袁睿

（天津四十二站檢測技術(shù)有限公司，天津，300384）

1 文獻綜述

1.1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，新理念、新技術(shù)的不斷提出與應(yīng)用，化工行業(yè)得到飛速的發(fā)展，高分子材料作為材料領(lǐng)域的后起之秀已應(yīng)用于電子電器、化學(xué)器材、交通運輸、日常用品等國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。預(yù)防和減少高分子材料的易燃性，已成為高分子材料研究的重要課題。目前常用的阻燃技術(shù)分為反應(yīng)型和添加型兩種。添加型是向基體材料添加阻燃劑，通過降低高分子材料的燃燒速率、增加基體材料燃燒后表面殘?zhí)柯实确椒?，來最終達到降低高分子材料易于燃燒的目的。添加型阻燃劑分為有機和無機兩大類，比較常用的無機類阻燃劑有氫氧化物、三氧化銻、氧化銻、紅磷等，有機類阻燃劑的主要組分為有機物，主要的產(chǎn)品有鹵系、磷酸酯、鹵代磷酸酯等。鹵系阻燃劑能使聚合物有良好的力學(xué)性能和阻燃性能，但鹵系阻燃劑的聚合物燃燒后會釋放有毒的物質(zhì)，這些有毒物質(zhì)不僅對人們的身體有害而且污染環(huán)境，所以研發(fā)綠色環(huán)保的阻燃劑成為越來越重要的課題。無機阻燃劑氫氧化鎂具有優(yōu)越的阻燃性能，具有抑煙、熱穩(wěn)定性等性能，逐漸在阻燃劑領(lǐng)域受到人們的廣泛應(yīng)用，但氫氧化鎂也有自己的缺點，如在聚合物中添加量大，阻燃效率低，在材料中不易分散等，解決氫氧化鎂的上述問題成為阻燃劑使用的重要課題[1]。

1.2 聚氨酯的研究進展

聚氨酯是大分子鏈中含有氨基甲酸酯（-NHCOO-）重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物，全稱為聚氨酯甲酸酯，英文全稱為polyurethane，簡稱PU 或PUR。PU 是由多異氰酸酯與聚酯型多元醇或聚醚型多元醇按一定比例反應(yīng)的產(chǎn)物[2]。最早于1937 年由德國公司合成。它不像PP、PE 那樣具有十分清楚的結(jié)構(gòu)，而通常指含有特定基團的一類聚合物。因兩種合成單體的種類及組成不同，可分成線型的熱塑性PU 和交聯(lián)的熱固性PU 兩類[3]。

制備聚氨酯的基本原料主要分為兩大類。第一類是多異氰酸酯及其預(yù)聚物，異氰酸酯單體主要有TDI、MDI、IPDI 等，預(yù)聚物主要有TDI-TMP聚合物。第二類是含有活潑氫的化合物，主要有胺類、醇類、水等。制備聚氨酯的主要工藝方法：a.一步法；b.預(yù)聚體法；c.丙酮法；d.半預(yù)聚體法。

1.3 阻燃聚氨酯的研究進展

1.3.1 阻燃劑的阻燃機理

無機阻燃劑的阻燃機理是降低燃燒所產(chǎn)生的熱量來達到阻燃的目的。無機化合物如氧化銻、氫氧化鋁等可以磨成很細的粉末與組分混合，他們沸點很高，不易著火，燃燒時發(fā)生復(fù)雜的變化[4]。有機阻燃劑的阻燃機理是隨組分不同而不同。在聚氨酯泡沫中，含磷阻燃劑主要在凝聚相發(fā)揮作用，消耗聚合物燃燒時的分解氣體，促進不易燃燒的炭化物生成，阻止氧化反應(yīng)的進行，從而抑制燃燒的進行，屬于催化成炭阻燃技術(shù)。反應(yīng)型阻燃劑的阻燃機理是在泡沫塑料的原料中引入有作用的元素，由于參與化學(xué)反應(yīng)，這些元素被引入聚合物分子骨架上，阻燃作用持久。在異氰酸酯分子引入阻燃性元素，由于改性異氰酸酯的粘度太大，多無實用價值。

