聚氨酯泡沫塑料的阻燃原理

聚氨酯泡沫塑料一般通过添加阻燃剂提高泡沫塑料的阻燃性，以延缓燃烧、阻烟甚至使着火部位自熄。也可采用含阻燃元素的多元醇（即反应型阻燃剂）为泡沫原料。阻燃剂必须具有以下一种或数种功能：能在着火温度或接近着火温度下吸热分解成不可燃物质；能与泡沫燃烧产物反应生成不易燃物质；可分解出能终止泡沫自由基氧化反应的物质。

在聚氨酯泡沫塑料中，含磷阻燃剂主要在凝聚相发挥作用，磷化物可以消耗泡沫塑料燃烧时分解出的可燃气体，使其转化成不易燃烧的炭化物，泡沫体中磷（P）含量达1.5%左右时即可获得较佳的阻燃效果。

含卤素阻燃剂主要在气相中发挥作用，卤素是泡沫塑料燃烧反应的链终止剂，在塑料燃烧时生成卤化氢而抑制燃烧反应。据有关资料，为使泡沫获得较满意的阻燃性能，茂密体中溴（Br）质量分数应达12% -14%，或氯（cl）质量分数达18% ～ 20%。当磷- 卤联用时，由于存在一定的协同效应，故0. 5%P +（4% - 5%）Br 或1%P +（8% - 12%）CI 即可使聚氨酯泡沫具有自熄性。

典型的磷- 氮阻燃体系可有聚磷酸铵和三聚氰胺等组成，在泡沫受热初期，阻燃剂分解产生磷酸等，它与多羟基化合物形成具有阻燃作用的磷酸酯并释放水蒸气：在高温下泡沫中的阻燃剂气化产生不燃性气体，使熔融的泡沫炭化形成疏松的多孔性阻燃层。

氢氧化铝中含有大量的结晶水（质量分数可高达34%），结晶水在泡沫塑料生产过程中很稳定，但在泡沫塑料燃烧温度时将快速分解，吸收燃烧热，并在火源和泡沫间形成不燃性的屏障，从而起到阻燃作用。同时，它也是一种烟气抑制剂。

阻燃型聚氨酯发泡剂就是达到B级阻燃要求的环保无污染的聚氨酯发泡剂。聚氨酯发泡剂专业名称是单组份聚氨酯泡沫填缝剂；俗称发泡胶；一般称呼为：聚氨酯泡沫填缝剂；英文名称：PU FOAM。

阻燃型聚氨酯发泡剂应用：

1、 门窗安装：门窗与墙体之间的填缝密封，固定粘结、外墙的粘接等。

2、隔音消声：语音室、播音室等装修时的缝隙填补，可以起到隔音消声作用等。

3、日常维修：孔洞、缝隙、墙砖、地砖、地板的修补、汽车隔音、隔热、保温、填充等；

4、防水堵漏：自来水管道、下水道等漏洞的修补，堵漏。

5、包装运输：可方便地将贵重易碎商品包裹，省时快捷，抗震耐压。

一、火灾危险性

“聚氨酯”全称为聚氨基甲酸酯，用这种材料做成的泡沫塑料具有优越的绝缘、保温和隔音性能。聚氨酯泡沫塑料，俗名海绵塑料(以下简称聚氨酯泡沫)，是生产、生活中广泛利用的畅销制品。聚氨酯泡沫成品是多孔性的固体，导热性极差，容易造成热量积聚。硬质泡沫塑料的闪点为310℃，自燃温度为416℃，每燃烧1千摩尔泡沫塑料可放出3073.53KJ的热量。未经阻燃处理的成品，氧指数为20左右经阻燃处理的在23～27之间，个别也可达30左右。在200℃时发生热降解，放出CO和醇类等低分子物。

对于软质聚氨酯泡沫，根据火险参数差热分析的测定结果，其初始分解温度为260℃以上，激烈分解温度为280℃，自燃温度在330℃以上，极易造成自燃和分解性燃烧。燃烧后，会分解产生氰化氢、一氧化碳等剧毒性气体，使人吸入后几秒钟就中毒身亡，且燃烧产生大量烟气，降低空间能见度，使人失去逃生能力。

