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泡沫塑料阻燃剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2016-12-4 14:05:11
本文选用了磷系、氯系、硼系、氮系、磷-氮系等泡沫塑料阻燃剂通过浸渍的方式对软质聚氨酯泡沫进行处理,并利用热分析方法,对其热分解进行测试,结果发现,添加泡沫塑料阻燃剂以后,软质聚氨酯泡沫的失重过程变得较为复杂,热分解反应的表观活化能有较大的影响,并发现六偏磷酸钠对聚氨酯软泡有较好的阻燃效果。

聚氨酯泡沫塑料由于含可燃的碳氢链段、密度小、比面积大,未经阻燃处理的聚氨酯泡沫是可燃物,遇火燃烧并且分解,产生大量的有毒烟雾,给人员疏散和灭火带来很大的困难。

特别是聚氨酯软泡(FPUF)开孔率较高,可燃成分多,燃烧时由于较高的空气流通性而源源不断地供给氧气,易燃而不易自熄,极易造成群死群伤的重大火灾事故,例如2000年12月河南洛阳东都商厦特大火灾,由于员工进行违规电焊操作时电焊火花溅到库存海绵床垫、沙发等可燃物上,未能及时控制而蔓延到四楼娱乐城,造成309人中毒窒息死亡。

而目前随着经济的不断发展,聚氨酯泡沫的使用量大大增加,对聚氨酯软泡的阻燃要求也越来越迫切。泡沫塑料阻燃剂阻燃处理后聚氨酯泡沫塑料的分解行有何变化,分解机理有什么变化,目前未见系统的研究报道。本文利用热分析技术,对多种泡沫塑料阻燃剂对聚氨酯泡沫热分解的影响进行了研究。

实验药品:聚磷酸铵,磷酸二氢钾,氯化铵,二氰二胺,磷酸二氢胺,三聚氰胺,硼砂,硼酸铵,六偏磷酸钠(均为化学纯)。

将聚氨酯软泡裁成长宽高均为50mm的形状,按40%的比例将阻燃剂分别溶解在蒸馏水中,将聚氨酯软泡放入上述溶液中,挤压浸泡约10min,挤掉多余的溶液,放入烘箱中在100℃的情况下进行烘干。将聚氨酯软泡空白样品剪成碎末,用电子天平称取大约5mg放入标准坩埚中,调节热分析仪起始温度从50℃上升到700℃,升温速率为10℃/min,在氮气(30ml/min)气氛下进行实验分析。

从热分析结果可以看出,聚氨酯软泡在235.37℃下就已经开始分解,其分解过程大致可以分为230℃~350℃,350℃~410℃两个失重变化发生的重要温度范围,在分解初期(230~350℃)下,分解速率较慢,此阶段失重约25%。


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在此过程中主要是有异氰酸酯、多元醇、氨和二氧化碳等气体放出,异氰酸酯以黄色的烟挥发出来,造成质量的损失。当温度上升到350℃以后,分解速率加快,失重也增大,在350℃~410℃这一阶段失重大约为60%。此阶段主要是以残渣形式存留下来的多元醇开始分解放出乙烯、乙烷、甲醛、丙烯、环氧乙烷、丙酮、异丙醇等造成的质量损失。

温度在500℃以上质量基本上无变化,最后聚氨酯残渣重量约为15%。我们从DTG图上可也看出聚氨酯软泡,有两个较大的减重峰,说明分解失重主要发生在这两个阶段,并在384℃左右出现最大分解速率。

添加了六偏磷酸钠的聚氨酯软泡在219.53℃开始分解,从DTG曲线上看出其失重过程较为复杂,大致可以分为三个失重阶段:219℃~230℃,230℃~350℃,350℃~400℃。第一阶段的失重大约为3%,此阶段温度较低,失重较小,对泡沫的分解影响较小;第二阶段的失重大约为16%,第三阶段的失重大约为13%,活化能为147.17kJ/mol。

添加了磷酸二氢钾以后,与空白样品相比分解温度提前,分解过程较为复杂,可分为三个失重阶段,219℃~230℃,此阶段失重较少大约为5%,对泡沫的分解的影响较小;230℃~300℃,第二阶段的失重大约为20%;300℃~400℃,第三阶段的失重大约为25%,活化能为121.75kJ/mol。

添加了含磷阻燃剂以后使聚氨酯软泡起始分解温度提前,活化能变小,最大分解速率减小,这主要是因为阻燃剂使软泡达到分解温度前先分解生成磷的含氧酸,从而催化聚氨酯软泡中的羟基脱水成炭,降低材料的质量损失速率和可燃物的生成量,而磷则大部分残留在炭层中,这也验证了燃烧的剩余量有较大的结果。

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