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  建筑節(jié)能是關(guān)系到低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排、保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料(Rigid Polyurethane Foam，簡稱RPUF)以其良好的絕熱保溫性能是建筑節(jié)能用保溫材料的理想產(chǎn)品，但RPUF極易燃燒，對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全具有很大潛在危害。火災(zāi)中RPUF的分解會(huì)釋放出大量的有毒氣體，令人窒息的煙霧和難以忍受的高溫，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)事故。因此，針對(duì)其展開“綠色阻燃、性能兼顧”的阻燃硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料具有重要意義。然而，目前的阻燃硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料大多基于在發(fā)泡過程中添加阻燃劑的方法，對(duì)材料的優(yōu)勢性能例如導(dǎo)熱、力學(xué)等均存在不好的影響。

  近日，北京化工大學(xué)火安全材料研究中心張勝教授提出了一種表面涂敷阻燃RPUF的方法。該方法利用有機(jī)硅樹脂復(fù)配可膨脹石墨作為阻燃涂料附著于泡沫材料表層（圖1），涂層固化后的阻燃聚氨酯泡沫材料可直接耐受丁烷火焰10分鐘而不被點(diǎn)燃（圖2）。

圖1、制備涂層阻燃RPUF的示意圖。(a) DDPM的合成路線。(b) DDPM溶液、Si/EG涂料和固化的poly-DDPM的數(shù)碼照片。(c)制備Si/EG涂敷RPUF樣品的示意圖。

圖2、(a) RPUF樣品的燃燒試驗(yàn);(b) Si/EG涂敷RPUF樣品的燃燒試驗(yàn)。(c) Si/EG涂敷RPUF試樣燃燒試驗(yàn)后的表面炭層。(d)燃燒后Si/EG涂敷RPUF樣品的橫截面。(e) Si/EG涂敷RPUF的切角樣品。(f) Si/EG涂敷RPUF切角樣品的燃燒試驗(yàn)。

  使用該種方法阻燃RPUF，不僅能夠達(dá)到優(yōu)異的阻燃性能（氧指數(shù)32.3，UL94達(dá)到V0等級(jí)，峰值熱釋放速率同比降低55%，峰值煙釋放速率同比降低 59%），同時(shí)在涂層局部破損的條件下，被點(diǎn)燃的RPUF仍能在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自熄（圖2），且在涂層分別經(jīng)歷高溫（140 ℃）、低溫（-24 ℃）、水浸泡（24 h）和物理摩擦后，RPUF優(yōu)異的阻燃性能未有明顯變化。

  除了阻燃性能的提升，涂敷阻燃的RPUF的力學(xué)性能也得到了進(jìn)一步提升，固化的有機(jī)硅樹脂復(fù)配可膨脹石墨對(duì)RPUF起到了力學(xué)增強(qiáng)的作用（圖三）。

圖3、 (a) RPUF樣品的壓縮強(qiáng)度。(b)Si/EG涂敷RPUF力學(xué)增強(qiáng)機(jī)理示意圖

  這種表面涂敷阻燃的RPUF具備以下三個(gè)優(yōu)勢：1）阻燃性能同比添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑有較大提升，且不含鹵、磷等元素。2）材料制備加工工藝較為簡單，可操作性強(qiáng)。3）阻燃持久性良好，阻燃涂層耐熱、耐冷、耐水和耐摩擦。該方法突破了傳統(tǒng)阻燃RPUF方法的發(fā)展瓶頸，極具潛在的市場應(yīng)用價(jià)值。

  相關(guān)結(jié)果發(fā)表在Chemical Engineering Journal, DOI: 10.1016/j.cej.2019.123755。文章的第一作者為北京化工大學(xué)火安全材料研究中心王舒衡博士生，通訊作者為北京化工大學(xué)的張勝教授和谷曉昱教授。

  論文鏈接：

  Surface coated rigid polyurethane foam with durable flame retardancy and improved mechanical property,  

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894719331705