富马酸亚铁阻燃聚氨酯保温材料的火灾安全性能.pdf

第4 4卷 第5期2 0 2 3年1 0月 青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)J o u r n a l o f Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n)V o l.4 4 N o.5O c t.2 0 2 3 文章编号:1 6 7 2-6 9 8 7(2 0 2 3)0 5-0 0 5 8-0 8;D O I:1 0.1 6 3 5 1/j.1 6 7 2-6 9 8 7.2 0 2 3.0 5.0 0 7富马酸亚铁阻燃聚氨酯保温材料的火灾安全性能管浩村,陈希磊*(青岛科技大学 环境与安全工程学院,山东 青岛 2 6 6 0 4 2)摘 要:制备了富马酸亚铁(F F)阻燃聚氨酯保温复合材料(R P U F),通过锥形量热仪测试、热重-红外联用测试和微型量热仪测试研究了F F阻燃R P U F的火灾安全性能。结果表明,F F能显著降低R P U F的热释放速率(HR R)、总热释放(THR)、生烟速率(S P R)、总烟释放(T S P)、C O释放和热失重速率,提高R P U F的热稳定性,并且促进成炭,提高成炭量,优化炭层质量。其中含0.2 5%F F阻燃效果最好,对比纯聚氨酯,含0.2 5%F F复合材料的热释放速率峰值(P HR R)降低了5 7.9%,烟释放速率峰值(P S P R)降低了5 5%,C O降低了7 1.4%,C O2降低了3 7.8%,成炭量提高了2 3.1%,炭层更加致密。F F阻燃R P U F机理是F F中含有铁元素具有抑烟特性,同时含有共轭马来酰基可以与聚氨酯的分解产物异氰酸酯反应,形成聚酰亚胺结构,从而优化了炭层结构,阻止材料降解,延缓燃烧进程,起到阻燃抑烟的作用。关键词:富马酸亚铁;聚氨酯保温材料;阻燃;火灾安全性能中图分类号:T Q 3 2 8 文献标志码:A引用格式:管浩村,陈希磊.富马酸亚铁阻燃聚氨酯保温材料的火灾安全性能J.青岛科技大学学报(自然科学版),2 0 2 3,4 4(5):5 8-6 5.GUAN H a o c u n,CHE N X i l e i.F i r e s a f e t y p e r f o r m a n c e o f f l a m e r e t a r d a n t p o l y u r e t h a n e i n s u-l a t i o n m a t e r i a l b a s e d o n f e r r o u s f u m a r a t eJ.J o u r n a l o f Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y(N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n),2 0 2 3,4 4(5):5 8-6 5.收稿日期:2 0 2 2-1 0-2 7基金项目:国家自然科学基金项目(5 1 7 7 6 1 0 1).作者简介:管浩村(1 9 9 8),女,硕士研究生.*通信联系人.F i r e S a f e t y P e r f o r m a n c e o f F l a m e R e t a r d a n t P o l y u r e t h a n e I n s u l a t i o n M a t e r i a l B a s e d o n F e r r o u s F u m a r a t eG U A N H a o c u n,C H E N X i l e i(C o l l e g e o f E n v i r o n m e n t a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g,Q i n g d a o U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,Q i n g d a o 2 6 6 0 4 2,C h i n a)A b s t r a c t:F e r r o u s f u m a r a t e f l a m e r e t a r d a n t p o l