氫氧化鎂阻燃機理：溫度、氧氣、可燃物是物質(zhì)燃燒的三個必要條件，聚合物必須降解為低分子才可以成為可燃物。在一定溫度下，氫氧化鎂受熱分解放出氧化鎂和水，同時吸收熱量降低高聚物的溫度，阻止高聚物分解并釋放可燃氣體，同時生成金屬氧化物成為耐火的材料，覆蓋于高聚物表面，起到隔絕空氣，阻止燃燒的目的[5-10]。

膨脹石墨阻燃機理：化學(xué)膨脹阻燃和物理膨脹阻燃都是通過在聚合物表面形成膨脹層而發(fā)揮阻燃作用。膨脹層的形成過程和結(jié)構(gòu)卻有不同，對于化學(xué)膨脹阻燃的膨脹層的形成而言，在加熱條件下，酸源放出無機酸作為脫水劑，使碳源中的多羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，此過程有不燃燒氣體生產(chǎn)，因而形成多孔的膨脹層，而物理膨脹阻燃僅通過物理膨脹形成絕熱層達到阻燃效果[11-16]。

1.3.2 阻燃劑國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年來，我國的阻燃劑產(chǎn)量以15%～20%的增長速率增加，遠遠高于全球的3.5%～4.3%。2015年我國的塑料品生產(chǎn)總量為7560.8 萬噸，按阻燃塑料占塑料制品的20%和阻燃劑使用比例10%計算，2015 年國內(nèi)阻燃劑行業(yè)市場規(guī)模在151 萬噸左右，按同期增長0.95%，2016 年國內(nèi)阻燃劑行業(yè)市場規(guī)模在153 萬噸左右。我國的阻燃劑無論是從品質(zhì)上還是數(shù)量上與發(fā)達國家相比都有較大的差距，所以我國的阻燃制品產(chǎn)業(yè)前景廣闊，大力提高開發(fā)創(chuàng)新能力是阻燃劑產(chǎn)業(yè)向著高效化、低毒化、多功能、環(huán)?；l(fā)展的優(yōu)良途徑。八十年代，阻燃劑在我國蓬勃發(fā)展，已形成穩(wěn)定的產(chǎn)業(yè)，隨著我國合成材料工業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，阻燃劑在航空航天、化學(xué)建材、家具、裝飾、電器等各個領(lǐng)域都廣闊的市場前景。目前我國阻燃劑在這幾年持續(xù)發(fā)展，銷量急劇上升。目前阻燃劑的品種主要以有機阻燃劑為主[17-19]。

目前，國外阻燃材料發(fā)展迅速，其中研制出性能較好的阻燃劑材料的國家有日本、美國和西歐7 國。在日本，阻燃材料從上個世紀50 年代發(fā)展到至今已經(jīng)有70 多年時間，阻燃高分子材料在減少火災(zāi)方面起到至關(guān)重要的作用，對人們的生命財產(chǎn)也起到保護作用。目前全球阻燃塑料制品在全部塑料制品中排第二位。全球十家大型集團所屬化學(xué)公司都對氫氧化鎂阻燃劑做過深入研究，如松下、日立、日本神島化學(xué)等等，并對添加型樹脂阻燃復(fù)合材料研究有一定成就，日本住友電器公司也采用過類似的方法獲得阻燃氫氧化鎂。美國是世界上生產(chǎn)氫氧化鎂品種最多和產(chǎn)量最高的國家，有多達14 種不同用途的氫氧化鎂。而西歐7 國有9 個廠生產(chǎn)氫氧化鎂，在全球市場中占有一定的統(tǒng)治地位。

1.3.3 阻燃性聚氨酯的應(yīng)用

阻燃性聚氨酯材料在交通運輸業(yè)中已得到廣泛運用，出于對防火安全的考慮，相關(guān)部門對運用在交通運輸上的阻燃性聚氨酯有嚴格的要求。另外，阻燃性聚氨酯材料在裝修和飾品中也有重要的運用，在保溫的冷藏箱、冷藏集裝箱和化學(xué)品船等等都有運用。阻燃性聚氨酯材料作為剛需材料在建筑行業(yè)中廣泛使用，目前其在建筑行業(yè)上的使用量已超過全球產(chǎn)量的50%，并且不斷的增加。

