RPUF烟密度的影响

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文情况说明

致谢