综述专论　化工科技，２０１３，２１（４）：７６￣７９　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　ＩＮ　ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　

聚氨酯泡沫的阻燃方法研究进展　

高玉玲　，尹国永。，惠继星　，苏　波。，郭滨诗　，张　莉。，马奇志。，刘　敏　（１．中国石油吉林石化公司研究院，吉林吉林１３２０２１；２．中国石油哈尔滨石化公司生产运行处，黑龙江哈尔滨　１５００５６；３．中国石油吉林石化公司炼油厂，吉林吉林１３２０２２；４．吉林化工学院，吉林吉林１３２０２２；５．中国石油吉林　石化公司乙烯厂，吉林吉林１３２０２２；６．吉林成大弘晟能源有限公司干馏分公司，吉林吉林１３２４００；７．中国石油吉林　石化公司仓储中心，吉林吉林１３２０２２）　

摘要：聚氨酯作为一种性能稳定的材料，广泛应用于社会生产生活的各个领域。聚氨酯泡沫的阻　燃方法可分为反应型阻燃法、非反应型阻燃剂法、协同阻燃法、浸渍阻燃法、引入阻燃结构法。作者主要　介绍了各种阻燃方法的研究进展，概述了阻燃方法研究新领域，并对今后阻燃聚氨酯泡沫研究开发提出　了展望。　关键词：聚氨酯；泡沫；阻燃剂　中图分类号：ＴＱ　３２３．８　文献标识码：Ａ　文章编号：１００８—０５１１（２０１３）０４—００７６　０４　

聚氨酯泡沫（ＰＵＦ）是一种新型的高分子合　成材料，具有优良的力学性能、声学性能、电学性　能和耐化学性能等。ＰＵＦ的密度大小及软硬程　

度均可随原料及配方的不同而改变，而且成型施　

工方便，因此应用范围十分广泛。但是，近几十年　来，聚氨酯材料的火灾事故频繁发生［１－２］，已引起　

人们对其安全性的高度关注。目前，人们正致力　

于聚氨酯阻燃性能的改善及技术的实现。　

１　阻燃法　

１．１反应型阻燃法　赋予聚氨酯泡沫阻燃性的一个有效方法是对　其进行结构改性，即以带有阻燃元素的多元醇或　

异氰酸酯为原料合成阻燃聚氨酯，或在生产ＰＵＦ　配方中加入含磷、氯、溴、氮等元素的多羟基化合　物反应型阻燃剂，从而获得良好阻燃性能ｌ　３］。　

１　１　１　阻燃多元醇的合成　修玉英ｌ４］等以自制的尿素基聚脲多元醇　

（ＰＨＤ）为原料制备了软质聚氨酯泡沫（ＳＰＵＦ），　

考察了ＰＨＤ用量对泡沫的发泡性能、物理机械　性能及阻燃性能的影响。结果表明，ＰＨＤ的加入　

收稿日期：２０１３￣０５—０４　作者简介：高玉玲（１９７５一），女，吉林松原人，中国石油吉　林石化公司研究院工程师，主要研究方向：生物燃料乙醇　相关技术研究。　对普通ＳＰＵＦ发泡和凝胶速度都有明显的催化　作用，可减少催化剂的用量。当用１０￣３０质量份　

的ＰＨＤ代替普通聚醚多元醇时，各项性能指标　均有明显的提高。ＰＨＤ的加入还可以提高泡沫　的阻燃性。李兆星＿５］等采用高活性聚醚多元醇作　

为基础聚醚，将几种含氮化合物分散或接枝到高　活性聚醚多元醇结构中，生成含有聚合物微粒分　散体的接枝型阻燃聚醚多元醇。结果表明，此种　

方法合成的阻燃聚醚多元醇具有颗粒分布均匀、　粘度低、物料流动性好等优点。　王兵［６］等采用纳米技术与膨胀阻燃技术相结　合制备新型阻燃级聚合物多元醇，且其阻燃效果　

明显。　１　１　２阻燃异氰酸酯的合成　周成飞Ｌ７］等采用一步法制备了聚（氨酯一酰亚　

胺）泡沫，分析了泡沫的泡孔结构，并对泡沫的吸　

隔声性能、力学性能和阻燃性能进行了研究。结　果表明，泡沫具有较均匀泡孔结构，在１２５￣８　０００　

Ｈｚ范围内的平均隔声量可达２５．５　ｄＢ（泡沫厚度　为２２　ｒａｍ），拉伸断裂强度可达２　００６．４　ｋＰａ，氧指　数可达３Ｏ以上。胡秀娟＿８］等在甲苯异氰酸酯中　