1.4 研究內(nèi)容

目前，國內(nèi)外學(xué)者對于氫氧化鎂/膨脹石墨協(xié)同阻燃的應(yīng)用研究較少，且主要針對未改性的氫氧化鎂和膨脹石墨的協(xié)同阻燃應(yīng)用研究，同時對二者協(xié)同阻燃的機理的研究幾乎沒有。雖然膨脹石墨和其他類型的阻燃劑復(fù)配顯示了較好的阻燃效果，但與聚合物的相容性差，使得復(fù)合材料體系的力學(xué)性能有所降低。

本文主要采用不同的表征方法和測試手段，通過對比分析單一的膨脹石墨、單一的氫氧化鎂和復(fù)配后的阻燃效果，研究單一的膨脹石墨、單一的氫氧化鎂、膨脹石墨和氫氧化鎂復(fù)配后對聚氨酯的阻燃性能的影響，阻燃劑量的不同對聚氨酯的影響，得出性能最優(yōu)的聚氨酯阻燃劑。

2 實驗部分

2.1 原料和儀器設(shè)備

2.1.1 實驗原料

本論文所使用的原料如表2.1 所示。

2.1.2 實驗儀器

本論文使用的實驗儀器如表2.2 所示。

表2.2 實驗儀器

2.2 阻燃性聚氨酯的制備

將聚醚多元醇N330 和異氰酸酯MDI 按照2:1的比例混合攪拌均勻后，將混合物倒入250ml 燒杯中，用夾子夾住燒杯固定在鐵架臺上，在燒杯底部架上水浴鍋。在燒杯里放入攪拌槳。設(shè)定水浴鍋的溫度為80℃，并開啟攪拌槳。再向燒杯中加入一定量的阻燃劑，當阻燃劑和燒杯中溶液完全融合后加入催化劑，溫度升到80℃后，繼續(xù)攪拌2h，當溶液開始粘稠時停止攪拌，取出燒杯中的樣品注入模具中，用玻璃片將其展平。在室溫下干燥24h，然后裝到密封袋中保存。

2.3 性能測試

2.3.1 紅外光譜分析

使用美國NICOLET 380型傅里葉變換紅外光譜儀對不同溫度下的涂膜進行表征分析。分辨率為4cm-1，波長范圍為4000～400 cm-1。具體操作如下：將固體樣品在瑪瑙研缽中研細，加入溴化鉀粉末，繼續(xù)研磨直至混合均勻，將制好的材料加到壓片專用的模具上，壓制溴化鉀透明片。對于液體試樣則采用液膜法，即將液體涂在溴化鉀晶體片上進行測試。

2.3.2 TG-DTA 分析

阻燃聚氨酯板的TG-DTA 測試使用DTU-2B型熱重分析儀。升溫速率為10℃/min，升溫區(qū)間為100～400℃。在氮氣氛圍下測試，測試樣品的質(zhì)量在4～6mg 之間。

2.3.3 導(dǎo)熱系數(shù)測定

通過TC3000E 型導(dǎo)熱測定儀測定聚氨酯涂膜的導(dǎo)熱系數(shù)，實驗采樣電壓為1.50V，采樣溫度為400℃。

2.3.4 燃燒值測定

通過HC2100T型燃燒值測定儀測定阻燃聚氨酯的燃燒值，將試樣取成很小規(guī)整的一塊，測出質(zhì)量或體積。根據(jù)下式計算燃燒值。

式中：Q—熱量(J)

q—燃燒值(J/g)

m—質(zhì)量(g)

