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2021-7-22 admin
聚氨酯材料是由碳—碳键为基本结构组成的有机高分子聚合物，属于可燃物质。用聚氨酯材料生产的各类产品与制品，在人们的社会活动中随处可见。由于它们处在各种各样的环境之中，引发火灾的几率较高。由各种引火源引发聚氨酯材料的燃烧以及伴随燃烧产生的烟雾毒性，已成为消防安全密切关注的重点之一，对有关聚氨酯产品及生产制定了日益严格的阻燃标准和法规。
同时，聚氨酯产品的生产所使用的大量原料多属于有机化合物和聚合物，也同属于可燃物之列，而在生产中使用的许多原料助剂，如有机溶剂及其配置的涂料、脱模剂等，因闪点、着火点较低，都存在不同程度的燃烧隐患；此外，在大型软质聚氨酯块泡的生产中，由于使用高水量配方生产低密度泡沫体产生的热量多而泡沫体的散热性差，因此在贮存过程中，由泡沫体产生自燃而引发的火灾也曾有发生。
由聚氨酯泡沫体等燃烧产生的火灾危害，不仅来源于燃烧本身产生的大量热辐射而引发的火焰的蔓延和扩大，同时还来源于燃烧时产生的烟雾和分解释放出来的诸多有毒气体。许多火灾报告指出：由燃烧烟雾和有毒气体造成人员伤亡的比例远远高于真正燃烧本身造成的伤亡人数。因此，为保证生产过程和使用过程中的防火安全，必须系统地研究该类产品的燃烧机理、检测方法以及阻燃办法，制定产品的生产、使用安全标准和法规。下面，洛阳天江化工新材料有限公司将就聚氨酯泡沫的燃烧机理以及阻燃方法这两方面为大家进行简单介绍。
一、燃烧机理
在聚氨酯产品中，由于聚氨酯泡沫塑料的质量轻、体积大且传热系数低、最易发生燃烧，因此将它作为燃烧行为的研究对象最具有代表性。
一般物质的燃烧行为基本可分为三个阶段：第一个阶段为物质引燃和火焰蔓延的初期阶段；第二个阶段为物质的完全燃烧的发展阶段；第三个阶段则为火焰衰减、燃烧熄灭的最终阶段。洛阳天江化工新材料有限公司在这里告诉大家，物质引燃的难易程度是物质燃烧行为的第一表征，它与物质本身的化学结构、组成、传导能力、热分解温度以及反应所产生的气体和液滴的助燃程度等因素有关。此外，还有一点需要注意的是，不同的物质有不同的闪点和着火点，闪点和着火点越低的物质越容易燃烧。
同时需要指出的是物质的引燃，除了物质本身的燃烧特性外，外界条件也是不可忽视的因素，如引火源的类型和种类、引燃面积和强度、环境温度以及通风条件等。
物质的燃烧过程是其能量转化过程，在燃烧中，物质的分子将产生断链，由大分子变成小分子物质，这些都与该物质分子结构的内聚能、化学链的离解能和燃烧产生的热能有关。显然，内聚能低就意味着该物质熔点低，易挥发，易于燃烧；链的离解能低就意味着该物质易分解，耐热性差；而燃烧时产生的热量越大，越有助于物质本身热量的集垒，使物质很容易达到着火点。
物质燃烧分解成气体、液体或固体低分子物。不同物体转化生成不同的低分子物或挥发，或成液滴，或成结炭聚在物质表面或呈微粒漂浮上升，这些分解的气、液、固态物也有各自不同的燃烧特性，有的助燃，有的助熄。
二、阻燃方法
