磷系阻燃剂在聚氨酯中的应用

聚氨酯材料（PU）具有良好的力学性能，耐磨强度大、抗撕裂性强，已经在实际生活中得到广泛的应用。聚氨酯氧指数较低，其LOI指数只有14%～16%，易燃性限制了PU在某些高阻燃场合的应用。

一、磷系阻燃剂阻燃机理

聚氨酯燃烧过程中磷系阻燃剂在凝聚相和气相共同发挥作用，在聚氨酯中阻燃机理可从温度、可燃物、氧气和自由基的链式反应这四个燃烧要素进行解释。磷系化合物热分解可促使聚氨酯产碳来提高焦炭产率；磷系化合物热分解的过程中产生水分并稀释可燃性气体；磷系化合物热分解成聚偏磷酸，有较强的脱水碳化作用；磷系化合物热分解时会释放活性物质从而抑制聚氨酯的燃烧。

二、磷系阻燃剂分类

磷系阻燃剂按使用方法可分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂；按性质和组成分类可以分为无机阻燃剂和有机阻燃剂，今天重点介绍按使用方法分类的磷系阻燃剂，如表2-1所示。

表2-1磷系阻燃剂的分类及特点

2.1添加型磷系阻燃剂在聚氨酯中的应用

添加型复配磷系阻燃剂利用高混机等机械设备，将阻燃剂与材料进行共混，通过一定的方式进入PU基体内部。添加型的优势是整体成本不高，操作方式简单，在实际应用中操作更快速。缺点主要表现为阻燃剂与基体相容性差，易出现小分子迁移和添加剂团聚等问题，影响了PU基团的活性；也会造成分子量阻燃剂性能不兼容的问题，影响了物质的活性和功能。

阻燃剂的加入，使得材料的强度、弹性模量、相容性和稳定性也会随之降低。为了全面提升阻燃剂与聚氨酯结合能力，保证产品热稳定性，需要对添加剂阻燃剂进行改性。目前主要有两种方式，一是微胶囊化；二是表面改性。

微胶囊化：微胶囊技术相对比较成熟，同时也是一种对比较常用的对阻燃剂改性的方法。微胶囊处理红磷（图2-1）是工业化应用过程中最为典型的技术，全面提升酸源相容性与稳定性，保证了物质的活性。

图2-1 微胶囊化红磷

表面改性：通过表面吸附或发生化学反应对颗粒表面进行包覆，使颗粒表面有机化或改变极性，进一步提高阻燃效果。这种方法一方面可以减少阻燃剂添加量，另一方面能够降低生产成本。

2.2反应型磷系阻燃剂在聚氨酯中的应用

反应阻燃剂分布更加均匀，具有一定的优势，通过反应能够保证阻燃剂与PU的相容性，解决了物质在反应过程中的不相容问题，保证了更高的效率的更长阻燃。缺点是成本费用大，生产过程复杂，在市场中的应用并不普遍。