2.3.5 膠膜拉伸強度和拉斷伸長率測定

根據(jù) GB/T 528-2009 標準，將膠膜制成標準的啞鈴型試樣，然后使用電子拉力機以500mm/min 的速度拉伸，測定其拉伸強度及拉斷伸長率。

3 結(jié)果與討論

3.1 阻燃性聚氨酯的結(jié)構(gòu)表征

3.1.1 紅外光譜分析

紅外光譜通過測定伴隨有偶極矩變化的化合物的化學(xué)鍵振動，來研究阻燃劑的添加對聚氨酯結(jié)構(gòu)的影響，以及聚氨酯合成過程中是否生成預(yù)期的化學(xué)鍵。對添加了膨脹石墨阻燃劑的阻燃性聚氨酯試樣進行的紅外光譜分析，如圖3.1 所示。

在圖3.1中，波數(shù)在3468cm-1的吸收峰對應(yīng)N-H的伸縮振動，在2960cm-1和2930cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH3的C-H不對稱伸縮振動和-CH2的C-H不對稱伸縮振動，2860cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH2的C-H對稱伸縮振動。2360cm-1吸收峰為CO2的特征吸收峰。在1700cm-1的吸收峰對應(yīng)-OH的伸縮振動。在1545cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH3的不對稱彎曲振動，在1452cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH2的變形面內(nèi)搖擺。在波數(shù)1220cm-1的吸收峰對應(yīng)C-O-C的伸縮振動。由此可知聚氨酯聚合初步成功。從圖中可以了解N-H鍵在3468cm-1處伸縮振動。同樣對于醚氧鍵和碳氮鍵及氮氫鍵混合峰在體系里到聚酯體系有很大的變化。在聚氨酯中碳氧鍵和氮氫鍵形成氫鍵的能力小于酯羰基。因為聚醚體系比聚氨體系分離程度大，相區(qū)規(guī)整性高。在聚酯體系中，酯基和N-H基容易形成氫鍵，而氫鍵容易使體系分離。

圖3.2是氫氧化鎂阻燃劑聚氨酯的紅外光譜。在波數(shù)3446cm-1的吸收峰對應(yīng)由N-H鍵的伸縮振動，在波數(shù)2968cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH3的C-H的不對稱伸縮振動，在2924cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH2的C-H的不對稱伸縮振動，在2360cm-1的吸收峰對應(yīng)CO2的特征吸收峰，在波數(shù)1650cm-1的吸收峰對應(yīng)-OH的伸縮振動，在波數(shù)1549cm-1和1507cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH3不對稱彎曲振動，在1455cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH2的變形振動，在1412cm-1的吸收峰對應(yīng)-CH3對稱伸縮振動，在1180cm-1的吸收峰對應(yīng)C-O-C的伸縮振動。同時在3446cm-1的NH-的吸收峰不斷變強，這個過程說明了NCO-基團消失，說明反應(yīng)完全。

3.1.2 TG-DTA分析

膨脹石墨型阻燃聚氨酯的TG-DTA曲線如3.3所示。

從圖3.3中TG曲線可以看出膨脹石墨型阻燃性聚氨酯在110～250℃時熱穩(wěn)定性比較好，基本沒有失重。250℃左右開始有明顯失重，隨著溫度的升高，失重速度加快，直到380℃這一階段的失重基本結(jié)束。失重率約83%。溫度繼續(xù)升高失重率一直維持在83%左右，最后剩下一些殘余雜質(zhì)是石墨，石墨在400℃不能夠燃燒失重。從圖中的DTA曲線可以看出圖中有兩個較弱的吸熱凸起和一個尖銳的吸熱峰。說明前兩個凸起的產(chǎn)生并沒有發(fā)生大的化學(xué)變化，凸起的產(chǎn)生伴隨物質(zhì)的揮發(fā)產(chǎn)生。

結(jié)合TG-DTA曲線分析膨脹石墨型阻燃聚氨酯在此溫度區(qū)間的溫度升高引起的物理化學(xué)變化。在110℃～160℃產(chǎn)生的吸熱凸起，并沒有伴隨相應(yīng)的質(zhì)量損失，說明材料中有些水分，材料沒有完全干燥，少量的水分蒸發(fā)引起了熱量變化，產(chǎn)生了一個微弱的吸熱凸起。第二個較弱的放熱凸起是發(fā)生在250～320℃，在這個溫度區(qū)間已經(jīng)伴隨了相應(yīng)的失重。這是因為膨脹石墨大概在220℃，就會開始膨脹，膨脹的過程需要吸收熱量，在DTA曲線上留下了一個較弱的凸起。而失重是因為聚氨酯在這個溫度不能夠穩(wěn)定存在，一部分分解產(chǎn)生了失重。隨著溫度的升高，聚氨酯熱分解加速，失重速度也隨著加速，在TG曲線上表現(xiàn)出明顯的曲線下降。而膨脹后的石墨也由原來的鱗片狀變成密度很低的蠕蟲狀。兩相之間的轉(zhuǎn)換需要吸收較高的熱量，在DTA曲線上產(chǎn)生了一個尖銳的吸熱峰。

