含磷阻燃剂对聚氨酯硬泡燃烧特性影响的研究
聚氨酯硬泡具有优良的力学性能、电学性能、声学性能及耐化学腐蚀性能,并与多种材料有很强的粘接力,从而被广泛用作石油化工管道、冷藏设备、运输设备以及建筑物等的保温隔热材料。但是,未经阻燃处理的聚氨酯硬泡的氧指数一般低于19,属易燃材料,并在燃烧过程中放出HCN、CO等有毒气体。因此,聚氨酯泡沫塑料耐燃、防火问题已成为迫切需要解决的重要课题。近年来,国内外报道了许多新型阻燃剂以及通过阻燃剂的协同作用来提高聚氨酯硬泡的阻燃性能。
聚氨酯泡沫塑料所用的工业化有机阻燃剂大致可分为3类:一是以磷酸(2氯乙基)三酯(TCEP)、磷酸(2氯丙基)三酯(TCPP)、磷酸(二氯丙基)三酯(TDCP)等为代表的卤代磷酸酯,二是以甲基磷酸二甲酯(DMMP)为代表的全磷(磷酸酯)阻燃剂,三是反应型溴系阻燃剂。其中,近年来用含卤磷酸酯阻燃剂较为普遍。
为了能全面考察各阻燃剂的阻燃效果,采用的测试阻燃仪器也非常关键。锥形量热仪是以氧消耗原理为基础的新一代聚合物材料燃烧性能测定仪,由锥形量热仪获得的可燃材料在火灾中的燃烧参数有多种,包括点燃时间、总释放热、释热速率、烟及毒性参数等。锥形量热仪法由于具有参数测定值受外界因素影响小、与大型实验结果相关性好等优点被应用于很多研究领域。
通常阻燃剂的加入可以提高聚氨酯硬泡的氧指数。氧指数测定方法不能区分几种阻燃聚氨酯硬泡燃烧性能的差异。利用锥形量热仪获得的数据,可较好地反映这几种阻燃聚氨酯硬泡的燃烧特性,阻燃剂的加入,在不同程度上提高了聚氨酯的点燃时间,其中单独填充DMMP聚氨酯硬泡的点燃时间大于DMMP与卤代磷酸酯复配使用的点燃时间。DMMP与卤代磷酸酯复配阻燃聚氨酯硬泡的平均燃烧释放速率、总热释放量低于单独使用DMMP阻燃的聚氨酯硬泡。其中,DMMP与TDCP复配使用的效果最佳,平均燃烧释放速率、总热释放量与未加阻燃剂的聚氨酯硬泡相比,分别降低了约37%和42%。
加入阻燃剂后,增加了聚氨酯硬泡的发烟量。其中,单独使用DMMP的聚氨酯硬泡的发烟量最大,DMMP与卤代磷酸酯阻燃剂复配改性的聚氨酯硬泡次之,DMMP与TDCP复配改性的聚氨酯硬泡在几种阻燃硬泡中的发烟量最小,但其发烟量仍然要大于未添加阻燃剂的聚氨酯硬泡。除此之外,加入阻燃剂后,聚氨酯硬泡燃烧时的CO生成率明显降低,这就减少了材料在火灾中对人员的危害性,与未加阻燃剂的聚氨酯硬泡相比,DMMP与TDCP复配改性的聚氨酯硬泡的CO生成率降低了近50%。
单独使用DMMP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,其中DMMP与TDCP复配改性效果最佳。
与未加阻燃剂的原始聚氨酯硬泡比,DMM与TDCP复配改性的聚氨酯硬泡的燃烧释放热降低了约37%,总热释放量降低了42%,CO生成率降低了近50%。