聚氨酯硬泡磷基阻燃与点燃屏障复合防火体系及其性能

Aiming to overcome the current urgent problems of high fire hazard and low halogen-free flame-retardant efficiency of rigid polyurethane foam (RPUF), this project proposes to (1) integrating the condensed phase action of dehydration and char formation and the gas-phase action of radical trapping, and then establishing a synergistic and efficient flame retardant system by combining reactive phosphorus-containing polyols and additive condensed-/gas- phase flame retardant, then revealing the flame-retardant mechanism of multiple synergistic system by investigating the effect of main-chain structure of phosphorus-containing polyols, phosphorous oxidation state, NCO index, foaming process, formula of additive flame retardant, etc. on RPUF properties; (2) On this basis, establishing ignition barrier with double-layer fireproof and exterior waterproof function on the surface of the RPUF by combining intumescent fireproof coating and UV curing flame-retardant coating, then revealing the fireproof, protection, waterproof and smoke suppression mechanism of ignition barrier on flame retardant substrate by investigating the effect of ignition barrier structure, formation and preparation process of intumescent fireproof coating, molecular structure and proportion of UV curing flame-retardant monomers, UV curing process, etc. on properties; (3) Through the above research, revealing the flame retardant, fireproof mechanism and structure-properties relationship of compound fireproof system, and establishing a green, environment friendly, and high-efficiency RPUF compound fireproof system. It can improve the fire safety of RPUF application in building thermal insulation materials significantly, and benefit to further safeguard public security of urban, especially the public security of high-rise buildings.

本项目针对聚氨酯硬泡现有火灾危险性高和无卤阻燃效率低等亟待解决的问题：(1)集成凝聚相脱水成炭和气相自由基捕获机理，构建反应型含磷多元醇与添加型凝聚相/气相阻燃剂相结合的高效协同阻燃体系，通过研究含磷多元醇的主链结构、磷氧化态、异氰酸根指数、发泡工艺、添加型阻燃剂配比等对性能的影响，揭示多重协同体系的阻燃机制；(2)在此基础上，将膨胀型防火涂料与光固化阻燃涂层相结合，在泡沫表面构建具有双层防火、外层耐水的点燃屏障，通过研究点燃屏障构成、膨胀型防火涂料配方与制备工艺、光固化阻燃单体结构、配比、光固化工艺等对性能的影响，揭示点燃屏障对阻燃基材的防火、保护、耐水、抑烟机制；(3)通过上述研究，揭示复合防火体系的阻燃、防火机理与构效关系，构建绿色、环保、高效的聚氨酯硬泡复合防火体系，大幅度提高聚氨酯硬泡在建筑保温材料应用中的火灾安全性，有助于进一步保障城市公共安全，特别是高层建筑公共安全。

国内高层建筑火灾频发，给人民带来了惨重的损失，外墙保温材料的火灾安全性引起来极大的关注。. 本项目针对聚氨酯硬泡现有火灾危险性高和无卤阻燃效率低等亟待解决的问题，通过集成凝聚相脱水成炭和气相自由基捕获机理，构建反应型含磷多元醇与添加型凝聚相/气相阻燃剂相结合的高效协同体系，通过研究含磷多元醇的主链结构、磷氧化态、异氰酸酯指数、泡沫密度、添加型阻燃剂配比等对性能的影响；在此基础上，将水性膨胀型防火涂料在泡沫表面构建点燃屏障，并引入二维层状材料，研究了点燃屏障构成、配比、层状材料种类等对聚氨酯硬泡阻燃基材的影响。. 研究表明，加入膦酸酯多元醇改性能显著提高聚氨酯硬泡的极限氧指数，达到24％。但添加量增加到40％以后，氧指数也不再进一步增加。在使用反应型含磷阻燃剂的同时，添加DMMP可以显著提高聚氨酯泡沫阻燃性，LOI达到29.5％，但容易引起聚氨酯硬泡发生收缩。单独添加15%的DMMP会使PIR-PUR试样LOI提高到31%，但会产生显著的“花瓣状”收缩，而通过气凝胶吸附DMMP后制备出复合阻燃剂在15%的添加量下，可以保持LOI在30%，而显著的降低试样的收缩变形。NCO指数的提高可以有效地提高聚氨酯硬泡的阻燃性，特别是在阻燃剂APP或EG改性的RPUF体系中提升更加明显。增加密度有利于聚氨酯硬泡的阻燃性能提升，特别是在可膨胀石墨存在的情况下增效更明显。在PIR泡沫表面构建防火涂料能够延缓泡沫的点燃时间、显著降低热释放速率峰值和总热释放量，显著降低了泡沫的火灾危险性。. 本项目的研究结果对提高聚氨酯硬泡建筑外墙保温材料的综合性能，特别是防火性能具有一定的指导作用，为提高聚氨酯硬泡阻燃性提供了可行性较大的新思路，有利于聚氨酯硬泡建筑外墙保温材料的推广应用。