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陶粒輕集料微孔泡沫混凝土保溫
在滿足防火要求和與建筑同壽命要求的前提下，增大圍護結構的熱阻值，減少建筑物與環境的熱交換，是實施建筑節能的有效措施。建筑節能的重點就在于提高建筑物外圍護結構的保溫隔熱性能。但在不同的氣候條件下對建筑物外圍護結構的保溫隔熱要求有較大差別。北方地區主要以保溫為主，南方地區則以隔熱為主，而對于夏熱冬冷地區，夏季需要隔阻白天外圍護結構受到太陽輻射被加熱升溫，向室內傳遞的熱量，夜間還要使圍護結構能快速散熱。冬季則主要是隔阻外圍護結構向室外傳遞熱量。在南方，夏季制冷是建筑用能的主體，冬季采暖用能相對為輔。這一地區節能建筑圍護結構設計重點除應滿足夏季白天良好的隔熱性（衰減值較大，延遲時間長）、夜間散熱快之外，還要求冬季具有良好的保溫性能。
　　  利用陶粒輕集料和微孔泡沫混凝土材料的良好熱工性能和防火性能，制造陶粒輕集料微孔混凝土自保溫墻體材料制品，增大圍護結構的熱阻值和熱惰性指標，以減少建筑物與環境的熱交換，是實施建筑節能的有效措施之一。同時，可實現建筑物墻體保溫與圍護結構一體化和同壽命。為此我們研制開發了性能優良的陶粒輕集料微孔泡沫混凝土自保溫砌塊（以下簡稱陶粒微孔泡沫混凝土砌塊）。本文主要介紹該型砌塊結構特點、材料組成、配合比、性能指標和生產工藝技術及其建筑保溫圍護一體化墻體的構造和作法。
　　  陶粒微孔泡沫混凝土砌塊是采用超輕陶粒（陶粒堆積密度小于400kg/m3）和微孔泡沫混凝土（水、水泥、粉煤灰、專用水泥發泡劑、專用促凝增強劑）經混合攪拌制漿、澆注模具成型、脫模免切割或二次切割定型、自然養護或蒸汽養護而成的實心砌塊制品。其創新點為陶粒微孔泡沫混凝土砌塊采用整體澆注成型，其內外同質，均為陶粒輕集料微孔泡沫混凝土。在陶粒與陶粒之間，充滿了具有細密氣孔的水泥基微孔泡沫體。這些水泥基微孔泡沫體的密度與陶粒相當或比陶粒更低，因此，其砌塊可實現超輕化，承重型砌塊密度不大于1000kg/m3，非承重型砌塊密度不大于600kg/m3。充分集成了兩種材料的優良特性，具有輕質高強、防火抗滲、保溫、耐久性好的特點，是一種集裝飾、保溫、承重（或非承重）功能為一體的新型節能墻體材料。
　　  1 陶粒微孔泡沫混凝土砌塊結構特點及規格
　　  陶粒微孔泡沫混凝土砌塊規格分主砌塊和切割薄板塊兩種。主砌塊主尺寸采用我國中型砌塊的通用規格尺寸（長*寬*厚），有600*300*250；600*300*2000；600*240*120；600*240*250；600*190*200等規格；切割薄板塊有300*250*40、50、60；600*300*70、80、90等規格。
　　切割薄板塊適用于框架梁柱、剪力墻等的模內置或貼砌等熱橋部位的處理。主砌塊用于自保溫墻體砌筑，可采用保溫砌筑砂漿砌筑以提高灰縫處熱工性能，采用普通砌筑砂漿砌筑須用EPS灰縫壓條　
　　 切割薄板塊適用于框架梁柱、剪力墻等的模內置或貼砌等熱橋部位的處理。主砌塊用于自保溫墻體砌筑，可采用保溫砌筑砂漿砌筑以提高灰縫處熱工性能，采用普通砌筑砂漿砌筑須用EPS灰縫壓條。
　　  2 主要原材料及配合比
　　  2.1 原輔材料
　　  2.1.1膠凝材料
　　  陶粒微孔泡沫混凝土砌塊采用澆注模制工藝，所制備的陶粒微孔泡沫混凝土漿料是一種的流態料自密實漿體，一般可采用普通硅酸鹽水泥，但其硬化慢，不能滿足澆注工藝的快速脫模要求。不采用蒸汽養護時，也可采用快硬硫鋁酸鹽水泥，以提高模具周轉速度和微孔泡沫的穩定性及減低收縮性。水泥標號應不小于42.5級。同時該種水泥凝結快、早期強度高，有利微孔的穩定形成。故一般應選用快硬硫鋁酸鹽水泥。但由于該型水泥抗碳化能力較差，表面易起粉，一般要與普通硅酸鹽水泥和礦渣粉復配成快硬型復合水泥使用。　
　　  本試驗采用自主研發的HF早強快硬復合水泥，已獲國家發明（ZL200510096428.1）。其HF-32.5型水泥物理力學性能檢測結果見表1，符合蘭州海鋒建材科技有限公司企標《早強快硬復合水泥》Q/HF01-2006標準指標要求。
　　  2.1.2陶粒輕集料
　　  可選用燒結、燒脹或免燒型粘土陶粒和粉煤灰陶粒。骨料為自然級配，并要求粒形好和級配合理。生產非承重自保溫砌塊時，陶粒堆積密度不大于600kg/m3；若生產承重砌塊，陶粒堆積密度可不大于1200 kg/m3。對于承重型砌塊，陶粒的筒壓強度應不小于10MPa；非承重砌塊，陶粒的筒壓強度應不小于4MPa。吸水率應不大于20%。細輕集料應盡量采用陶砂或其他輕砂，以降低砌塊密度。如無輕砂資源或生產承重砌塊，可以采用河砂。
　　
　　陶粒微孔泡沫混凝土砌塊基體材料組成獨特合理，充分發揮了輕集料混凝土和泡沫混凝土的優良特性，輕質高強，體積穩定，熱工性能好，生產工藝成熟可靠，適于工業化規模生產，制品保溫隔熱，其建筑保溫墻體系統耐火性好，耐久性可與建筑主體同壽命，是可滿足國家第三步（65%）建筑節能目標要求的理想的耐火性保溫墻材產品。

