塑料用防火涂料是一种涂覆在塑料表面起阻燃作用的特种涂料[ 1 ]。塑料的防火阻燃比木材、钢结构等具有更大的难度,因为塑料本身是易燃材料,氧指数(OI)约为17[2]。笔者合成了一种添加膨胀型阻燃剂的聚氨酯防火涂料，膨胀阻燃体系对PU有良好的阻燃作用[3]中国机械网okmao.com。
并且制备的防火涂料具有较高的力学强度，良好的附着力，较低的吸水率和较好的热稳定性，可广泛用于塑料的防火阻燃。
1 实验部分
1.1 主要原料
甲苯二异氰酸酯（TDI），武汉市北化学试剂厂；聚乙二醇，沈阳齐德盛商贸有限公司；二月桂酸二丁基锡，天津市瑞金特化学品有限公司；消泡剂Foamex810，沈阳瑞驰表面技术有限公司；聚磷酸铵，上海旭森非卤消烟阻燃剂有限公司；三聚氰胺，沈阳第一有机化工股份有限公司；偶联剂KH-560，南京旭阳化工有限公司。
1.2 主要仪器与设备
数显恒温水浴锅，HH-4型，常州国华电器厂；热重测试仪，STA449C型，德国耐驰公司；傅里叶红外光谱，FT2000型，美国尼高力公司；拉伸试验，XLD-1KN，承德试验机有限责任公司；漆膜冲击机，QCJ型，南京安铎贸易有限责任公司。
1.3 涂膜的制备
先将一定量的聚乙二醇在高温下脱水， 接着放入一定比例的T D I 和催化剂二月桂酸二丁基锡，降温搅拌，获得预聚体。接着按照顺序依次加入聚磷酸铵，三聚氰胺，消泡剂和偶联剂， 控制温度， 不断搅拌得到涂料将制得的涂料涂在光滑的塑料片上（150mm×6mm×3mm）。置于室温下2天，自然晾干成膜之后，在烘干箱中干燥成膜。配方见表1。
表1 涂料的基础配方
2 结果与讨论
2.1 NCO/OH比值对涂料阻燃性能的影响
由图1 可知， 涂料的氧指数随着NCO/OH比值的增大，呈先上升后缓慢下降的趋势。这是由于TDI和聚乙二醇可以形成互穿网络结构，使体系的稳定性增强。随着比例的增加，这种网络结构就越大；但是当比例超过1.6:1时，体系的NCO基团过量，会与生成的聚氨酯发生副反应，破坏了互穿网络结构，导致了氧指数的下降。
2.2 正交设计实验
表2 水平因素表
2.3 正交实验结果
如表3 ， 通过正交实验的极差分析，涂膜平均氧指数的较优水平按因素的主次顺序分别为：B>A>D>E>C。得出最佳工艺参数为：A3B3C2D2E1，即聚磷酸铵含量为12%，三聚氰胺含量为5%，偶联剂含量为2%，反应温度为80℃，反应时间为40min。
表3 正交实验表
2.4 红外光谱分析
由图2可以看出，-NCO与-OH反应得到的-NH的吸收振动峰在3326cm-1处，2913cm-1的峰值表示C-H吸收振动峰，2279cm-1处的峰值表示-NCO存在，1742 cm-1左右处峰为氨酯键中羰基-C=O的伸缩振动峰，由此看来，-N C O 与- O H 确实发生了反应生成了新的-NHCOO-基团。
2.5 热重分析
由图3 可知， 添加阻燃剂涂料的起始分解温度Ti为267.46℃（未添加阻燃剂涂料为2 3 4 . 5 5 ℃ ） ， 5 0 % 热失重的温度为386.72℃（未添加阻燃剂涂料为356.41℃），热反应终止温度Tf为749.37℃（未添加阻燃剂涂料为6 4 3 . 5 2 ℃ ） ， T i - T f 间的热质量损失率为8 4 . 1 6 5 % （ 未添加阻燃剂涂料为95.542%）。这些数据表明，聚氨酯涂料在添加膨胀型阻燃剂之后的热稳定性大大提高，这是由于聚磷酸铵和三聚氰胺受热后形成碳化层，阻止体系受热进一步分解，提高了阻燃性能。
2.6 聚氨酯防火涂料的主要性能指标
性能指标表见表4。
表4 性能指标表
2.7 氧指数的比较
由表5 可知， 将涂料涂到塑料上时，塑料的氧指数上升到了36s，说明该聚氨酯防火涂料可大幅度提高塑料的防火阻燃作用。
表5 氧指数表
3 结论
（ 1 ） 制备聚氨酯预聚体的单体T D I 和聚乙二醇的最佳配比为N C O /OH=1.6:1，并且-NCO与-OH 确实发生了反应生成了新的-NHCOO-基团。
（2）聚氨酯防火涂料的最佳工艺条件为：聚磷酸铵含量为12%，三聚氰胺含量为5%，偶联剂含量为2%，反应温度为80℃，反应时间为40min。
（3）制备的聚氨酯防火涂料具有较高的力学强度，良好的附着力，较低的吸水率和较好的热稳定性，可大幅度提高塑料的防火阻燃作用。
塑料用聚氨酯防火涂料的研制
郭子清1 周华利2 孙洪梅2 姜胜男2
(1-甘肃省武威市公安消防支队防火监督处，武威 733000)
(2-辽宁工程技术大学材料科学与工程学院，阜新 123000)