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聚氨酯（PU）材料因其良好的綜合性能，廣泛應用于許多領域，其中硬質聚氨酯泡沫（RPUF）具有良好的力學性能，常被用于建筑隔熱材料。 然而，由于高度易燃性，RPUF的應用受到很大限制。
上海同濟大學王國建教授利用納米結構氧化鋅（ZnO），沸石和蒙脫土（MMT）等與傳統磷阻燃劑相結合，制備了阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料（RPUF）。其含磷阻燃劑包括磷酸銨（APP）和甲基膦酸二甲酯（DMMP）。前者主要在凝相中起作用，后者主要在氣相中起作用。
研究結果表明：使用納米結構添加劑（Nanos）可有效降低RPUF的熱釋放速率并可在材料表面形成高保護性的炭層。此外，結果顯示，當不同量的Nanos與APP和DMMP共同使用時，隨著添加量的不同，RPUF表現出不同的燃燒性能。 ZnO和MMT可有效降低RPUF的熱釋放速率，但最大熱釋放速率沒有降低；沸石/DMMP/APP阻燃劑體系的RPUF的熱釋放速率（HRR）可降至為91kW/m 2，與單純使用DMMP / APP阻燃體系的RPUF相比，其PHRR值降低26％，此外，該配方下的RPUF極限氧指數（LOI）可提升至29.5％。
圖1 PU及其復合材料的TGA曲線
通過進一步研究發現納米結構和納米磷阻燃劑之間的相互作用對于復合材料阻燃性能的提升至關重要。研究者首先通過共混的方式將阻燃劑與RPUF按不同配方與配比等制備成復合材料，隨后分別對不同配方的復合材料進行熱性能、燃燒性能評估。
圖2 PU及DMMP/APP/PU復合材料的HRR曲線
TGA測試結果顯示，APP的引入提高了復合材料的初始分解溫度，且其引入可以有效促進聚合物成炭；DMMP的引入可使復合材料的整體分解速率趨于平緩；而將APP與DMMP共同使用可兼具兩者共同優點。CONE測試結果顯示，APP與DMMP共同使用可使HRR值由純PU的207kW/m2降至123kW/m2，表明了復合材料的低可燃性。最后，研究者發現引入ZnO,MMT后，復合材料的HRR,THR,煙釋放量等都有下降，顯示了該阻燃體系的良好功效。
圖3 ZnO和MMT等加入后復合材料的CONE測試曲線
最后，研究者對該體系阻燃機理進行總結：APP主要作用于凝聚相，主要體現在成炭性；DMMP主要體現為氣相機理；而ZnO和MMT作為添加劑可對阻燃性能的提升其進一步促進作用。
內容來源：
《Polymer Degradation and Stability》（Volume 111, January 2015, Pages 142-150）
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141391014004248
原文標題：
Research on highly flame-retardant rigid PU foams by combination of nanostructured additives and phosphorus flame retardants
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