引入氯元素，可提高以甲苯异氰酸酯为原料的聚　氨酯泡沫塑料阻燃性能，拓宽了产品的应用领域。　

另外，在异氰酸酯中引入其它阻燃元素如磷等的　

研究越来越受到重视。

　第４期　高玉玲，等．聚氨酯泡沫的阻燃方法研究进展　・　７７　・　

１．１．３反应型阻燃剂的合成　钟柳ｌ＿９　等以三氯化磷、乙二醇、环氧乙烷、丙　

酮和氯气或液溴等原料，合成含氯的磷酸酯阻燃　

剂（ＤＣＥＰＰ），将ＤＣＥＰＰ用于ＰＵＦ。结果表明，　ＤＣＥＰＰ能赋予ＰＵＦ较好的阻燃性能。　高明ｌ＿１０］等首先合成２种氨基树脂型膨胀阻　

燃剂（ＦＲ）并应用于ＳＰＵＦ。结果发现，阻燃　ＳＰＵＦ的热量释放、烟气、ＣＯ和ＣＯｚ排放大大降　

低，剩炭率增加，添加质量分数３Ｏ　的阻燃剂有　

较好的阻燃效果，并根据其对力学性能的影响筛　选出了适宜的ＳＰＵＦ阻燃剂。阻燃ＳＰＵＦ热解　活化能降低约５０　ｋＪ／ｍｏｌ，表明阻燃剂对ＳＰＵＦ的　

热解具有催化成炭作用。　１．２非反应型阻燃剂法　１．２　１可膨胀石墨　石磊＿１１］等考察不同粒径可膨胀石墨（ＥＧ）填　

充的硬质聚氨酯泡沫（ＲＰＵＦ）的微观形态，研究　ＥＧ对于ＲＰＵＦ燃烧行为的影响。结果表明，ＥＧ　

的粒径越小，其在聚氨酯体系中的分散难度越大。　同时，提出不同粒径ＥＧ无卤阻燃高密度ＲＰＵＦ　

的阻燃机理。溴系阻燃剂作为世界上消费量最大　的一类有机阻燃剂［１引，董金路［　］等采用四溴醇合　

成了适合水发泡的阻燃聚醚多元醇，并通过ＥＧ　与其它阻燃剂的复配使用，制得了ＥＧ阻燃的水　

发泡ＰＵＦ。讨论了溴代醇种类、发泡剂种类及用　量、ＥＧ粒径及用量和复合阻燃剂配比等因素对　泡沫阻燃性能的影响。结果表明，该阻燃聚醚多　

元醇与含有ＥＧ的复合阻燃剂复配使用，制得的　ＥＧ阻燃水发泡ＰＵＦ阻燃效果稳定。王成群［Ｈ］　

等采用一步法在原料中添加ＥＧ，合成阻燃型高　回弹ＳＰＵＦ，研究了ＥＧ对泡沫性能的影响。垂　直一水平燃烧实验和极限氧指数实验检测了ＥＧ　

的添加量对于泡沫燃烧的抑制情况。结果表明，　增大ＥＧ用量可以有效抑制熔滴并使阻燃性能得　

到改善，但添加过多的ＥＧ会导致泡孔变形及力　学性能恶化。　

１．２　２　卤代阻燃剂　早期，添加型阻燃剂的研究主要集中在卤代　

磷酸酯。它们具有阻燃效率高、粘度低、相容性　好、热稳定性适中等优点。秦桑路＿１５　等研究了添　加型阻燃剂磷酸三氯乙酯（ＴＣＥＰ）对ＲＰＵＦ阻燃　

性能的影响和机理。结果表明，随着密度和阻燃　剂含量的增加，氧指数（ＬＯＩ）在上升到一定幅度　后趋缓；阻燃剂的添加会影响材料的泡体结构；　

ＴＣＥＰ先于聚氨酯泡沫降解，使材料在燃烧初期　反而不稳定，但是在后期随着材料泡体的破坏，燃　烧产生焦炭层，延缓燃烧。钟柳＿１　］等采用自制新　

型含磷一氯阻燃剂制备了阻燃ＰＵＦ。探讨了阻燃　剂添加量对阻燃材料的阻燃性能和力学性能的影　

响以及阻燃ＰＵＦ的热老化性能，实验证明，具有　较好的阻燃性能。　

１　２　３无卤阻燃剂　含卤阻燃剂燃烧时产生大量的烟尘和有毒物　

质，会对环境和人造成危害。随着人们环保意识　的不断提高，卤系阻燃剂的毒性问题越来越受到　关注，阻燃剂无卤化已经成为必然趋势［１７－１８］。因　

此，无卤阻燃剂已成为当前ＰＵＦ阻燃研究一个新　的领域。黄福林［】９］等以羟基苯氧膦丙烯酸　

（ＣＥＰＰ）和三聚氰胺（ＭＡ）为原料合成了一种含　磷、氮无卤阻燃剂（ＣＭＡ），并将该阻燃剂用于　ＳＰＵＦ的阻燃。结果表明，ＣＭＡ可以有效提高　ＳＰＵＦ的阻燃性，随阻燃剂添加量的增加，ｓＰｕ声　的阻燃性能也逐渐提高。罗振扬＿２０］等利用氧指　