y u r e t h a n e t h e r m a l i n s u l a t i o n c o m p o s i t e(R P U F)w a s p r e p a r e d.T h e f i r e s a f e t y p e r f o r m a n c e o f F F f l a m e r e t a r d a n t R P U F w a s s t u d-i e d b y c o n e c a l o r i m e t e r,t h e r m o g r a v i m e t r i c i n f r a r e d a n d m i c r o c a l o r i m e t e r.T h e r e s u l t s s h o w t h a t F F c a n s i g n i f i c a n t l y r e d u c e t h e h e a t r e l e a s e r a t e(HR R),t o t a l h e a t r e l e a s e(THR),s m o k e p r o d u c t i o n r a t e(S P R),t o t a l s m o k e p r o d u c t i o n(T S P),C O r e l e a s e a n d t h e r m a l w e i g h t l o s s r a t e o f R P U F,i m p r o v e t h e t h e r m a l s t a b i l i t y o f R P U F,p r o m o t e c a r b o n f o r m a-t i o n,i m p r o v e t h e a m o u n t o f c a r b o n f o r m a t i o n a n d o p t i m i z e t h e q u a l i t y o f c a r b o n l a y e r.T h e f l a m e r e t a r d a n t e f f e c t o f 0.2 5%F F c o m p o s i t e i s t h e b e s t.C o m p a r e d w i t h p u r e p o l y u r e-t h a n e,t h e p e a k h e a t r e l e a s e r a t e o f 0.2 5%F F c o m p o s i t e i s r e d u c e d b y 5 7.9%,t h e p e a k s m o k e p r o d u c t i o n r a t e i s r e d u c e d b y 5 5%,C O i s r e d u c e d b y 7 1.4%,C O2 i s r e d u c e d b y 第5期 管浩村等:富马酸亚铁阻燃聚氨酯保温材料的火灾安全性能3 7.8%,c h a r r e s i d u a l w a s i n c r e a s e d b y 2 3.1%,a n d t h e c h a r l a y e r w a s d e n s e r.T h e m e c h a-n i s m o f F F f l a m e r e t a r d a n t R P U F i s t h a t F F c o n t a i n s i r o n a n d h a s s m o k e s u p p r e s s i o n c h a r-a c t e r i s t i c s.A t t h e s a m e t i m e,i t c o n t a i n s c o n j u g a t e d M a l e y l g r o u p,w h i c h c a n r e a c t w i t h i s o-c y a n a t e,t h e d e c o m p o s i t i o n p r o d u c t o f p o l y u r e t h a n e,t o f o r m p o l y i m i d e s t