摘 要

PU材料各方面性能优异，可根据相应的应用需求灵活设计合成体系，种类繁多，应用十分广泛。PU泡沫塑料是PU材料中最主要的品种，因低密度高强度等特性备受推崇，但其发泡助剂大多对环境污染较大，水作为发泡剂廉价易得无污染，研究一套针对新型异氰酸酯材料的全水发泡体系意义重大。此外，由于PU泡沫分子链中含有可燃碳氢元素，结构疏松多孔，导致阻燃性能较差，工业发展受限。因此PU泡沫的阻燃性成为了其发展应用的关键，研究发现，甲基膦酸二甲酯（DMMP）含磷量高，阻燃效率高，少量添加对基体材料力学性能影响小。本文就上述问题展开了以下研究：

（1）利用水作为发泡剂制备PU泡沫，通过对其进行密度、压缩性能、红外光谱的一系列测试，测得产物为聚氨酯且含有大量脲键，综合来看，当水的加入量为2.5份时，PU泡沫密度适中，压缩性能较好。

（2）用DMMP对PU泡沫进行阻燃改性，通过对改性后的PU泡沫进行密度、压缩性能、红外光谱、极限氧指数、垂直燃烧等测试，结果显示，DMMP的添加对于PU泡沫性能有显著影响，综合所测数据，当DMMP加入量为9份时，PU泡沫力学性能优秀，密度适中，阻燃性良好。

关键词：聚氨酯泡沫；水发泡；DMMP；阻燃改性

Abstract

PU material in all aspects of excellent performance, according to the corresponding application needs flexible design synthesis system, a wide range of applications is very extensive. PU foam plastic PU material is the most important varieties, due to low density and high strength and other characteristics of highly respected, but most of its foam additives on environmental pollution, water as a simple blowing agent easy to pollution-free, It is of great significance for the whole water foaming system of the new isocyanate material. In addition, due to the PU foam molecular chain contains combustible hydrocarbons, loose structure porous, resulting in poor flame retardant properties, industrial development is limited. Therefore, the flame retardancy of PU foam has become the key to its development and application. It is found that methyl phenyl phosphonate (DMMP) has high phosphorus content, high flame retardancy and little effect on the mechanical properties of matrix materials. This article has carried out the following research on the above problems:

(1) the use of water as a blowing agent to prepare PU foam, through its density, compression properties, infrared spectroscopy of a series of tests, the product is measured polyurethane and contains a large number of urea bond, the comprehensive view, when the water is 2.5, PU foam density is moderate, better compression performance.

(2) The flame retardancy of PU foam was modified by DMMP.Through the density, compression performance, infrared spectroscopy, limiting oxygen index, vertical combustion test，The results shows that the PU performance after the modified DMMP is better. There is a significant impact, the measured data, when the amount of DMMP into 9 copies, PU foam mechanical properties of excellent, moderate density, good flame retardant.

Key Words ：Polyurethane foam; Water foaming; DMMP; Flame retardant modification

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2聚氨酯工业的发展概况 1

1.3 PU发泡技术的发展 2

1.4 PU材料应用现状 3

1.5 PU泡沫阻燃研究进展 3

1.5.1阻燃机理 3

1.5.2添加型阻燃剂 4

1.5.3反应型阻燃剂 5

1.6本课题研究目的与意义 6

1.7 本课题的研究内容 7

第2章 全水PU泡沫的制备及其性能研究 8

2.1引言 8

2.2 实验部分 8

2.2.1基本化学反应及泡沫形成过程 8

2.2.2 PU泡沫体的形成过程 10

2.2.3 PU泡沫的制备方法 10

2.2.4 实验原料 11

2.2.5 实验仪器及设备 11

2.3 样品的制备 11

2.4 性能测试和表征 12

2.4.1 密度测试 12

2.4.2 压缩性能测试 12

2.4.3 傅里叶红外光谱分析 13

2.5 结果与讨论 13

2.5.1全水发泡PU泡沫密度的分析 13

2.5.2 全水发泡PU泡沫压缩强度的分析 14

2.5.3全水发泡PU泡沫的红外光谱分析 16

第3章 甲基膦酸二甲酯对PU泡沫的阻燃改性 17

3.1 引言 17

3.2 实验部分 17

3.2.1 甲基膦酸二甲酯的阻燃机理 17

3.2.2 实验仪器及设备 18

3.3 阻燃PU泡沫的制备 19

3.4 性能测试和表征 19

3.4.1密度测试 19

3.4.2 压缩性能测试 19

3.4.3极限氧指数（LOI）测定 19

3.4.4 扫描电子显微镜（SEM）测试 20

3.4.5 热重（TG）测试 20

3.4.6 垂直燃烧性能测试 20

3.5 结果与讨论 21

3.5.1 不同DMMP添加量与PU泡沫密度的关系 21

3.5.3 不同DMMP添加量与PU泡沫极限氧指数（LOI）的关系 22

3.5.4 不同DMMP添加量与PU泡沫微观结构的关系 23

3.5.5 不同DMMP添加量与PU泡沫热稳定性的关系 26

3.5.6 不同DMMP添加量与PU泡沫垂直燃烧性能的关系 27

第4章 结论 29

致 谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1引言

聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，英文缩写PU，是一类分子中含有大量氨基甲酸酯重复基团的聚合物^[1]。自1930年德国著名科学家Bayer发明PU以来，凭借其多变的配方、优越的产品性能、丰富的表现形式，在多个行业领域有着重要应用^[2]。随着对PU研究的不断深入，PU工业日趋成熟，已成为全球六大合成材料之一。PU具有优良的力学性能与出众的耐水、耐化学性，并且可以通过调整合成聚氨酯原料的种类、化学结构、规格指标和配方比例等制造出具有各种不同性能的制品^[3]，因此PU产品种类繁多，在日常生活和工业领域中具有十分广泛的应用。PU泡沫是通过异氰酸酯跟多元醇发生聚合产生的具有氨基甲酸酯重复结构的聚合物，并在发泡剂的作用下形成的塑料泡沫材料^[4]。目前PU泡沫塑料产品约占所有PU制品70%上下，且产量仍保持高速增长。

近年来，PU在我国进入了一个飞速发展期，用于PU制备相关的原料、工艺、配方等不断革新，衍生出了各类聚氨酯相关的系列产品。

1.2聚氨酯工业的发展概况

聚氨酯的起源是从其原料异氰酸酯被合成开始的。早在1849年底，德国化学家Wurtz合成了烷基异氰酸酯，它是第一种由烷基硫酸盐和硫氰酸钾取代反应的合成的有机异氰酸酯化合物^[5]。