從圖3.3可以看出，膨脹石墨的阻燃機理包括兩個方面，一方面是鱗片狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成密度低的蠕蟲狀結(jié)構(gòu)，這個過程產(chǎn)生的相變吸收熱量，在能量上阻礙了燃燒的繼續(xù)進行。另一方面密度低的蠕蟲結(jié)構(gòu)在材料的表面，形成良好的絕熱層，燃燒產(chǎn)生的熱量難以向內(nèi)部擴散，熱量失去了傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>

氫氧化鎂型阻燃聚氨酯的TG-DTA 曲線如圖3.4 所示。從圖3.4中TG曲線可以看出氫氧化鎂型阻燃型聚氨酯在110℃有一個較小的失重。250℃左右開始有明顯失重，隨著溫度的升高，失重速度加快，直到380℃這一階段的失重基本結(jié)束。失重率約82%。溫度繼續(xù)升高失重率一直維持在82%左右。最后剩下一些殘余物質(zhì)。從圖中的DTA曲線可以看出圖中有兩個吸熱峰，第一個吸熱峰是在100～150℃之間，峰值相對較小。第二個吸熱峰是在250～400℃之間，從250℃左右開始吸熱量隨著溫度的升高增大，在260℃左右達到最大值。氫氧化鎂分解溫度大約在350℃，分解成氧化鎂和水。那么前期吸收的熱量并不是氫氧化鎂分解吸收的熱量，說明是聚氨酯分解吸收的熱量。

結(jié)合TG-DTA曲線，分析氫氧化鎂阻燃劑的阻燃機理。DTA曲線兩個吸收峰都與TG曲線上的失重相呼應(yīng)。第一個吸收峰的產(chǎn)生有兩種可能，一個是水分的揮發(fā)，另一個是含結(jié)晶水的氫氧化鎂分解成氫氧化鎂和水產(chǎn)生。結(jié)合圖3.3，可以看出水的揮發(fā)對DTA的影響并不大，只是讓DTA曲線產(chǎn)生微弱的吸收凸起，而圖3.4中的吸收峰較大。說明吸收峰的產(chǎn)生主要是因為含結(jié)晶水的氫氧化鎂分解吸收熱量造成的。第二個峰是在350℃左右，是氫氧化鎂分解的結(jié)果。TG曲線最后殘余的物質(zhì)是氧化鎂。氧化鎂化學(xué)穩(wěn)定性好，具有良好的耐火性。也可以阻隔燃燒進一步進行。

由此可知，氫氧化鎂阻燃劑的阻燃機理包括兩個方面。一方面是含結(jié)晶水的氫氧化鎂分解成氫氧化鎂和水，帶走熱量，阻礙熱量向內(nèi)部傳遞，另一方面氫氧化鎂受熱分解成氧化鎂和水，吸收大量的熱量，阻礙熱量的進一步擴散。分解的產(chǎn)物氧化鎂繼續(xù)阻隔燃燒的進一步擴散。氫氧化鎂與聚氨酯單體混合，然后再聚合成聚氨酯。這種混合方式使兩者之間混合均勻。氫氧化鎂添加量增加，會增加對聚氨酯的包覆，也起到了阻燃的效果。