众所周知，物质燃烧必须具备的三个外部条件是：热量、燃烧和氧气，这也是人们寻找材料阻燃、防火的主要思路。而对各种各样的材料来讲，则主要考虑减少热量集垒，提高材料引燃温度。聚氨酯硬质泡沫体的闪燃温度为290-350℃，聚氨酯软质泡沫体的闪燃温度为250-280℃。如若在材料外部采取隔绝措施，根据配方不同，同类材料的闪燃温度将会提高至300-500℃。国外已有许多国家制定了相关法规，规定了材料外复面层，也是从降低材料热量集垒，避免材料闪燃、闷火等火灾隐患方面着手的。例如，在德国等西欧国家，对聚氨酯软质泡沫体如沙发坐垫等材料时，应使用非燃性面层材料，如在硬泡外包覆钢板、铝板、灰浆涂覆或使用防火涂层等。
从隔绝氧气的思路考虑，主要使用反应型或外添加型含有阻燃元素的阻燃材料。这些阻燃材料在燃烧时，或热分解释放出卤代烃类气体，隔绝空气中的氧，或在燃烧火焰下表面生成致密的“炭化”防护层，阻止火焰向内部燃烧蔓延，犹如在材料外层覆盖了一层防火层。
为提高聚氨酯材料阻燃性能，基本从四个方面进行考虑。
1、使用阻燃性元素的化学组分，即在聚氨酯合成中，选用含有磷、溴、氯等具有阻燃作用的聚酯、聚醚多元醇，也可以选用经过这些“阻燃性”元素改性的异氰酸酯，使合成出来的聚氨酯材料具有较好的阻燃性。
2、利用聚氨酯材料的改性反应，在生成的大分子结构中引入某些耐热性结构基团，提高材料的耐热、阻燃性能。其中，目前最常见的办法是在大分子结构中引入碳、氮六节环的异氰脲酸酯基团。
3、在聚氨酯合成中，添加有阻燃作用的助剂。这类阻燃剂可分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两类。前者多以含磷、溴、氯、锑、硼等阻燃性元素化合物为主；后者常用的有机磷酸铵、氢氧化铝等无机化合物。它们在材料燃烧过程中，或分解出某些阻燃性气体，隔绝空气中的氧，或能吸收大量的热量，降低材料温度，或能在材料的外表面形成阻挡火焰蔓延的“炭化防火层”。
外添加型阻燃剂，可以作为配合组分添加到配方中，也可以采用浸渍、喷涂等办法涂覆在材料表面。将聚氨酯泡沫制品浸于阻燃剂溶液中，去除干燥后使用。浸渍法多用于开孔率较高的软质聚氨酯泡沫体制品；在闭孔率较高的聚氨酯硬泡制品中多使用内添加型阻燃剂。
上面提到的三种方法中，使用添加型阻燃剂法是提高聚氨酯泡沫阻燃性应用最广泛的阻燃方法。洛阳天江化工的专家解释：采用添加型阻燃剂法对生成泡沫体的反应影响较小，制造工艺也不必作很大变动，且阻燃效果显著，泡沫制品的综合性能较好。
三氯丙基磷酸酯(TCPP)、三氯乙基磷酸酯(TCEP)以及甲基磷酸二甲酯(DMMP）这三种含磷阻燃剂作为提高聚氨酯阻燃性最为常用的添加型阻燃剂，由于磷元素的含量各不相同，从而导致三者的阻燃性能差异也较大。其中，TCPP的阻燃性能较差；TCEP的阻燃效果持久性较差，但价格相对比较便宜；DMMP的磷元素含量最多，阻燃性也极佳。
那么，怎样合理使用这些添加型阻燃剂才能使其发挥更好的阻燃效果呢？为此，洛阳天江化工的专家经过了多次的实验研究，最终得出如下结论：当两种及两种以上的阻燃剂混合使用时，其阻燃效果要比单独使用一种阻燃剂的阻燃效果好得多，且阻燃剂的用量也可以大大减少，从而降低成本、降低燃烧发烟量，这即是阻燃剂的协同效应。但是，使用添加型阻燃剂也存在一定的局限性，由于添加型阻燃剂存在易迁移、不能持久保持阻燃效果等缺点，当阻燃剂的用量增加到一定值时，聚氨酯泡沫的氧指数几乎不再提高，因此，采用添加型阻燃剂所制的聚氨酯泡沫只能应用于阻燃要求不很高的领域。