r u c t u r e,s o a s t o o p t i m i z e t h e c a r b o n l a y e r s t r u c t u r e,p r e v e n t m a t e r i a l d e g r a d a t i o n,d e l a y t h e c o m b u s t i o n p r o c e s s,a n d p l a y t h e r o l e o f f l a m e r e t a r d a n t a n d s m o k e s u p p r e s s i o n.K e y w o r d s:f e r r o u s f u m a r a t e;p o l y u r e t h a n e i n s u l a t i o n m a t e r i a l;f l a m e r e t a r d a n t;f i r e s a f e t y p e r f o r m a n c e 硬质聚氨酯泡沫塑料(R P U F)又称聚氨酯硬泡,是一种以异氰酸酯和聚醚多元醇为主要成分、具有闭孔结构的低密度微孔的新型高分子有机复合材料,由于具有优良的隔热性能和机械性能,是精良的保温材料,具有极大的发展应用空间1。但是由于泡沫材料的多孔性和低密度性质,导致基体与火焰、空气大面积充分接触,容易造成材料本身质量损失大和 热 降 解 速 度 快,以 至 于 其 极 限 氧 指 数 低 于1 9%,属于易燃材料2,所以当务之急是提高聚氨酯保温材料的火灾安全性能,研究阻燃性能优良的复合型聚氨酯保温材料。现阶段,国内外研究阻燃处理聚氨酯的方法主要有反应型阻燃剂和添加型阻燃剂3-4。无机添加型的添加量以及粒度对材料的力学性能和成型工艺会产生一定影响5-8。有机添加型阻燃剂一般含磷、卤、氮,燃烧时会释放出含卤有毒物质9,故所占市场份 额 逐 渐 下 降。添 加 型 阻 燃 剂 如 氢 氧 化 铝(ATH)、三聚氰胺及其衍生物等1 0,具有价格低廉、安全环保等优点,是众多研究者青睐的对象。试想采用无卤安全的环保有机材料富马酸亚铁,加入到聚氨酯保温材料中或许可以提高聚氨酯保温材料的火灾安全性。在火灾安全性能应用方面,对富马酸(盐)有一些相关研究1 1-1 3。富马酸能够生产出耐热性能和耐化学腐蚀性优良的不饱和聚酯树脂,而且作为食品添加剂,具有环保无污染、安全无毒的优势1 4。富马酸亚铁是治疗贫血药物的一种安全、高效的有机营养补铁剂,且铁元素本身作为一种抑烟元素,在阻燃抑烟方面起到非常积极的作用。两者都是环境友好型添加剂,在火灾安全性能方面有很大的应用前景1 5。本研究制备了富马酸亚铁(F F)阻燃聚氨酯保温复合材料(R P U F),通过锥形量热仪测试、热重-红外联用测试和微型量热仪测试研究了F F阻燃R P U F的火灾安全性能。1 实验部分1.1 实验材料与仪器多元醇、异氰酸酯,阿拉丁公司;富马酸亚铁(F F),西安嘉博盈生物科技公司。所有试剂均为分析纯。锥形量热仪,标准型,英国F T T公司;热重分析仪,D T-5 0型,法国S E T A R AM仪器公司;红外测试仪,1 7 0 S X型,日本岛津仪器公司;微型量热仪,MC C-2型,美国G o v m a r k公司。1.2 样品制备按实验所需比例称取一定量的富马酸亚铁加入异氰酸酯中,启动分散机,控制转速保持1 5 0 0 rm i n-1,时间3 0 m i n,完全溶解至无颗粒。按照多元醇和异氰酸酯质量比为11.7比例,加入到多元醇中,等待发泡。启动分散机,控制转速保持在1 5 0 0 rm i n-1,均匀混合物使其发泡,时间保持在8 s左右倒入模具中,静置发泡。放入烘干箱中熟化,控制温度在8 0,时长4 h后取出,制成1 0 0 mm1 0 0 mm3 0 mm样品。改变富马酸亚铁及异氰酸酯的比例,重复上述过程,制备出含有不同含量富马酸亚铁的复合型聚氨酯保温材料样品。1.3 性能测试 1.3.1 锥形量热仪测试(C C T)采用锥形量热仪测试样品的燃烧特性,根据标准I S O 5 6 6 0,测试样品尺寸为1 0 0 mm1 0 0 mm3 0 mm,用锡纸包覆,辐射功率选用1 5 k Wm-2(聚氨酯泡沫是易燃材料,热释放总量在低辐射强度的情况下能够更低且缓慢上升,热解速度较慢,有助于研究富马酸亚铁的阻燃机理),每组样品重复3次。