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摘 要

以三聚氰胺与37%的甲醛水溶液经羟甲基化反应制得阻燃剂三羟甲基三聚氰胺（TMM），以分子量为1000的聚醚多元醇和MDI为原料，采用预聚物法合成预聚体，再在预聚体中加入TMM，以TMM为扩链剂和固化剂，在聚氨酯碳链上引入羟基、羟甲基等非离子基团得到阻燃聚氨酯。研究了加入不同含量的TMM对阻燃聚氨酯性能的影响。采用了红外光谱（FTIR）、扫描电镜分析（SEM）、热重分析（TG）、及力学性能等分析测试方法对阻燃聚氨酯的结构和性能进行分析。结果表明在燃烧测试中阻燃聚氨酯随阻燃剂用量加大，熔滴现象越少；阻燃剂含量为4%的聚氨酯被点燃后自熄最快为12 s；而拉伸强度随其用量加大先增加后下降，当阻燃剂含量为5%时，阻燃聚氨酯力学性能最好。

关键字：聚氨酯，阻燃，羟甲基化，硬段阻燃改性

Abstract: With 37% of melamine and formaldehyde solution was prepared by hydroxyl methylation reaction three hydroxymethyl flame retardant melamine (TMM), with the molecular weight of 1000 polyether diverse and MDI as raw material, adopts the prepolymer synthesis polymers, again add TMM in pre polymers, chain extension agent and curing agent for TMM, introduce hydroxyl on the polyurethane chain and hydroxymethyl nonionic groups to get flame retardant polyurethane. The effect of adding different TMM on the performance of flame retardant polyurethane was studied. The structure and properties of flame retardant polyurethane were analyzed by infrared spectroscopy (FTIR), SEM, TG and mechanical properties. The results show that the higher the flame retardant in the combustion test, the less the droplet. The flame retardant content is 4%, and the self-extinguishing of polyurethane is 12 seconds. However, the tensile strength increased first and then decreased. When the content of flame retardant was 5%, the mechanical properties of flame retardant polyurethane were better.

Keywords: Polyurethane, flame retardant, hydroxymethylation, hard flame retardant modification

目 录

1 前言 4

2 实验 5

2.1 主要原料 5

2.2 仪器及设备 5

2.3 三羟甲基三聚氰胺的合成 5

2.4 阻燃聚氨酯的制备 6

2.5 测试与表征方法 6

3 结果与讨论 6

3.1 红外光谱分析 6

3.1.1 TMM和三聚氰胺的红外光谱结构分析 6

3.1.2 预聚体和阻燃聚氨酯的红外光谱结构分析 7

3.2 燃烧性能测试 8

3.3 残炭层扫描电镜分析 9

3.4 力学性能分析 10

3.5 热重分析 11

结 论 12

参 考 文 献 13

致 谢 14

1 前言

聚氨酯被誉为“第五大塑料”是一种高分子材料，在日常生活中应用广泛，可以做成家具涂料、合成木材、复合粘合剂、打印涂层、汽车坐垫等。但是这种材料的缺点在于其阻燃性能差，燃烧速度快，在燃烧时还会放出HCN、CO等有毒气体和烟雾，燃烧过程中产生的熔滴、掉下的可燃物还会加快火势的蔓延，所以阻燃聚氨酯便应运而生。

聚氨酯阻燃的基本原理^[1]：可燃物、氧气、温度是物质发生燃烧的三大要素且缺一不可，即在有氧气和一定的温度共同作用下，聚氨酯燃烧。聚氨酯的燃烧是一个十分复杂的过程，聚氨酯在高温受热时发生热降解，产生小碎片，空气中的氧气作为助燃剂与这些小碎片混合，达到聚氨酯的着火点时小碎片被点燃，聚氨酯发生燃烧。燃烧时产生的热辐射反过来又会作用于未燃烧的聚氨酯，促使聚氨酯发生热降解。

阻燃实质上是通过破坏燃烧过程的某个或多个环节、抑制燃烧过程持续燃烧、减少聚合物被引燃的机会的方式来进行阻燃的。阻燃剂的阻燃机理有气相阻燃机理（通过聚合物在高温燃烧时生成的不燃气体延缓持续燃烧反应）、固相阻燃机理（通过聚合物中的不燃物阻断材料的分解）、阻热交换阻燃机理（阻燃剂分解时带走聚合物燃烧产生的一些热量）。在实际情况下，阻燃体系中的阻燃机理并不只是其中一种，而是多种机理混合在一起相互作用达到阻燃效果。

阻燃剂据其化学性可以分为反应型、添加型和纳米材料型,添加型阻燃剂是将阻燃剂直接加入到聚氨酯中不发生化学反应，而使其具有一定的阻燃效果。磷酸酯类、三聚氰胺及其盐类都属于添加型阻燃剂。由于燃烧反应需要氧气、可燃物、一定的温度这三个必备条件，添加型阻燃剂通过气相阻燃使得聚氨酯在高温燃烧时产生的N₂、NH3等不燃气体稀释了氧气浓度，且这些气体生成后、阻燃剂的分解时带走的大量热量降低了可燃物的温度，起到阻燃的作用。添加非反应型阻燃剂的成本较低且工艺过程简单，但是也有在材料中分散性、相容性不佳，另外还会影响材料本身的性能等问题。

反应型阻燃剂^[2]分软段阻燃改性和硬段阻燃改性两大类，软段改性是以阻燃剂为原料合成出具有阻燃元素的聚醚多元醇或聚酯多元醇，再使其与异氰酸酯反应生成阻燃聚氨酯。贾润萍等^[3]利用三聚氰胺与甲醛羟甲基化得到的多羟甲基三聚氰胺，并借助共起始剂引发与环氧丙烷的开环聚合，合成出了一种成本较低，阻燃性能优良的三聚氰胺基阻燃聚醚多元醇。

硬段改性是将阻燃剂以扩链剂或固化剂引入到阻燃聚氨酯中，使阻燃剂以小分子形式嵌入聚氨酯中。邢亚琳等^[4]用一锅法合成三种反应型含有羟基的磷系阻燃剂，比较用这三种不同的阻燃剂对聚氨酯阻燃效果的影响并改变阻燃剂的用量，发现使用量为5%的PU-DMTO的阻燃聚氨酯UL-94等级可达到V-0级。

本论文通过三聚氰胺与甲醛的羟甲基化反应制得阻燃剂三羟甲基三聚氰胺（TMM），以三羟甲基三聚氰胺为扩链剂和固化剂，在聚氨酯碳链上引入羟基、羟甲基等非离子基团得到阻燃聚氨酯。

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