曾富容，趙海波，王玉忠*
（四川大學化學學院，環保型高分子材料國家地方聯合工程實驗室，教育部環境與火安全高分子材料協同創新中心，環境友好高 分子材料教育部工程研究中心，成都 610064. E-mail: [email protected]; Tel: 028-85410755）
摘 要 本文針對聚氨酯軟泡（FPUF）用傳統阻燃劑存在的相容性差、力學效能惡化的缺點，設計製備了一種大分子含磷阻燃劑GP，系統研究了GP對聚氨酯軟泡阻燃和力學效能的影響。結果表明，含磷基團的自由基淬滅作用提高了FPUF的阻燃效能。當含磷量為0.56%時，GP0.56-FPUF可實現離火自熄滅，炭層長度小於35.0 mm，滿足Cal T.B. 117測試標準中的燃燒等級要求。表面富含活性基團的GP阻燃劑與FPUF基材間具有增強的交聯網路骨架和優異的介面相容性，GP1.12-FPUF的壓縮強度提高了83.6%，強度回覆率和形變回復率分別大於92%和97%。該研究為實現聚氨酯軟泡的高效阻燃和高力學效能保持提供了一種新的思路。
關鍵詞 含磷阻燃劑；本徵阻燃；軟質聚氨酯泡沫
1 引言
軟質聚氨酯泡沫(Flexible polyurethane foam，FPUF)是用量最大的聚氨酯材料，因其具有密度低、比強度大、回彈性好的優點，被廣泛用作交通工具座椅坐墊、傢俱墊材、隔音防震等材料[1]。然而，FPUF 是富含可燃碳氫鏈段的多孔結構，自身氧指數僅為 14-18%，高度易燃的特性使其極易引發火災，對人民生命財產造成嚴重威脅[2]。因此，設計製備力學效能保持的阻燃FPUF 具有重要的科學意義和實用價值。
2 實驗部分
首先對大分子結構進行含磷修飾，得到磷元素質量含量為 11.2%的含磷大分子阻燃劑 GP， 將其與聚醚多元醇混合，加入異腈酸酯，高速攪拌均勻後倒入模具中，自由發泡得到不同新增量的 GPx-FPUF(x 表示磷元素相比於聚醚多元醇的質量含量)。
3 結果與討論
3.1 GPx-FPUF 的阻燃效能
FPUF 極易燃燒，其極限氧指數僅為 18%，不能透過 Cal T.B. 117 部分對傢俱墊材的燃燒等級要求。如 Fig.1 和 Table 1 所示，隨著 GP 的加入，FPUF 的阻燃效能得到明顯的提升。當磷元素的引入量僅為 0.56wt%時，GP0.56-FPUF 的氧指數為 21.0%，可以離火即熄，炭層長度小於
35.0 mm，透過 Cal T. B. 117 標準的燃燒等級要求，表現出極高的阻燃效率。此外，峰值熱釋放速率隨 GP 的加入降低了 11.0%( Table 2)。
3.2 GPx-FPUF 的力學效能
Fig. 2 和 Table 3 對比分析了 neat FPUF 和 GPx-FPUF 應力-應變行為的差異。隨著 GP 新增量的增加，形成更多的交聯網路骨架，壓縮強度顯著增加，其中 GP1.12-FPUF 的壓縮強度提高了約 84%。進行 50%的壓縮形變，迴圈 10 圈測試後，形變回復率和強度回覆率分別大於 97% 和 92%，表現出極好的力學回彈效能。
4結論
本文設計製備了一種反應型的大分子含磷阻燃劑 GP，解決了傳統 FPUF 阻燃劑效率低、對力學效能破壞大的問題。峰值熱釋放大幅降低，殘炭量顯著增加；當含磷量僅為 0.56wt%時， 可實現離火自熄滅，滿足 Cal T.B. 117 中的燃燒等級要求；壓縮強度提高了 83.6%，強度回覆率和形變回復率分別大於 92%和 97%。該研究為兼顧軟質聚氨酯泡沫的阻燃和力學效能提供了一種新的方法。
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