摘要
硬质聚氨酯泡沫（RPUF）具有质轻，闭孔率高，隔热效果好，施工方便等多个优点，是一种综合性能优异的保温材料。但纯RPUF的极限氧指数（LOI）较低，仅约为17%，具有高易燃性，并且RPUF燃烧迅速，伴随有大量的烟雾和有毒气体释放，极大的危害了人类的生命财产安全，也不符合绿色环保的要求。因而提升RPUF阻燃性能一直是科研工作者密切关注的课题。本文从制备含磷、高效阻燃剂的角度出发，以具有低导热系数的二氧化硅（SiO2）气凝胶作为骨架，选择性接入有机含磷化合物和过渡金属化合物，设计合成了三种不同的杂化SiO2气凝胶，并加入RPUF基体中以提升RPUF复合材料的阻燃、抑烟性能。本论文的主要研究工作如下： 1.为提升RPUF材料的阻燃性和隔热性，将乙酸铜和含磷硅烷偶联剂（APD）分别引入SiO2气凝胶的三维网络结构中，制备了含P/Cu/Si为一体的杂化SiO2气凝胶（m-SA）。锥形量热（CC）测试结果发现，RPUF/m-SA-5的峰值热释放速率（PHRR）和总烟雾释放量（TSP）分别降低至320.2kW/m2和8.9m2。拉曼、热重-红外（TG-FTIR）、扫描电镜（SEM）等测试证明RPUF/m-SA残炭致密性好，石墨化程度高，有效提升了RPUF复合材料的阻燃性能。 2.为了进一步提升RPUF复合材料的阻燃性，选用多巴胺盐酸盐、苯基磷酸（PPOA）、双氰胺（DCD）和六水合氯化铁（FeCl3·6H2O）等对m-SA包覆改性，合成一种绿色高效的阻燃剂DA@(m-SA)。通过热重（TG）测试发现，RPUF复合材料的初始分解温度（T-5%）和T-50%随着DA@(m-SA)的加入而得到提升，并且RPUF/DA@(m-SA)的残炭量最高提升至30.3wt%。CC测试结果显示，RPUF/DA@(m-SA)-15的PHRR和TSP分别降低了45.9%和25.0%。拉曼测试和TG-FTIR测试表明，RPUF/DA@(m-SA)复合材料的残炭规整度高，分解产生的挥发性气体含量减少，阻燃性能得到明显提升。 3.为了进一步优化实验方案，提升RPUF复合材料阻燃性，将合成的含磷化合物DDP和聚磷酸铵（APP）结合，制备了磷杂化SiO2气凝胶（P-SA）。LOI测试表明，RPUF/P-SA-15的LOI值提升至23.1%。锥形量热（CC）测试结果显示，P-SA的加入延长了RPUF复合材料到达最大热释放峰值的时间。通过拉曼、X射线衍射光谱（XPS）等测试证明，RPUF/P-SA复合材料的残炭石墨化程度提升，主要发挥凝聚相阻燃作用，阻燃性能得到提高。
NETL