数仪测定了全磷阻燃剂（ＤＭ　ＭＰ、ＤＥＥＰ、Ｖ６）、卤　代磷酸酯阻燃剂（ＴＣＥＰ、ＴＣＰＰ、ＴＤＣＰ）及两类阻　

燃剂复配对ＲＰＵＦ氧指数的影响。结果表明，全　磷阻燃剂的阻燃效果优于卤代磷酸酯类阻燃剂，　

磷卤复配阻燃效果优于单一阻燃剂，ＤＭＭＰ与　ＴＣＥＰ复配使用阻燃效果最佳。　１．３协同阻燃法　史以俊＿２１］等以甲基磷酸二甲酯基及其与磷　

酸（２一氯乙基）三酯、磷酸（２一氯丙基）三酯、磷酸　（二氯丙基）三酯复配对ＲＰＵＦ的氧指数、点燃时　

间、燃烧热释放速率、总热释放量、烟密度、烟气生　成速率等的影响。结果表明，单独使用甲基磷酸　

二甲酯的聚氨酯硬泡的点燃时间最长，而对于燃　烧热释放速率、总热释放量、烟密度及烟气生成速　

率，则是复配使用效果更佳。李碧英　。　等研究　ＥＧ和甲基膦酸二甲酯（ＤＭＭＰ）对ＲＰＵＦ的阻燃　协同作用。结果表明，当ｍ（ＤＭＭＰ）：ｍ（ＥＧ）一　

２．５：７．５，ＲＰＵＦ中添加质量分数为１０　９／６的该　复配阻燃剂时，表现出良好的协同阻燃效果。赵　

修文［２。］等使用含氮结构型阻燃聚脲多元醇和阻　

燃剂对聚氨酯高回弹泡沫的阻燃性进行研究，考　察聚脲多元醇用量及阻燃剂品种对泡沫烟密度及　

氧指数的影响。结果表明，聚脲多元醇具有显著　・　７８　・　第２ｌ卷　

的抑烟作用，与ＭＡ、阻燃剂Ｒ一起使用时，协同　阻燃效应明显，不仅能有效降低泡沫燃烧时的发　

烟量，还能显著提高泡沫的氧指数。赵国敏＿２　］等　以自制的蜜胺／ＰＩＰＡ多元醇为原料制备ＳＰＵＦ。　结果表明，当蜜胺／ＰＩＰＡ多元醇的质量分数为　

４Ｏ　时所得到的泡沫综合性能最好，且与空白泡　

沫相比，其阻燃性能也有极大的提高，可达到离火　１０　Ｓ内自熄。在此基础上，添加一种磷系阻燃剂　

起到Ｎ　Ｐ协同阻燃作用，产物氧指数显著提高。　１．４浸渍阻燃法　

用阻燃剂的溶液浸渍非阻燃型软质泡沫塑　料，经压轧、干燥后即可使泡沫获得阻燃性能。这　

种方法近几年才开始研究应用。由于它是在发泡　成型后进行浸渍处理，所以不会影响发泡反应，不　

受发泡工艺限制。阻燃剂的用量可适当增大，有　时阻燃效果比添加法明显。张田林ｌ２　］以烯丙基　

膦酸二甲酯与丙烯酸酯等乳液共聚，制备阻燃聚　丙烯酸酯乳液，在软质聚氨酯隐形材料中的应用　

实验结果表明，阻燃聚丙烯酸Ｎ－ｆＬ液具有使用安　全方便、阻燃效果好等特点。高亚萍＿２　］等选用２　

组不同的氮磷协效阻燃剂配制不同磷氮比例的阻　燃剂溶液，用浸渍阻燃的方法制备了阻燃ＳＰＵＦ，　

利用热重分析仪分析不同种类和磷氮比例的阻燃　剂对ＳＰＵＦ泡沫热解特性的影响，找出较优阻燃　

剂种类及其最适磷氮比例。　１．５引入阻燃结构法　在泡沫分子结构中，引入异氰酸酯环等具有一　定阻燃性能的结构。异氰脲酸酯是由３个异氰酸　

酯基团在催化作用下通过三聚反应形成的六元杂　环。含异氰脲酸结构的泡沫塑料具有良好的阻燃　性和耐热性能。周成飞ｌ２　等以多苯基多亚甲基多　

异氰酸￣（ＰＡＰＩ）和聚醚多元醇为原料，采用聚氨　酯改『生方法合成了改性聚异氰脲酸酯泡沫体声学　

