摘要：我國目前在聚氨酯泡沫阻燃這一領域的研究與應用已經(jīng)愈發(fā)重視，目前對于基材結構阻燃的研究較少。聚氨酯由黑料（二異氰酸酯、多異氰酸酯）和白料（聚醚、聚酯多元醇）制備發(fā)泡而成，本文探討了基于在聚氨酯白料的分子結構層面上的改性對聚氨酯泡沫阻燃性能的影響，同時綜述了聚氨酯泡沫的發(fā)展現(xiàn)狀、阻燃機理、改性方法以及對未來的展望。

關鍵詞：聚氨酯;結構改性;阻燃

聚氨酯泡沫（PUF）因其孔狀結構以及表面密度較低的特性，擁有優(yōu)異的物理、化學性能，且與眾多材料之間有較強的粘結力，可以廣泛的應用在冷藏、建筑物保溫隔熱材料等日常生活和工業(yè)生產(chǎn)領域等[1，2]。目前我國在聚氨酯生產(chǎn)以及消費領域已經(jīng)走在了前列，其中聚氨酯的產(chǎn)量在全球范圍內的占比已經(jīng)接近半數(shù)。對于聚氨酯泡沫材料進行阻燃處理的現(xiàn)狀主要有以下幾種方式：（1）對分子結構進行改性;（2）添加阻燃劑。對分子結構的改性是將含有阻燃元素、熱穩(wěn)定雜環(huán)的物質通過一系列的反應嫁接到反應基材中，如改性的聚醚、酯多元醇（白料）或是異氰酸酯（黑料）[3，4]。

雖然目前對于聚氨酯泡沫的阻燃劑的研究已經(jīng)有許多，但是大都是對阻燃劑的改性然后添加在泡沫中，雖然可以提高PUF的LOI、降低HRR等熱穩(wěn)定性能相關指標，但是同時也會影響到聚氨酯泡沫的其他性能，比如物理彈性、隔聲等性能。因此本文總結了基于聚氨酯白料結構改性對于聚氨酯泡沫阻燃性的影響。

一、聚氨酯泡沫基材及制備方法

聚氨酯泡沫可以分為硬泡和軟泡兩種，是由白料、黑料、發(fā)泡劑、催化劑、交聯(lián)劑制備而來，其中白料主要有聚醚多元醇、聚酯多元醇，黑料為單異、二異、多異氰酸酯。發(fā)泡劑多數(shù)為全水發(fā)泡。催化劑主要有叔胺類以及有機金屬絡合物催化劑。也有部分使用預聚和箱式發(fā)泡。

二、多元醇結構改性

由于聚氨酯相關技術的不斷發(fā)展，目前我國對聚氨酯制品的要求也在不斷的提高這就包括了較低的玻璃化溫度、熱傳導率、較高的拉伸強度以及低煙釋放等。隨著要求的提高同樣也促進了多元醇的改性技術的發(fā)展。目前來講改性多元醇的方法大概總結為五種：（1）將脂肪環(huán)接枝在醇的分子鏈當中（2）將傳統(tǒng)的小分子引發(fā)劑二元醇如乙二醇、丙二醇、丁二醇等小分子二元醇用新興的具有特殊結構的引發(fā)劑來取而代之（3）采用化學接枝技術在分子鏈當中接上其他的鏈段從而合成出一種新的嵌段聚合物（4）用一個單體接到分子鏈上然后使得兩種或者是兩種以上的單體進行共聚而不是由原來的單一的單體進行均聚（5）在分子鏈中接枝一些其他特殊的官能團，當然此種方法的使用大都是制備特殊的聚氨酯泡沫材料時采用。

（一）接枝脂肪環(huán)技術

通過將環(huán)氧乙烷（EO）、環(huán)氧丙烷（PO）以及環(huán)氧環(huán)己烷共聚后合成出的兩種多元醇可以較為明顯的提高產(chǎn)品的性能，利用其與黑料混合制備出的聚氨酯產(chǎn)品擁有眾多優(yōu)點，比如韌性高、耐延伸、抗水解、不容易老化、儲存的穩(wěn)定性較高等。

（二）接枝單體共聚

由于通過環(huán)氧丙烷均聚合成的聚丙二醇兩邊的官能團都為仲羥基，當和異氰酸酯反應制備聚氨酯的時候反應活性較低，相反如果兩端是伯羥基那么在和黑料反應時就會表現(xiàn)出較高的活性。因此通過環(huán)氧乙烷對聚醚多元醇進行改進，改進后的多元醇為環(huán)氧乙烷封端其優(yōu)點在于伯羥基含量以及相對分子質量較高，用這種多元醇制備出的聚氨酯產(chǎn)品性能可以得到客觀的提高。