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高回彈聚氨酯泡沫塑料是一種優良的座墊材料，它具有回彈性好、阻燃性好、成本低等優點。但在高回彈泡沫的實際生產過程中，經常遇到泡沫收縮、泡沫中空塌泡、有殘余氣味、表面不好有氣孔、濕熱老化性能差等一系列缺陷。筆者在近年的工作中針對生產中出現的實際問題，進行了一些探索。 1 泡沫收縮     在實際生產中，最常出現且較難解決的問題就是泡沫收縮。造成收縮現象的主要有工裝模具及原材料兩方面的原因，且這兩者是相輔相成的。   1.1 工裝模具方面在模具密封不好的情況下，容易引起漏料，使泡沫體達不到設計的密度，導致泡沫收縮。在收縮的同時，在相應的合模線附近泡沫制品會產生硬邊現象。可以通過提高模具口的密封性，或適當提高模具鎖模力來解決。  

1.2 原材料方面如果發泡過程中氣泡膜壁彈性較大，在氣體大量發生造成體積膨脹時，泡孔也同時脹開而不破裂，則所得氣泡大部分為閉孔，即閉孔率偏高，則當泡沫體冷卻時，氣泡內氣體壓力下降，導致泡沫收縮變形。產生這種閉孔現象，筆者認為主要有4種解決辦法。     （1）可通過調節催化劑用量以控制泡沫孔徑和開孔率。通常胺催化劑主要催化異氰酸酯與水的反應（即發泡反應），三亞乙基二胺或有機錫催化劑主要用于催化異氰酸酯與多元醇的反應（即凝膠反應）。如果促進凝膠的催化劑過量，則泡沫過早凝膠，泡孔壁膜韌性好，不易破裂，形成閉孔。要想控制泡沫孔徑和開孔率，可適當降低凝膠催化劑的用量，以降低分子鏈增長速度，使發氣高峰時氣泡膜壁彈性降低，減少閉孔率。      

（2）閉孔的形成也與聚醚多元醇的聚合度及支化度有關，這是由于在NCO/OH反應中，官能度高的聚醚形成網狀結構較快，即形成的泡孔膜壁彈性較大，增加閉孔率。可降低聚醚的平均官能度來減少泡沫閉孔率。    