結(jié)合圖3.3和圖3.4分析可知，膨脹石墨和氫氧化鎂的阻燃機理不同。膨脹石墨主要是利用相變吸收熱量，轉(zhuǎn)化成密度低相態(tài)覆蓋在聚氨酯表面，阻礙燃燒的進一步進行。氫氧化鎂是通過脫結(jié)晶水和發(fā)生分解反應(yīng)吸收熱量，阻礙熱量傳遞擴散，氧化鎂產(chǎn)物具有阻燃效果。兩者都有各自的優(yōu)勢。為了更好的研究各自的阻燃特性。下面對膨脹石墨、氫氧化鎂及兩者復(fù)配制備阻燃聚氨酯。并對其性能進行研究。

3.2 膨脹石墨型阻燃聚氨酯的性能分析

3.2.1 導(dǎo)熱系數(shù)分析

導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料熱量傳遞速度的一個指標。導(dǎo)熱系數(shù)低說明保溫隔熱效果好。為了研究阻燃劑的添加另對聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)的影響。以30g聚醚多元醇為基準，分別添加0.2、0.4、0.6、0.8、1.0g 的膨脹石墨，制備一系列膨脹石墨型阻燃聚氨酯試樣，對其進行導(dǎo)熱系數(shù)的測定，獲得膨脹石墨添加量對導(dǎo)熱系數(shù)影響的曲線圖，如圖3.5所示。

由圖3.5可以看出，添加膨脹石墨為0.2g時，膨脹石墨型阻燃聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)最小。添加阻燃劑膨脹石墨為1.0g時，膨脹石墨型阻燃聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)最大。且從圖3.5中看出隨著膨脹石墨的添加量增大，聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)也隨著增大。這是因為膨脹石墨的導(dǎo)熱系數(shù)比聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)高，隨著膨脹石墨添加量的增加，阻燃聚氨酯的整體導(dǎo)熱系數(shù)升高，這不利于材料的阻燃和保溫。為了改善阻燃劑的添加對聚氨酯保溫性能的影響，可以通過添加發(fā)泡劑，將材料制成多孔泡沫聚氨酯，改善阻燃聚氨酯的保溫性能。

3.2.2 燃燒值分析

GB/T 8624-2012 規(guī)定了建筑材料的燃燒等級及判定的標準。燃燒值是衡量建筑材料燃燒等級的重要指標。為了研究阻燃聚氨酯的阻燃性能，以30g 聚醚多元醇為基準，將0.2、0.4、0.6、0.8、1.0g 的膨脹石墨分別與聚醚多元醇混合，然后聚合制備膨脹石墨型阻燃聚氨酯，測定其燃燒值，獲得膨脹石墨添加量對燃燒值的影響曲線圖，如圖3.6 所示。

從圖3.6中可以看出，隨著膨脹石墨添加量的增多，燃燒值隨著增大。說明膨脹石墨起到阻燃作用并不是由于本身的不燃起到阻燃的作用。膨脹石墨在燃燒過程中參與了燃燒過程。結(jié)合圖3.3可知，膨脹石墨是通過相變吸收熱量，阻礙熱量向內(nèi)部傳遞，同時生成的新相密度低，覆蓋在材料的表面，起到隔熱的作用。膨脹石墨阻燃的本質(zhì)就是阻礙能量向材料內(nèi)部擴散。在膨脹石墨未燃燒時可以通過上述兩個途徑達到阻燃的目的。也就是說在燃燒前期膨脹石墨可以起到阻燃的作用。為了提高聚氨酯的整體阻燃效果，在受到火災(zāi)等情況下，有效地降低易燃性，應(yīng)該添加一種不燃材料，與膨脹石墨復(fù)合，提高聚氨酯的耐燃性。

3.2.3 膠膜拉伸強度和拉斷伸長率分析

國標GB/T 529-2009 規(guī)定了聚合物拉伸強度和斷裂伸長率的作法。為了研究阻燃聚氨酯的力學(xué)性能，以30g 聚醚多元醇為基準，將0.2、0.4、0.6、0.8、1.0g 的膨脹石墨分別與聚醚多元醇混合，然后聚合制備膨脹石墨型阻燃聚氨酯，測定其拉伸強度及拉斷伸長率，獲得膨脹石墨添加量對力學(xué)性能的影響曲線圖，如圖3.7 所示。

