北京化工大学张胜教授：表面涂敷处理的耐久阻燃和力学增强的硬质聚氨酯泡沫

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建筑节能是关系到低碳经济、节能减排、保持经济可持续发展的重要环节之一。硬质聚氨酯泡沫塑料(Rigid Polyurethane Foam，简称RPUF)以其良好的绝热保温性能是建筑节能用保温材料的理想产品，但RPUF极易燃烧，对人们的生命财产安全具有很大潜在危害。火灾中RPUF的分解会释放出大量的有毒气体，令人窒息的烟雾和难以忍受的高温，会导致严重的火灾事故。因此，针对其展开“绿色阻燃、性能兼顾”的阻燃硬质聚氨酯泡沫材料具有重要意义。然而，目前的阻燃硬质聚氨酯泡沫塑料大多基于在发泡过程中添加阻燃剂的方法，对材料的优势性能例如导热、力学等均存在不好的影响。

近日，北京化工大学火安全材料研究中心张胜教授提出了一种表面涂敷阻燃RPUF的方法。该方法利用有机硅树脂复配可膨胀石墨作为阻燃涂料附着于泡沫材料表层（图1），涂层固化后的阻燃聚氨酯泡沫材料可直接耐受丁烷火焰10分钟而不被点燃（图2）。

图1、制备涂层阻燃RPUF的示意图。(a) DDPM的合成路线。(b) DDPM溶液、Si/EG涂料和固化的poly-DDPM的数码照片。(c)制备Si/EG涂敷RPUF样品的示意图。

图2、(a) RPUF样品的燃烧试验;(b) Si/EG涂敷RPUF样品的燃烧试验。(c) Si/EG涂敷RPUF试样燃烧试验后的表面炭层。(d)燃烧后Si/EG涂敷RPUF样品的横截面。(e) Si/EG涂敷RPUF的切角样品。(f) Si/EG涂敷RPUF切角样品的燃烧试验。

使用该种方法阻燃RPUF，不仅能够达到优异的阻燃性能（氧指数32.3，UL94达到V0等级，峰值热释放速率同比降低55%，峰值烟释放速率同比降低 59%），同时在涂层局部破损的条件下，被点燃的RPUF仍能在短时间内实现自熄（图2），且在涂层分别经历高温（140 ℃）、低温（-24 ℃）、水浸泡（24 h）和物理摩擦后，RPUF优异的阻燃性能未有明显变化。

除了阻燃性能的提升，涂敷阻燃的RPUF的力学性能也得到了进一步提升，固化的有机硅树脂复配可膨胀石墨对RPUF起到了力学增强的作用（图三）。

图3、 (a) RPUF样品的压缩强度。(b)Si/EG涂敷RPUF力学增强机理示意图

这种表面涂敷阻燃的RPUF具备以下三个优势：1）阻燃性能同比添加型阻燃剂和反应型阻燃剂有较大提升，且不含卤、磷等元素。2）材料制备加工工艺较为简单，可操作性强。3）阻燃持久性良好，阻燃涂层耐热、耐冷、耐水和耐摩擦。该方法突破了传统阻燃RPUF方法的发展瓶颈，极具潜在的市场应用价值。

相关结果发表在Chemical Engineering Journal, DOI: 10.1016/j.cej.2019.123755。文章的第一作者为北京化工大学火安全材料研究中心王舒衡博士生，通讯作者为北京化工大学的张胜教授和谷晓昱教授。

论文链接：

Surface coated rigid polyurethane foam with durable flame retardancy and improved mechanical property,  

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719331705

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