三、油基改性

隨著我國的不斷發(fā)展生活質量不斷提高。響應“綠水青山，就是金山銀山”的號召，聚氨酯阻燃領域越來越多的把目光轉向了植物油和非植物油改性聚氨酯的環(huán)境友好型材料，在天然的植物油中包含了蓖麻油、菜籽油以及大豆油等，這些植物油大都是由長鏈脂肪酸甘油酯構成的，其中長鏈的脂肪酸又分為兩種：（1）飽和脂肪酸如棕櫚酸，（2）不飽和脂肪酸如油酸和蓖麻油酸等脂肪酸。對于一些不飽和植物油，現(xiàn)在改性的方法主要有環(huán)氧化開環(huán)、酯化、酯交換法等。

（一）蓖麻油基聚氨酯

蓖麻油酸是可以再生的且價格相對低廉[5]，現(xiàn)在其相關文獻報道也有很多并且也有實際應用比如泡沫中等領域。蓖麻油中一共含有三個反應基團分別為仲羥基、羧基以及不飽和雙鍵。所以可以對其進行改性，合成出的多元醇去制備植物油基聚氨酯泡沫材料。

（二）大豆油基聚氨酯

大豆油是世界上產(chǎn)量最高的油脂。其成本低廉并且質量較高可食用。因此是對人類最重要的植物油。在大豆油中的一些不飽和脂肪酸（如亞油酸）的含量要超過80%，其中的酯鍵以及碳雙鍵通常都可以經(jīng)過化學的改性。

四、三聚氰胺改性白料

由于空白的聚氨酯泡沫特別容易發(fā)生燃燒，同時會帶來很多“意外”的損失，所以對于聚氨酯改性這一問題最簡單的方法就是直接將三聚氰胺添加進去，但是同時存在一個問題就是三聚氰胺本身和基材很難相容。因此可以通過三聚氰胺改性多元醇多元醇制備性能優(yōu)異的聚氨酯泡沫。

五、總結與展望

我國作為聚氨酯行業(yè)的主要生產(chǎn)、使用國，聚氨酯泡沫易燃燒的問題一直困擾著相關領域學者。因為我國是產(chǎn)油大國，利用植物油可以部分甚至全部替代石油基聚氨酯，而且石油屬于不可再生資源，因此用可再生資源替代就顯得尤為有意義了。本文概述了聚氨酯阻燃的發(fā)展現(xiàn)狀、阻燃機理、改性方法，由于近些年對于聚氨酯白料改性的相關文獻較少，因此本文突出的總結了基于結構型對聚氨酯白料的改性，我們可以發(fā)現(xiàn)對白料結構改性后（引入阻燃元素或基團）各項性能，包括力學、熱穩(wěn)定性、殘?zhí)剂康榷加休^大的提高。因為有些結構改性后受熱分解會產(chǎn)生腐蝕性的強酸或者是制備工藝太過復雜，對于經(jīng)濟成本要求有些高，因此對于未來的展望就是能夠研發(fā)出技術工藝簡便，能夠實現(xiàn)工業(yè)化，避免腐蝕等。同時找到更高效的協(xié)效阻燃方法。

參考文獻：

[1]Zhong Tang， M. Mercedes Maroto-Valer， John M Andrésen， et al.. Thermal degradation behavior of rigid polyurethane foams prepared with different fire retardant concentrations and blowing agents [J]. Polymer， 2002， 43（24）： 6471-6479.

[2]Zhou Feng，Zhang Tao，Zou Bin，Hu Weizhao，Wang Bibo，Zhan Jing，Ma Chao，Hu Yuan. Synthesis of a novel liquid phosphorus-containing flame retardant for flexible polyurethane foam： Combustion behaviors and thermal properties[J]. Polymer Degradation and Stability，2020，171（C）.

[3]張堯， 陳露， 黃小冬， 等. 阻燃聚氨酯的研究及應用進展 [J]. 塑料助劑， 2020（01）： 1-10.

[4]王紫瀟， 文慶珍， 朱金華. 用于聚氨酯材料的無鹵添加型阻燃劑研究進展 [J]. 聚氨酯工業(yè)， 2015， 30（03）： 31-34.

[5]黃冬雪，饒偉瀚，魏永梅，王濤，田恒水.蓖麻油基聚醚型聚氨酯彈性體的制備與工藝研究[J].現(xiàn)代化工，2020，40（02）：191-195.

作者簡介：

李捍東 張旭，沈陽航空航天大學。