從圖3.7中可以看出，膨脹石墨的加入很大程度降低了聚氨酯材料的力學(xué)性能。隨著膨脹石墨的加入量增加阻燃型聚氨酯的拉伸強度、拉斷伸長率都呈下降趨勢。為了提高阻燃型聚氨酯的力學(xué)性能下一步應(yīng)加入其他阻燃劑與膨脹石墨協(xié)同制備出力學(xué)性能較好的阻燃型氨酯。

3.3 氫氧化鎂型阻燃聚氨酯的性能分析

3.3.1 導(dǎo)熱系數(shù)分析

為了研究氫氧化鎂型阻燃的添加對聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)的影響。以30g 聚醚多元醇為基準，分別添加0.2、0.4、0.6、0.8、1.0g 的膨脹石墨，制備一系列氫氧化鎂型阻燃聚氨酯試樣，對其進行導(dǎo)熱系數(shù)的測定，獲得氫氧化鎂添加量對導(dǎo)熱系數(shù)影響的曲線圖，如圖3.8 所示。

由圖3.8可以看出，氫氧化鎂阻燃劑含量的增加導(dǎo)致氫氧化鎂導(dǎo)熱系數(shù)也隨之增加。這不利于材料的保溫和阻燃。在阻燃劑氫氧化鎂為2g時，阻燃聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)最小，它的熱傳導(dǎo)性能最差，在發(fā)生火災(zāi)時可以起到阻燃和延遲的作用。阻燃劑氫氧化鎂含量的最佳阻燃效果還需要繼續(xù)研究。

3.3.2 燃燒值分析

為了研究阻燃聚氨酯的阻燃性能，以30g 聚醚多元醇為基準，將2、4、6、8、10g 的氫氧化鎂分別與聚醚多元醇和MDI 混合物混合，然后聚合制備氫氧化鎂型阻燃聚氨酯，測定其燃燒值，獲得氫氧化鎂添加量對燃燒值的影響曲線圖，如圖3.9 所示。

從圖3.9中可以看出，隨著氫氧化鎂的添加量增加，前期時燃燒值隨添加量增加而增加，在氫氧化鎂的添加量為4g時燃燒值達到最大值，隨后氫氧化鎂的添加量增加燃燒值越來越小，說明氫氧化鎂有明顯的阻燃效果。氫氧化鎂本身是非常耐燃的材料，聚氨酯與氫氧化鎂復(fù)合使材料的耐燃性也得到提高。

3.3.3 膠膜拉伸強度和拉斷伸長率分析

為了研究阻燃聚氨酯的力學(xué)性能，以30g 聚醚多元醇為基準，將2、4、6、8、10g 的氫氧化鎂分別與聚醚多元醇混合，然后聚合制備氫氧化鎂型阻燃聚氨酯，測定其拉伸強度及斷裂伸長率，獲得氫氧化鎂阻燃劑的添加量對力學(xué)性能的影響曲線圖，如圖3.10 所示。

從圖3.10中可以看出，氫氧化鎂的加入很大程度的降低了聚氨酯材料的力學(xué)性能，隨著氫氧化鎂的加入量增加阻燃型聚氨酯的拉伸強度、拉斷伸長率都呈下降趨勢。但跟膨脹石墨比較，加入氫氧化鎂阻燃劑時力學(xué)性能優(yōu)于膨脹石墨。

3.4 氫氧化鎂/膨脹石墨復(fù)配型阻燃聚氨酯的性能分析

3.4.1 導(dǎo)熱系數(shù)分析

為了研究阻燃劑的添加對聚氨酯導(dǎo)熱系數(shù)的影響，以30g 聚醚多元醇為基準，分別添加0.2、0.4、0.6、0.8、1.0g 的膨脹石墨和2、4、6、8、10g 氫氧化鎂復(fù)配。制備一系列膨脹石墨和氫氧化鎂復(fù)配型阻燃聚氨酯試樣，對其進行導(dǎo)熱系數(shù)的測定，獲得膨脹石墨和氫氧化鎂添加量對導(dǎo)熱系數(shù)影響曲線圖，如圖3.11 所示。

（未完待續(xù)）