1.3.2 热重-红外联用(T G-I R)通过热重分析仪与红外光谱联用的方式,监测并记录样品热降解气相产物变化的动态过程,对样品气相裂解产物的变化进行实时记录,称取约1 0 m g样品置于氧化铝坩埚中测试,温度范围3 07 0 0,样品升温速率为2 0 Km i n-1。95青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第4 4卷1.3.3 微型量热仪(MC C)称取约5 m g样品置于氧化铝坩埚内测试,温度范围3 09 0 0。2 结果与讨论2.1 锥形量热仪测试(C C T)2.1.1 热释放速率(HR R)和总热释放量(THR)图1是1 5 kWm-2辐射功率下阻燃R P U F的HR R曲线和THR曲线。由图1看出,纯R P U F在2 5 s被点燃后,HR R迅速 上 升 并 在3 3 s前 后 达 到 峰 值(P HR R)2 7 0 kWm-2,加 入 定 量F F后,部 分P HR R低 于 纯R P U F。F F-0.1 2 5%、F F-0.2 5%、F F-0.5%、F F-1%、F F-2%分别对应的 P HR R为2 3 5、2 8 5、2 8 3、2 9 3、2 7 1 kWm-2。低浓度时F F阻燃效果明显,且在F F-0.1 2 5%时降低热释放程度最高,降低了1 2.3%。但在F F-1%和F F-2%浓度时,热释放速率峰值反而有上升趋势。不同F F添加量加入后均延缓了R P U F燃烧时间。其中F F-0.2 5%时延缓燃烧进程的程度最高、效果最好,延缓了3 1 s。图1 1 5 k Wm-2辐射功率下复合材料的热释放速率曲线和总热释放量曲线F i g.1 HR R a n d THR c u r v e s o f c o m p o s i t e s a t a f l u x o f 1 5 k Wm-2 纯R P U F的THR达到了2 2.5 M Jm-2,阻燃R P U F的THR均少于纯R P U F。F F-0.1 2 5%、F F-0.2 5%、F F-0.5%、F F-1%、F F-2%的THR分别为2 1.2、9.9、1 5.9、1 4.3、1 6.9 M Jm-2,分别下降了9.8%、5 7.9%、3 2.3%、3 9.1%、2 8.1%。在低添加量为F F-0.2 5%时,THR最少,降低了5 7.9%,具有最佳配比的阻燃效果。由此得出,低量F F可 以有效降 低R P U F的HR R和THR,并推迟点燃时间,且低添加量为F F-0.2 5%时阻燃效果最好。随着F F添加量的增多,P HR R和THR降低程度呈现先增多后减少的趋势,对此解释的原因为,在燃烧过程中,随着F F的添加,材料的炭层由于抗氧化性降低或者表面受热不均匀,导致炭层破裂、可燃物溢出或泄露,增加了燃烧面积,加重了燃烧程度,所以会在某种程度上提高热释放速率和总热释放,极大地提高火灾安全性能。2.1.2 生烟速率(S P R)和总生烟量(T S P)图2是阻燃R P U F的S P R曲线和T S P曲线。在02 5 s,所有样品的S P R比较平缓,纯R P U F在2 5 s左右率先燃烧,S P R迅速到达峰值(P S P R)0.0 7 m2s-1。F F-0.1 2 5%、F F-0.2 5%、F F-0.5%、F F-1%、F F-2%生 烟 速 率 峰 值 依 次 为 0.0 4 9、0.0 5 7、0.0 6 5、0.0 7 0、0.0 7 7 m2s-1,其中F F-0.1 2 5%和F F-0.2 5%有显著降低烟释放速率的效果。随着F F添加量的增多,S P R降低程度呈现先增多后减少的趋势。其中在F F-0.2 5%时效果最好,下降了1 6.2%,具有最佳配比的抑烟效果。烟气生成时间都有所延缓。其中F F-0.2 5%延缓其生成烟气的效果最明显,延缓了3 6 s。在2 51 0 0 s阶段,纯R P U F的T S P曲线斜率最大,这说明在燃烧初期F F已经起到了抑制烟气作用。1 0 0 s之后,纯R P U F的T S P达到最大值4.2 m2,F F-0.1 2 5%、F F-0.2 5%、F F-0.5%、F F-1%、F F-2%的THR为2.7、1.8、2.5、2.5、3.0 m2,较纯R P U F分别下降了3 2.5%、5 5.0%、3 7.5%、3 7.5%、2 5.0%。