二、火灾特性

聚氨酯泡沫火灾与其他可燃固体火灾相比，存在有不同的独特个性。主要表现在：

1、易产生阴燃

实验证明，某些标准规格的聚氨酯泡沫，即使在单独存放的情况下，也可发生阴燃。软质聚氨酯泡沫在静止空气中，产生阴燃的最高温度不超过400℃，而且阴燃的时间能持续数个小时。硬质聚氨酯泡沫的阴燃只发生在表面上，阴燃的最高温度约500℃左右。

2、燃烧速度极快，火焰温度高

在实验中采用150×50×15mm规格的聚氨酯泡沫试样测定，燃烧速度为1.5～2.0mm/s燃烧中辐射热极强，经测试火焰温度高达2000℃左右，热值为28～23MJ/kg，根据消防部队战斗经验表明，500公斤聚氨酯泡沫堆积引燃后，战斗还未展开、水枪还没出水就全部燃尽了，可见其燃烧的猛烈程度。

分析认为，聚氨酯泡沫燃烧速度快、温度高，主要是因为聚氨酯泡沫在温度作用下，具有急剧分解的特性。分解出的多种小分子可燃气体，当其温度达到燃点，浓度达到燃烧极限时，就会发生爆燃性的全面猛烈燃烧，使燃烧进入“轰燃”状态。

3、烟雾大，毒性强

聚氨酯泡沫燃烧时放出大量的黑色浓烟。这是由于其烟雾中既含有分解产物又含有燃烧产物。而且，聚(文章来源环球聚氨酯网)氨酯泡沫在高温下可同时产生脱氢和凝聚效应。脱氢形成的炭微粒和含氢数量少的化合物微粒与燃烧产物互相混杂高温热解生成的醇、醛等低聚物或小分子物凝聚的液滴也混在烟雾中，因此，烟雾大、成份复杂。

聚氨酯泡沫的燃烧产物很多，主要有CO、CO2、H2O、NO、NO2、NH3和HCN等。其中HCN毒性很大。实验测得，燃烧1g聚氨酯泡沫，可产生0.008gHCN、0.21gCO等，烟雾和毒性给安全疏散和灭火战斗带来了极大的危险和困难，增加了火灾危害。

三、防火对策

1、应把好原料质量关，严格实施操作控制。

应在使用前按照要求标准分析化验，特别是聚醚多元醇的含水量及可燃性低分子成分指标要从严控制。操作中，要严格按照规定的投料配比、顺序、混合时间及聚合温度等工艺条件操作。尤其要把握住甲苯二异腈酸酯和水的配比，以及活性催化剂的添加量，适时调整搅拌型式或转速，保证混添均匀。

2、进行阻燃处理，降低火灾危险性。

采用惰性气体发炮(反应中通入氮气等惰性气体)，既可使反应过程处于安全保护之下，又能达到及时灭火和增加泡沫体的难燃性能。添加阻燃剂也是提高聚氨酯泡沫阻燃性的好方法，主要有反应型和添加型两种：反应型是用含P、N、X(卤素)等多元醇与异腈酸酯反应，直接制得阻燃型聚氨酯泡沫添加型是将阻燃剂(含卤磷酸酯，含卤亚磷酸脂，含卤化合物，含卤氨磷化合物等)直接加入到反应体系之中，使阻燃剂均匀分散于泡沫体之内。除此外，还可向泡沫体添加无机盐类的阴燃抑制剂，以预防堆存中的阴燃。

3、改革工艺，开发难燃型泡沫塑料。

应克服现行生产工艺和设备存在的不完善之处，加强最佳配比、最佳聚合条件、最佳混合方式的研究，改革工艺和设备，使之控制可靠、操作安全简便。

四、结束语

聚氨酯泡沫火灾是多发性火灾，危害大、损失大而且难于扑救。火灾的成因除源于原料、成品的火灾危险性和火灾独特个性之外，认识不足，监督管理不力也是重要因素。因此，应将加强其火灾危险性研究，提高认识、改革工艺、开发阻燃难燃性新型泡沫塑料，并且尽快制定专项消防监督管理规定和办法，使监督有章遵循，管理有据可依。

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