三氧化钼与聚磷酸铵协同阻燃聚氨酯软泡的制备与性能研究

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聚氨酯软泡(Flexible Polyurethane Foam,FPUF)由于其优秀的性能,在家具垫材、工业包装等领域得到广泛应用。然而,FPUF是一种易燃材料,燃烧时会产生大量的热量和有毒烟气,存在很大的火灾危险性,对其进行阻燃有重要意义。聚磷酸铵(APP)是一种无机磷系阻燃剂,可以减少聚合物燃烧时产生的热量。三氧化钼(MoO3)具有优异的抑烟功能,而单独作为阻燃剂使用时的效果较差。本文以APP为阻燃剂、MoO3为抑烟剂组成协同阻燃体系,研究了阻燃聚氨酯软泡的热稳定性、阻燃性能等,并探讨了其阻燃机理。主要内容如下:1.以异氰酸酯和聚醚多元醇为原料,采用一步法制备聚氨酯软泡。研究了催化剂用量对聚氨酯软泡的泡孔结构、热稳定性和燃烧性能的影响。结果表明,当异辛酸亚锡和三乙烯二胺的比例为1:1时,显示出较均匀的泡孔结构;当两者的用量差异较大时,泡沫会出现收缩或塌陷的状况;催化剂添加量对泡沫的热稳定性和热释放影响较小。2.以聚磷酸铵和三氧化钼为协同阻燃剂,通过添加法制备阻燃聚氨酯泡沫。结果表明,阻燃剂稍微改变了泡沫的微观结构;阻燃剂提高聚氨酯软泡的热稳定性和残炭率;当APP和MoO3的添加量均为7.5%,峰值热释放速率(pk HRR)、总热释放量(THR)和总产烟量(TSP)分别降低了32.32%、44.20%和66.36%;阻燃性能的提升主要归因于该阻燃体系含磷基团的自由基捕捉作用和CO2、NH3等难燃气体的释放,以及含磷化合物加速催化成炭,发挥了隔绝热量和氧气的屏障作用。3.以MoO3-CS(chitosan)分散液为阳离子电解质溶液,APP溶液为阴离子电解质溶液,采用层层自组装方法,制备了表面涂覆有APP-MoO3涂层的阻燃聚氨酯软泡。研究表明,阻燃泡沫的表面更加粗糙,表明阻燃涂层成功构筑在聚氨酯软泡表面;当双层膜数量为5时,pk HRR、THR和TSP分别降低了53.84%、38.35%和57.22%,并分析了自组装涂层阻燃聚氨酯泡沫的阻燃机理。在气相中,阻燃涂层释放出含磷的自由基和不可燃气体,抑制了燃烧反应;在凝聚相中,热降解产物促使泡沫表面迅速脱水而炭化,以及三氧化钼的催化成炭作用,形成的炭层能够阻隔热量和可燃气体的传输,显著降低了泡沫的火灾危险性。
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