随着F F的增多,T S P降低程度呈现先增多后减少的趋势。其中F F-0.2 5%时,T S P最少,下降了5 5.0%,具有最佳配比的抑烟效果。由此 得 出,一 定 量 的F F可 以 大 幅 度 降 低R P U F的S P R和T S P,推迟生烟时间,且低添加量为F F-0.2 5%时抑烟效果最好,极大地提高火灾安全性能。06 第5期 管浩村等:富马酸亚铁阻燃聚氨酯保温材料的火灾安全性能图2 1 5 k Wm-2辐射功率下复合材料的烟释放速率曲线和总烟释放曲线F i g.2 S P R a n d T S P c u r v e s o f c o m p o s i t e s a t a f l u x o f 1 5 k Wm-22.1.3 一氧化碳(C O)释放和二氧化碳(C O2)释放图3是阻燃R P U F的C O和C O2释放曲线。纯R P U F在2 5 s下C O释放速率迅速上升,并于1 5 0 s左右到达最大值为0.3 5 g。F F-0.1 2 5%、F F-0.2 5%、F F-0.5%、F F-1%、F F-2%达到的最大值依次为0.2 7、0.1 0、0.1 7、0.1 5、0.1 6 g,较纯R P U F有明显下降。随着F F的增多,C O释放量降低程度呈现先增多后减少的趋势。其中F F-0.2 5%时,C O释放量最少,下降了7 1.4%,具有最佳配比的抑毒效果。C O生成时间都有所延缓,其中F F-0.2 5%延缓其C O释放量的效果最明显,延缓了4 3 s。纯R P U F在3 0 s下C O2释放速率迅速上升,并于2 5 0 s左 右 到 达 最 大 值 为1 8.5 g。F F-0.1 2 5%、F F-0.2 5%、F F-0.5%、F F-1%、F F-2%达到的最大值依次为1 6.1、1 1.5、1 4.2、1 2.9、1 4.7 g,较纯R P U F有 明 显 下 降,分 别 下 降 了1 3.0%、3 7.8%、2 3.2%、3 0.3%、2 0.5%。可见F F可以有效降低C O的生成量。随着F F的增多,C O2释放量降低程度呈现先增多后减少的趋势,其中F F-0.2 5%时C O2释放量最少,下降了3 7.8%,具有最佳配比的阻燃效果。且C O2生成时间都有所延缓,其中F F-0.2 5%延缓效果最明显,延缓了3 5 s。由此得出,低量F F能够显著降低R P U F的C O和C O2释放量,推迟C O释放时间,提高火灾安全性能。图3 1 5 k Wm-2辐射功率下复合材料的C O和C O2释放曲线F i g.3 C O a n d C O2 r e l e a s e c u r v e s o f c o m p o s i t e s a t a f l u x o f 1 5 k Wm-22.1.4 质量(M a s s)损失图4为阻燃R P U F的质量损失曲线。由图4可以看出,纯R P U F在2 8 s左右率先开始分解。在2 51 2 5 s之间,纯R P U F的M a s s曲线斜率最大,即质量损失最大,2 0 0 s之后纯R P U F的成炭量为5 0%,随着F F的增多,成炭量增多程度呈现先增大后减小的趋势,其中F F-0.2 5%浓度下成炭量上升幅度最明 显,上 升 了2 3.1%,具 有 最 佳 配 比 成 炭效果。由此得出,低量F F能够大幅度提高R P U F的成炭性能,说明F F改善了R P U F的结构,优化了炭层,极大地提高了火灾安全性能。16青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第4 4卷图4 1 5 k Wm-2辐射功率下复合材料的质量损失曲线F i g.4 M a s s l o s s c u r v e s o f c o m p o s i t e s a t a f l u x o f 1 5 k Wm-22.1.5 炭渣照片分析 阻燃R P U F在锥形量热仪测试后炭渣照片如图5所示。图5显示,纯R P U F和阻燃R P U F的炭层表面有所不同。纯R P U F的炭渣表面是疏松、质脆的,当材料燃烧时,热量以较快的速度进行传播而不能很好地将内部可燃物和外部热量隔绝,这也导致了纯R P U F有着最大的P HR R、P S P R等燃烧参数。