（3）泡沫穩定劑的用量偏高，會導致泡孔過于穩定，不開孔，造成收縮。因此生產中泡沫穩定劑的用量要適當。     

（4）當異氰酸酯指數偏高時，可能造成泡沫閉孔現象加重，造成收縮。生產時異氰酸酯指數要控制。

 2 泡沫內部局部中空、塌泡在高回彈聚氨酯泡沫塑料生產過程中產生泡沫內部局部中空、塌泡現象，主要有兩在類原因。              

 2.1 凝膠與發泡反應速率不平衡發泡中，在大量氣體產生的最終階段，氣泡膜壁的粘度較大，但彈性較差，這樣，在氣泡中氣體不斷增加的情況下，無法承受膜壁的拉伸，從而造成氣泡破裂而使氣體逸出，即開孔。如果在氣體大量發生時，泡沫膜壁破裂，泡孔的經絡和骨架沒有足夠的強度去阻止這種破裂，破裂將進一步蔓延，這樣就會使整個泡沫塌泡；如果破裂蔓延到一小部分即行停止，則也將造成泡沫局部中空或開裂。這種情況，如果增加原料中凝膠催化劑或降低發泡催化劑用量，改善凝膠與發泡反應的平衡，就可以在氣體大量發生時，增加氣泡膜壁強度，適當降低氣體發生量，從而減少或改善泡沫發生中空或塌泡現象。此種現象與閉孔收縮現象正好相反，當發泡催化劑不變、凝膠催化劑用量偏低時，容易造成過度開孔而塌泡。

 2.2 泡沫穩定劑用量偏低     有機硅泡沫穩定劑是聚氨酯發泡工藝過程中必不可少的原料之一，它在泡沫體系中能降低各原料成分的表面張力，穩定發泡過程，使泡孔細而均勻。當體系處于低粘度階段時，它使氣孔壁膜能生長到適合開孔的厚度，為最后開孔創造條件。如果泡沫穩定劑用量偏低，則泡沫氣孔穩定性差，過早開孔，造成塌泡或局部中空。         適當的泡沫穩定劑可以協調開孔的時間段，泡孔的開孔是高回彈泡沫發泡工藝中的一個主要過程，否則會閉孔收縮。但開孔必須在發泡反應與凝膠反應基本完成并達到平衡時出現，即在泡沫升至最高點且泡沫強度能支撐自身重量之時，否則便會使泡沫塌泡或中空。 

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海綿就是泡沫密度低于18 kg/m3以下的低密度PU，方法通常是水用量超過4.5份(每100份多元醇)，TDI用量超過55份，泡沫的散熱問題就非常突出，由于泡沫內部的熱量不易散發，在發泡過程中溫度自動升溫超過180℃，會引起泡沫自燃，導致火災危險。

國內外解決辦法有三個，即負壓發泡技術、強制冷卻技術和液態CO2發泡技術。

1

負壓發泡技術通常，泡沫發泡過程中，泡孔要承受大氣壓、泡沫自身重量和發泡時的氣體膨脹力這三種壓力。

P1為大氣壓力，P2為泡孔內部氣體膨脹而使泡孔受到的向外膨脹壓力，G為此泡孔上方的泡沫體重量。在P≥P1+G+P2下，泡沫才能上升。在負壓下，P1是一個變量，P2是受P1影響的變量。

根據我們實驗：一旦在發泡時泡沫料所受的外部壓力減少30%(即低于大氣壓力30%)，泡沫塑料的密度可以降低15%～20%;當泡沫外界壓力減少50%時，泡沫密度能降低25%～30%。一般，在0.1 MPa(1 atm)下，用水量在4.3份(每100份聚醚多元醇)情況下，可制得密度為24 kg/m3左右的塊泡;當外界壓力降為0.05 MPa時，同樣4.3份水可制得密度為16 kg/m3的塊泡。

值得注意的是，必須適當調整泡沫的上升及凝固時間，即延長上升時間、緩遲凝固時間，以保證泡沫在負壓下有充分的發泡機會。對于連續平頂塊狀海綿，“負壓發泡”的設備投資大，中小企業難以承受，但對于“箱式發泡”，其投資成本不會太大。

建議：建一個圓筒型真空房，形似“真空干燥箱”，再添一臺抽氣量大的真空泵，以保證在30 s內達到所需的真空度。

2

強制冷卻技術本技術的特點是保證軟質泡沫塑料體的中心溫度不超過170℃，避免自燃及火災的發生。強制冷卻的目的是在采用高含水量條件下生產出低密度海綿時，保證泡沫體內部溫度不超過臨界溫度170℃。在操作上，這種方法是可行的。只要控制好發泡時間不超過30 min，將大塊泡沫移入強制冷卻室，使泡沫繼續熟化，即可達到目的。

