傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯涂料含有較多有機(jī)溶劑，會(huì)對(duì)人類健康和環(huán)境造成危害。另外，雙組分聚氨酯涂料中游離的異氰酸酯基對(duì)皮膚、眼睛和呼吸道有強(qiáng)烈的刺激作用，長(zhǎng)期接觸會(huì)引起呼吸道疾病。因此，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及各國(guó)環(huán)保法規(guī)對(duì) VOC 排放量的限制，水性聚氨酯涂料的研究與開發(fā)應(yīng)用日益受到重視。水性聚氨酯涂料具有許多優(yōu)異的性能，如無毒、無臭味、無污染、柔韌性好、耐化學(xué)品、附著力強(qiáng)、耐磨損、成膜溫度低、可在室溫固化等，因而在木器、汽車、飛機(jī)、皮革、紙張、織物、內(nèi)外墻等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。聚氨酯材料屬于易燃材料，水性聚氨酯涂料在未經(jīng)阻燃處理前，存在引發(fā)火災(zāi)的隱患，因此水性聚氨酯的阻燃研究是目前水性聚氨酯研究的重要方向之一。

1 水性聚氨酯阻燃涂料的分類

      根據(jù)阻燃劑在水性聚氨酯中的存在方式，可將水性聚氨酯阻燃涂料分為共混復(fù)配型和反應(yīng)型兩大類。共混復(fù)配型水性聚氨酯阻燃涂料的特點(diǎn)是阻燃劑以物理方式分散在水性聚氨酯中。共混復(fù)配型阻燃劑一般分為有機(jī)添加型阻燃劑和無機(jī)添加型阻燃劑。有機(jī)添加型阻燃劑有磷酸酯、氯化石蠟等；無機(jī)添加型阻燃劑有氧化銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁、磷酸銨、硼酸鹽等。

      反應(yīng)型水性聚氨酯阻燃涂料的特點(diǎn)是阻燃劑作為反應(yīng)單體參與聚氨酯的合成反應(yīng)，最后成為水性聚氨酯結(jié)構(gòu)單元的一部分，因此具有良好的耐久性，以及阻燃劑在使用過程中不會(huì)析出等優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)型水性聚氨酯阻燃改性根據(jù)阻燃劑所處聚氨酯結(jié)構(gòu)的位置大致可分為軟段阻燃改性和硬段阻燃改性2 種。

      根據(jù)阻燃機(jī)理可將水性聚氨酯阻燃涂料分為膨脹型和非膨脹型 2 種。水性聚氨酯非膨脹型阻燃涂料的作用機(jī)理是涂層本身不燃或難燃，在火焰或高溫下釋放出不燃性氣體，以沖淡空氣和可燃性氣體，并在高溫下形成致密的釉膜層，能有效地隔絕氣體的傳遞，并在一定的時(shí)間內(nèi)有一定的隔熱作用，以防止或延緩基材著火燃燒。水性聚氨酯膨脹型阻燃涂料主要是涂層在火焰或高溫下發(fā)生膨脹碳化，形成一個(gè)比原來層厚大幾十倍甚至上百倍的不易燃的海綿狀碳質(zhì)層，以隔絕外界火焰對(duì)基材的加熱；同時(shí)涂層熔融膨脹過程中產(chǎn)生大量不燃性氣體，稀釋基材熱分解產(chǎn)生的可燃性氣體和空氣，有效阻止火焰的蔓延。

2 水性聚氨酯阻燃涂料的阻燃效應(yīng)

      高聚物燃燒反應(yīng)一般需要滿足可燃物、氧氣及一定溫度三要素，且缺一不可。阻燃劑的作用機(jī)理是在材料燃燒時(shí)破壞其中一種或一種以上要素，使其不能繼續(xù)燃燒。阻燃涂料在遇火或高溫時(shí)，涂料中的阻燃劑和樹脂等組成發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化，如分解、蒸發(fā)、碳化等，其中包含了許多阻燃效應(yīng)。

(1）吸熱效應(yīng)

       有些阻燃劑在加熱過程中，阻燃劑的部分組成會(huì)發(fā)生吸熱脫水、相變、分解以及其他吸熱反應(yīng)，延緩高聚物材料溫度上升，從而減慢高聚物的熱分解速度。

(2）覆蓋效應(yīng)

      阻燃劑各組分相互協(xié)同作用在較高溫度下生成穩(wěn)定的覆蓋層，覆蓋于高聚物材料表面，阻礙氧的供給，同時(shí)可起隔熱作用和降低高聚物分解產(chǎn)生的可燃性氣體釋放量，從而產(chǎn)生阻燃效應(yīng)，如磷酸酯類化合物等。

(3）稀釋效應(yīng)

      阻燃劑在受熱分解時(shí)能夠產(chǎn)生大量的不燃性氣體，有效地稀釋空氣和高聚物材料所產(chǎn)生的可燃性氣體，使其達(dá)不到燃燒的濃度范圍，從而阻止高聚物材料的燃燒，能夠作為稀釋氣體的有 CO2、NH3 和 H2O 等。磷酸銨、碳酸銨等加熱就能產(chǎn)生這些不燃性氣體。

(4）抑制效應(yīng)（捕捉自由基）

      在高聚物燃燒過程中，大量生成的自由基加快氣相燃燒反應(yīng)，如能捕捉并消滅這些自由基，抑制自由基的連鎖反應(yīng)，會(huì)使燃燒速度降低直至火焰熄滅。

(5）增強(qiáng)效應(yīng)（協(xié)同效應(yīng)）

      有些材料，若單獨(dú)使用并無阻燃效果或阻燃效果不明顯，但是當(dāng)與其他材料并用時(shí)，就可起到增強(qiáng)阻燃的效果，三氧化二銻和鹵素化合物并用，就是最為典型的例子。有機(jī)鹵化物放出 HX 或鹵素再與 Sb2O3 作用生成三鹵化銻或鹵化銻酰，這些銻化合物具有阻燃作用，其中產(chǎn)物 SbX3 阻燃作用很大，它能形成一種惰性氣體減少可燃物與助燃性氣體接觸，高溫下?lián)]發(fā)進(jìn)入火焰中分解生成各種銻化物和鹵素游離基，它們改變了火焰的化學(xué)性質(zhì)，消耗了火焰的能量從而起到阻燃作用；另外，在含磷及氮的體系中存在著磷氮協(xié)同效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)不但可以提高阻燃效率，而且可以減少阻燃劑的用量。

(6）轉(zhuǎn)移效應(yīng)

      其作用是改變高聚物材料熱分解的模式，從而抑制可燃性氣體的產(chǎn)生，例如，利用酸或堿使纖維素產(chǎn)生脫水反應(yīng)而分解成為碳和水，因?yàn)椴划a(chǎn)生可燃性氣體，也就不能著火燃燒了。

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