而 在 最 佳 配 比F F浓 度 下(0.2 5%),阻 燃R P U F炭渣表面明显变得更加致密,且添加F F的R P U F表面呈现极少量不均匀的黄色物质附着于炭渣上,这表明F F可以促进材料表面炭层的形成。图5 锥形量热仪实验炭渣照片F i g.5 P h o t o g r a p h s o f c h a r r e s i d u e a f t e r c o n e c a l o r i m e t e r t e s t2.2 热重-红外联用测试(T G-I R)采用T G-I R对纯R P U F和阻燃R P U F进行热重分析和红外监测,对热分解过程中产生的质量损失和气相成分差异进行数据分析。根据上述实验数据,大致确定了对复合R P U F阻燃抑烟抑毒效果最佳的浓度配比为F F-0.2 5%,接下来进行具体的质量损失分析和气体成分分析。2.2.1 热重分析(T G)图6是阻燃R P U F的热重曲线图和热重导数曲线 图。纯R P U F从2 5 0 前 后 开 始 热 解,在6 0 0 达到最大质量损失,有1 5.1%的炭渣残余。F F-0.2 5%在2 7 5 开始分解,最大质量损失温度为5 1 0,成炭量为4 8%。纯R P U F在3 3 0 达到最大失重速率1 0%m i n-1,F F-0.2 5%在3 3 0 达到最大失重速率7.7%m i n-1。说明F F降低了的R P U F热失重速率,延缓了热分解进程,减缓了热降解程度。2.2.2 红外分析(I R)图7是纯R P U F和阻燃R P U F的红外吸收峰图。在3 6 0 03 8 0 0 c m-1波段对应H2O的吸收峰,在纯R P U F与阻燃R P U F红外吸收峰图的比较中发现,F F明显降低了H2O吸收峰,强度几乎为0,对此现象有两个方面的解释:一方面随着温度的上升,R P U F开始受热分解,富马酸亚铁结构与异氰酸酯反应消耗了H2O从而降低了H2O吸收峰的强度;另一方面,聚酰亚胺结构可以使炭层更加光滑、连续、致密、膨胀,在R P U F的表面起到物理隔离的保护作用,更好地隔离外部热量向未燃区域传递,延26 第5期 管浩村等:富马酸亚铁阻燃聚氨酯保温材料的火灾安全性能图6 复合材料的T G和D T G曲线F i g.6 T G a n d D T G c u r v e s o f c o m p o s i t e s缓燃烧进程和减少燃烧总量,增加H2O气体溢出材料的难度,也由此进一步说明了添加定量F F能够增强R P U F成炭性能的优越性。在1 7 5 0 c m-1处吸收峰所对应聚氨酯主链上的CO键的断裂,代表C O气体的释放。阻燃R P U F在此处吸收峰峰值的强度较纯R P U F有明显的降低,几乎无C O气体的衍射峰。这充分说明了加入F F对于R P U F减毒效果有着重要意义,同时这也 与 锥 形 量 热 仪 测 试 中 的C O浓 度 参 数 相吻合。在2 3 5 0 c m-1处存在C O2所对应的一组强峰,阻燃R P U F出现此峰相较于纯R P U F有所提前。两种样品在此峰处的走势基本相同:随着温度的升高,C O2吸收峰的衍射强度不断增强,这表明C O2的释放量有所增加,纯R P U F在4 6 0 左右达到最大峰值0.0 5,F F-0.2 5%在3 7 0 达到最高吸收峰值0.0 3,强度比纯R P U F弱,之后峰值强度均逐渐减弱。说明在热分解过程中,F F中的铁元素和富马酸亚铁结构有抑制C O2释放的作用,进而说明F F对R P U F成炭性能有积极作用,使炭渣表面致密,使惰性气体C O2留在内部,抑制燃烧,对R P U F阻燃性有着积极意义,同时也吻合了锥形量热仪测试参数的变化情况。在1 5 0 0和6 6 0 c m-1低波数段是芳香族化合物吸收峰,阻燃R P U F在此处的吸收峰强度明显低于纯R P U F,基本上没有芳香族化合物气体产生,从气相产物的角度解释了F F对R P U F燃烧时烟参数的抑制作用。图7 样品的热重-红外联用曲线 F i g.7 T G-I R c u r v e s o f s a m p l e s2.3 微型量热仪测试(MC C)R P U F受热分解出气相成分中,有C O和芳香化合物等可燃成分,接下来对可燃气相成分做进一步MC C测试,探究阻燃R P U F的热稳定性能。图8是添加F F的R P U F微型量热仪测试图。