該技術很適合國內大中小企業，投資改造費用少，上馬快，但聚醚生產廠家一定要配合工作，研制出符合高水量低密度PU軟泡專用品種。

3

液態CO2發泡技術液態二氧化碳(LCD)發泡技術，德國拜耳集團公司的亨內基機械公司也相繼開發成功，稱之為“NovaFlex”技術，該技術之所以引起業界興趣，是因為CO2不僅有可替代軟泡中的二氯甲烷(MC)及CFC-11等輔助發泡劑的功能，而且液態CO2的成本只有MC的四分之一，發泡效率卻高3倍多。

國外，生產出泡沫密度約為14 kg/m3的平頂連續泡沫(泡沫寬2.2m、高1.2m)和模塑泡沫等。CarDio法泡沫比以往的Maxfoam泡沫有較柔軟的手感、高度的開孔結構及良好的回彈性。

在軟泡配方方面，高效率表面活性劑的選用，胺類催化劑與錫催化劑的優化組合，是生產商品級CO2發泡PU泡沫的保證。通常，在液態CO2發泡技術中，錫催化劑的用量比MC發泡技術的少。4份液態CO2相當于13份MC所起到的作用，而水量要適當增加一些，以保證泡沫的硬度。

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n: initial; background-size: initial; background-repeat: initial; background-attachment: initial; background-origin: initial; background-clip: initial;">　　1、打開球形閥

　　2、加溫或提高壓力控制有之系數

　　3、清除或更換

　　四：原料溫度無法上升

　　主要原因

　　1、 溫控器故障

　　2、 溫度調整器設定過低

　　排除方法

　　1、 更換或檢修

　　2、 重新設定溫度

　　五：無法灌注

　　主要原因

　　1、 灌注電磁閥動作不良

　　A空氣壓力不足

　　B氣缸不良，損壞

　　2、 灌注嘴堵塞

　　3、 察看A、B料泵是否開啟

　　排除方法

　　1、 檢查空氣使其壓力正常，檢查空氣入口的球形閥是否打開

　　2、 修理或更換

　　3、 清除

　　4、 開啟A、B料泵

　　六：灌注無法停止

　　主要原因

　　1、 灌注電磁閥轉換不良

　　2、 灌注注入按紐開關不良

　　排除方法

　　1、 灌注電磁閥動作不良

　　2、 檢查定時器按紐開關線路發現不良須更換

　　七：混合頭攪拌器無法旋轉

　　主要原因

　　1、 混合頭附件安裝不良

　　2、 混合馬達無法旋轉

　　A電磁開關積熱電閘跳脫

　　B馬達不良

　　C電磁開關損壞

　　3 混合室原料結晶

　　排除方法

　　1、 選擇“ON”

　　2、 更換

　　3、 清除原料結晶

　　4、 重新正確安裝

　　5、 A按下積熱電閘的回復紐再按下啟動開關

　　B修理或更換

　　C把預轉開關紐在ON位置

　　八：溶劑無法清洗

　　主要原因

　　1、 溶劑桶內溶劑不足

　　2、 進入溶劑桶的空氣壓力不足

　　3、 溶劑管道球形閥關閉

　　4、 溶劑管道的電磁閥阻塞

　　排除方法

　　1、 補給

　　2、 檢查空氣壓力，使其壓力正常，檢查空氣入口的球形閥是否打開

　　3、 打開球閥

　　4、 清除

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1、引言

鋼筋混凝土的防護欄是一種道路上的基礎安全設施，有著良好的造型和安全性能，同時對其進行進一步的維護和修補都較為便利，但是，如果設計不合理或者施工過程中不當操作，則會導致裂縫問題。鋼筋混凝土護欄斷縫和假縫的設計，能有效減少整體結構應力和荷載作用下的裂縫。但是，過多的設置不僅影響護欄的整體性，也會影響其安全使用性能。

2、鋼筋混凝土護欄裂縫問題分析

根據裂紋的大小可分為微裂紋和宏觀裂紋，宏觀裂紋一般是指裂紋寬度大于0.05mm，微裂縫是混凝土中常見的裂縫，在一定程度上也可能會發展成宏觀裂縫。根據裂紋深度可分為表面裂紋和穿透裂紋，其中穿透裂縫會造成更多的損壞。根據產生的原因，貫穿裂縫可分為應力開裂和荷載開裂。

2.1 應力裂縫產生原因

鋼筋混凝土防撞護欄的應力裂縫主要是自身應力引起的，導致的裂縫可分為收縮裂縫和溫度裂縫。

1）收縮裂縫形成原因：水化熱高，水泥膨脹或收縮；粗骨

料中成分不穩定或巖石風化；骨料中雜質過多會導致混凝土開裂。當混凝土凝固時，部分水分蒸發，部分水分與水泥顆粒結合，體積減小，混凝土收縮。混凝土的干燥是由表及里的。表面收縮和內部收縮之間有著不同的程度，這種不均勻的收縮會使混凝土表面產生裂縫。混凝土收縮引起的裂縫是混凝土在凝結過程中的收縮變化，類似于溫度的降低。整個混凝土結構的收縮效應相當于冷卻15~20℃。分段混凝土結構的收縮效

