阻燃剂对软质聚氨酯泡沫塑料热解的影响研究

聚氨酯泡沫塑料由于含可燃的碳氢链段、密度小、比面积大，未经阻燃处理的聚氨酯泡沫是可燃物，遇火燃烧并且分解，产生大量的有毒烟雾，给人员疏散和灭火带来很大的困难。特别是聚氨酯软泡(FPUF)开孔率较高，可燃成分多，燃烧时由于较高的空气流通性而源源不断地供给氧气，易燃而不易自熄，极易造成群死群伤的重大火灾事故，例如2000年12月河南洛阳东都商厦特大火灾，由于员工进行违规电焊操作时电焊火花溅到库存海绵床垫、沙发等可燃物上，未能及时控制而蔓延到四楼娱乐城，造成309人中毒窒息死亡。而目前随着经济的不断发展，聚氨酯泡沫的使用量大大增加，对聚氨酯软泡的阻燃要求也越来越迫切。阻燃处理后聚氨酯泡沫塑料的分解行有何变化，分解机理有什么变化，目前未见系统的研究报道。本文利用热分析技术，对多种阻燃剂对聚氨酯泡沫热分解的影响进行了研究。

2.1实验药品：聚磷酸铵，磷酸二氢钾，氯化铵，二氰二胺，磷酸二氢胺，三聚氰胺，硼砂，硼酸铵，六偏磷酸钠(均为化学纯)。 2.2仪器：TGA/SDTA851e型热分析仪，瑞士梅特勒公司产。

2.3实验方法： 将聚氨酯软泡裁成长宽高均为50mm的形状，按40%的比例将阻燃剂分别溶解在蒸馏水中，将聚氨酯软泡放入上述溶液中，挤压浸泡约10min,挤掉多余的溶液，放入烘箱中在100℃的情况下进行烘干。将聚氨酯软泡空白样品剪成碎末，用电子天平称取大约5mg放入标准坩埚中，调节热分析仪起始温度从50℃上升到700℃，升温速率为10℃/min，在氮气(30ml/min)气氛下进行实验分析。

2.4数据处理 3结果与分析 聚氨酯软泡在235.37℃下就已经开始分解，其分解过程大致可以分为230℃～350℃，350℃～410℃两个失重变化发生的重要温度范围，在分解初期(230～350℃)下，分解速率较慢，此阶段失重约25%。在此过程中主要是有异氰酸酯、多元醇、氨和二氧化碳等气体放出，异氰酸酯以黄色的烟挥发出来，造成质量的损失。

当温度上升到350℃以后，分解速率加快，失重也增大，在350℃～410℃这一阶段失重大约为60%。此阶段主要是以残渣形式存留下来的多元醇开始分解放出乙烯、乙烷、甲醛、丙烯、环氧乙烷、丙酮、异丙醇等造成的质量损失。温度在500℃以上质量基本上无变化，最后聚氨酯残渣重量约为15%。我们从DTG图上可也看出聚氨酯软泡，有两个较大的减重峰，说明分解失重主要发生在这两个阶段，并在384℃左右出现最大分解速率。

添加了六偏磷酸钠的聚氨酯软泡在219.53℃开始分解,从DTG曲线上看出其失重过程较为复杂,大致可以分为三个失重阶段:219℃～230℃,230℃～350℃,350℃～400℃。第一阶段的失重大约为3%,此阶段温度较低，失重较小，对泡沫的分解影响较小;第二阶段的失重大约为16%，第三阶段的失重大约为13%,活化能为147.17kJ/mol。添加了磷酸二氢钾以后，与空白样品相比分解温度提前，分解过程较为复杂，可分为三个失重阶段，219℃～230℃，此阶段失重较少大约为5%，对泡沫的分解的影响较小;230℃～300℃，第二阶段的失重大约为20%;300℃～400℃，第三阶段的失重大约为25%，

活化能为121.75kJ/mol。添加了含磷阻燃剂以后使聚氨酯软泡起始分解温度提前，活化能变小，最大分解速率减小，这主要是因为阻燃剂使软泡达到分解温度前先分解生成磷的含氧酸，从而催化聚氨酯软泡中的羟基脱水成炭，降低材料的质量损失速率和可燃物的生成量,而磷则大部分残留在炭层中，这也验证了燃烧的剩余量有较大的结果含三聚氰胺阻燃剂使聚氨酯泡沫的起始分解温度为247℃，分解过程大致可分为两个阶段，第一阶段在247℃～350℃，此阶段失重为60%，这是因为三聚氰胺这种物质在330℃～350℃时升华，从DTG曲线上可以看出在330℃时出现最大分解速率。

第二阶段在350℃～400℃的失重为30%，活化能为307.72kJ/mol。通过比较，添加三聚氰胺以后，其分解温度推迟大约10℃，活化能增大，说明添加三聚氰胺这种阻燃剂提高了聚氨酯泡沫的热稳定性，在火灾初期不容易发生分解。其出现最大分解速率的温度提前，最大分解速率也增大，说明三聚氰胺在单独阻燃时，其阻燃作用失效比较早,最后的剩余率也较少。二氰二胺阻燃剂使聚氨酯阻燃体系的分解过程变为三个阶段。第一阶段234℃～270℃，失重为5%，第二阶段270℃～400℃，失重为35%，第三阶段的分解400℃～700℃，从曲线的趋势看，分解在700℃以后还可以进行，到700℃失重大约为15%。