纯R P U F在2 0 0 被点燃后,HR R迅速上升并在3 4 5 前后达到峰值1 7 6 Wg-1,加入定量F F后,HR R呈现不同程度的下降。F F-0.2 5%下降最明显,较纯R P U F下降了1 5.3%。其中F F-0.2 5%延缓效果最明显,在2 5 0 被点燃,延缓了36青 岛 科 技 大 学 学 报(自然科学版)第4 4卷2 0 的温度差,说明定量F F可以提高R P U F的热稳定性能和热分解性能。图8 复合材料的热释放速率曲线F i g.8 HR R o f c o m p o s i t e s2.4 阻燃机理由以上测试的实验数据和炭层形貌观测,推测阻燃机理为F F的共轭马来酰基与R P U F分解产物中的异氰酸酯和醇类物质发生反应,形成聚酰亚胺结构1 6。异氰酸酯与活泼氢化合物的反应属于氢转移的逐步加成聚合反应,是由活泼氢化合物的亲核中心袭击异氰酸酯基中的正碳离子而引起的。反应在比较活泼的-N C O基的双键上进行。活泼氢化合物中的氢原子转移到-N C O基中的N原子上,余下的基团与羰基C原子结合,生成氨基甲酸酯化合物。图9是异氰酸酯与酸酐反应,生成酰亚胺机理图1 7。图9 富马酸亚铁结构与异氰酸酯反应的阻燃反应机理图F i g.9 F l a m e r e t a r d a n t r e a c t i o n m e c h a n i s m o f r e a c t i o n b e t w e e n f e r r o u s f u m a r a t e s t r u c t u r e a n d i s o c y a n a t e 阻 燃 机 理 为F F结 构 中 的 共 轭 马 来 酰 基 与R P U F分解产物中的异氰酸酯和醇类物质发生反应,形成的聚酰亚胺结构促进成炭从而优化了炭层结构,使其更加光滑、连续、致密、膨胀。在R P U F的表面起到物理隔离的作用,既阻碍了外面助燃气体的进入和热量向内部传递,又增加了内部可燃气体和剩余可燃物的释放和溢出的难度,从而阻止R P U F的燃烧和降解。所含铁是一种典型的抑烟金属,可以与烟雾化合物结合,使其在R P U F的燃烧过程中沉降,富马酸亚铁含有3 0%的有机亚铁离子,最终降低了热参数和烟参数从而提高R P U F的阻燃性能,最终达到了 阻燃改性的目 的,提高了R P U F的火灾安全性能。3 结 论1)富马酸亚铁(F F)可以显著降低(R P U F)热参数和烟参数,抑制C O等有毒气体释放,提高成炭量,优化炭层的结构,从而阻止材料降解,延缓燃烧进程。2)F F能够显著降低R P U F的热失重速率,延缓热分解进程,提高成炭量。并且可以在较低温度下提前释放C O2,稀释可燃气,从而抑制燃烧。3)F F能够提高R P U F的热稳定性和热分解性。综上,F F是一种优良环保的添加型阻燃剂,可以提高R P U F的火灾安全性。参 考 文 献1 S I N GH H,J A I N A K,S HA RMA T P.E f f e c t o f p h o s p h o r u s-n i t r o g e n a d d i t i v e s o n f i r e r e t a r d a n c y o f r i g i d p o l y u r e t h a n e f o a m sJ.J o u r n a l o f A p p l i e d P o l y m e r S c i e n c e,2 0 1 0,1 0 9(4):2 7 1 8-2 7 2 8.2 鲁文娟.阻燃型聚氨酯材料在建筑保温中的应用研究J.合成材料老化与应用,2 0 2 0,4 9(1):7 1-7 3.L U W e n j u a n.R e s e a r c h o n t h e a p p l i c a t i o n o f f l a m e r e t a r d a n t p o l y u r e t h a n e i n b u i l d i n g t h e r m a l i n s u l a t i o nJ.S y n t h e t i c M a t e-r i a l s A g i n g a n d A p p l i c a t i o n,2 0 2 0,4 9(1):7 1-7 3.3 李跃文,陈兴华.聚氨酯阻燃改性研究进展J.