材料，并用扫描电子显微镜分析泡沫的泡孔结构，　还对泡沫的吸隔声性能、拉伸性能和阻燃性能进　

行研究。结果表明，泡沫材料具有较均匀的泡孔　

结构、较好的吸隔声性能、阻燃性能及拉伸强度。　１．６阻燃方法研究新领域　阻燃剂微胶囊技术是将阻燃剂分散成微粒或　

微液滴，利用聚合物材料，在其表面形成一层惰性　的保护膜。在燃烧发生时，胶囊破坏，释放出阻燃　

剂，达到阻燃效果。将毒性大的阻燃剂通过微胶　

囊化制成低毒或无毒的阻燃剂，可防止阻燃剂的　迁移。选择与被阻燃物相容性好的聚合物做胶囊　壁材料，可以改善阻燃剂与被阻燃材料之间的相　容性，同时保持加工性能和物理机械性能［２　。冯　

才敏［２　等制备了有机一无机三元包覆微胶囊化红　

磷（ＴＭＲＰ），并将其与甲基磷酸二甲酯（ＤＭＭＰ）　复配为阻燃剂制备ＲＰＵＦ。ＴＭＲＰ、ＤＭＭＰ对　

ＲＰＵＦ有阻燃协同效应，并能促进ＲＰＵＦ成炭，　形成膨松的炭层，提高阻燃性能。张晓光［３。。等研　

究聚磷酸铵（ＡＰＰ）和表面用偶联剂处理过的聚磷　酸铵（Ｔ＿ＡＰＰ）对聚氨酯泡沫阻燃性能和力学性　

能的影响。结果表明，ＡＰＰ与Ｔ—ＡＰＰ都提高了　

聚氨酯泡沫的燃烧氧指数，后者效果更加明显。　周成飞ｌ３ｌ＿等采用预分散法和一步法制备纳米　

ＳｉＯｚ／聚氨酯酰亚胺（ＰＵ　Ｉ）复合泡沫材料。结果　

表明，在ＰＵＩ发泡过程中，随着纳米ＳｉＯｚ用量的　

增加，复合泡沫材料的开孔率增大，可有效防止泡　沫收缩，且密度也减小；当纳米ＳｉＯ　质量为１Ｏ份　

时，纳米ＳｉＯ。／ＰＵ　Ｉ复合泡沫材料具有比较均匀　的泡孔结构，且具有较高的开孔率、良好的阻燃性　

和热稳定性。　

２　结束语　

目前，聚氨酯泡沫阻燃方法的研究开发非常　

活跃，取得了大量的研究成果。但仍存在许多问　题需要进一步研究和解决。例如如何对阻燃剂进　

行表面改性处理，如何改善阻燃剂在基体中的分　

散。在对聚氨酯阻燃改性时，应注意固体阻燃剂　与原料单体，尤其是与聚醚多元醇的相容性。对　

聚氨酯泡沫进行阻燃改性时要减少阻燃处理对发　泡工艺和泡沫性能的不利影响，同时兼顾低烟雾　

等环保要求。进一步探讨研究具有阻燃元素的异　氰酸酯合成聚氨酯，并对合成的聚氨酯阻燃性能　加以评价，将是今后研究重点和方向。随着人们　

的环保意识的增强，低毒、发烟量低、绿色环保的　

阻燃硬泡将被人们进行更深入的研究。　

［参考文献］　

［１］季广其，朱春玲，高展．硬质聚氨酯外保温体系构造的防火　特性口］．消防技术与产品信息，２００７（１２）：３９　４５．　［２］王铭珍．上海高层住宅楼“ｌ１・１５”特大火灾的警世录［Ｊ］．　消防技术与产品信息，２０１１（２）：７１—７３．　［３］赵雅琴，杜建功，黄明文，等．ＭＺＹ固体阻燃剂的合成及应　用研究＿Ｊ］．化工科技，２００２，１０（３）：１４—１６．　［４］修玉英，邱忠光，罗钟瑜．尿素基聚脲多元醇制备聚氨酯软　泡性能的研究＿Ｊ］．聚氨酯工、Ｉ　，２００８，２３（６）：１４　１７．