现代塑料加工应用,2 0 1 4,2 6(5):5 3-5 6.L I Y u e w e n,CHE N X i n g h u a.R e s e a r c h a d v a n c e o f f l a m i n g r e t a r-d i n g m o d i f i c a t i o n o f p o l y u r e t h a n eJ.M o d e r n P l a s t i c s P r o c e s s-i n g a n d A p p l i c a t i o n s,2 0 1 4,2 6(5):5 3-5 6.4 王方超,魏徵,王源升,等.添加型阻燃聚氨酯泡沫的研究进展J.聚氨酯工业,2 0 1 6,3 1(3):1-4.WAN G F a n g c h a o,WE I H u i,WAN G Y u a n s h e n g,e t a l.R e-s e a r c h p r o g r e s s o f a d d i t i v e f l a m e r e t a r d a n t p o l y u r e t h a n e f o a mJ.P o l y u r e t h a n e I n d u s t r y,2 0 1 6,3 1(3):1-4.5 TH I RUMA L M,S I N GHA N K,KHA S T G I R D,e t a l.H a l o-g e n-f r e e f l a m e r e t a r d a n t r i g i d p o l y u r e t h a n e f o a m s:E f f e c t o f a l u-m i n a t r i h y d r a t e a n d t r i p h e n y l p h o s p h a t e o n t h e p r o p e r t i e s o f p o l-y u r e t h a n e f o a m sJ.J o u r n a l o f A p p l i e d P o l y m e r S c i e n c e,2 0 1 0,1 1 6(4):2 2 6 0-2 2 6 8.6 王紫潇,文庆珍,朱金华.用于聚氨酯材料的无卤添加型阻燃剂研究进展J.聚氨酯工业,2 0 1 5,3 0(3):3 1-3 4.WAN G Z i x i a o,WE N Q i n g z h e n,Z HU J i n h u a.R e s e a r c h p r o-g r e s s o f h a l o g e n-f r e e f l a m e-r e t a r d a n t s i n p o l y u r e t h a n eJ.P o l y-u r e t h a n e I n d u s t r y,2 0 1 5,3 0(3):3 1-3 4.7 张晓光,王列平,宁斌科,等.聚氨酯泡沫塑料无卤阻燃技术的研究进展J.化工进展,2 0 1 2,3 1(7):1 5 2 1-1 5 2 7.Z HAN G X i a o g u a n g,WAN G L i e p i n g,N I N G B i n k e,e t a l.R e-46 第5期 管浩村等:富马酸亚铁阻燃聚氨酯保温材料的火灾安全性能s e a r c h p r o g r e s s o f h a l o g e n-f r e e f i r e-r e t a r d a n t p o l y u r e t h a n e f o a m sJ.C h e m i c a l I n d u s t r y a n d E n g i n e e r i n g P r o g r e s s,2 0 1 2,3 1(7):1 5 2 1-1 5 2 7.8 许晓光,许乃迪.无机添加型阻燃剂对聚氨酯阻燃涂料性能的影响J.塑料制造,2 0 1 2(8):8 1-8 4.XU X i a o g u a n g,XU N a i d i.I n f l u e n c e o f i n o r g a n i c f l a m e r e t a r d-a n t s t o p o l y u r e t h a n e f l a m e-r e t a r d a n