應相當于溫度降低10~15℃。

2）溫度裂縫形成原因：當混凝土外部溫度變化時，會產生熱應力。當溫度應力超過混凝土抗拉強度時，會出現裂縫，鋼筋混凝土護欄構件會變長。當應力達到一定值時，混凝土將出現損傷裂縫。養護不當，混凝土溫度會迅速升降，容易出現溫度裂縫，混凝土的不均勻混合會導致離析之類的問題。泵送混凝土時，增加水泥用量可提高水灰比，此外混凝土開裂可能是由澆筑順序不當、施工縫位置不當、混凝土未硬化、缺水等原因造成的。

1.1 荷載裂縫產生的原因

結構在外部荷載力的作用下會引起裂縫。如結構力的轉化（簡支連續）、行車荷載引起的結構震動和偏移導致的裂縫等。

3、鋼筋混凝土防撞護欄的標準化施工

為降低和規避施工操作影響，專門編制和實施護欄標準化施工方案，實現精細化管理，推進標準化施工，提高施工質量，打造品質工程。

標準化施工包括設置施工標準帶、鋼筋安裝、模板安裝、混凝土澆筑、假縫切割及養護。采用護欄鋼筋定位裝置、護欄鋼筋安裝胎架、自行式護欄模板安裝作業臺車、護欄混凝土補料系統、切割定位架、PVC 管護欄滴管養護裝置等設備，結合護欄鋼筋安裝五線法和模板預留搭接工藝等進行護欄施工，有效解決了護欄鋼筋保護層控制、混凝土外觀、線形控制以及微小裂縫等方面的質量通病。

為防止護欄混凝土出現不規則貫通裂縫，人們在施工方面增加了針對措施。

1） 確定拆模時間，通過不同溫度條件，制作護欄混凝土試件并使強度達到 2.5MPa，嚴格控制拆模時間。要保護混凝土免受振動和外部荷載的影響，因梁體及其支座具有很大的彈性， 在混凝土硬化前應避免這種振動。

2） 拆模后立即采用假縫切割機進行假縫切割，防止不規則收縮裂縫的產生。假縫切縫前將假縫定位架固定在護欄上，確保切縫機切縫不偏離，確保切縫深度，假縫切縫間距為3m

（沿模板拼縫位置切割，消除模板拼縫），寬度 3mm，深度 2cm，切割時護欄左右對稱。

3） 護欄養護使用土工布進行整體包裹，采用定型鋼筋使土工布和護欄混凝土密貼，并設置PVC 管鉆孔滴水養護，養護不少于7d。這也是調整混凝土內外溫差的方法。

4） 鋼筋混凝土護欄斷縫設置在橋墩頂非伸縮縫位置，主要是對填縫材料進行更換，由傳統的泡沫板變為聚氨酯材料，不僅解決收縮裂縫問題，還進一步加強護欄的整體性，提升護欄使用的安全性能。如圖1、圖2 所示。

 4、填縫材料特性和施工方法

鋼筋混凝土護欄斷縫的設置，可有效地解決應力裂縫的出現，但如果設置過多，會使其整體性和安全性降低。但是，聚氨酯材料作為填縫膠的使用降低了斷縫對整體結構的影響，也提高了護欄的安全使用性能。

如圖3 所示，聚氨酯密封膠特點：優良的耐磨性、低溫柔軟性，性能可調節范圍較廣，機械強度大，黏結性好，彈性好，具有優良的復原性，可適合動態接縫和變形縫、伸縮縫。耐候性好，耐油性優良，耐生物老化，且價格低廉。單組分聚氨酯密封膠具有高彈性、優良的耐磨性、耐酸堿腐蝕等特點，且在立面打膠不流淌，施工簡單，與混凝土等多種基材黏結良好。施工中人們對護欄斷縫做了2 種處理：一種處理是內部泡沫板，外部聚氨酯密封膠封閉的結構，此方法在江蘇省個別項目已開始使用；另一種是全部采用單組分聚氨酯密封膠填充。

單組分聚氨酯密封膠是一種無溶劑單組分室溫固化密封膠。該密封膠呈膏狀，可擠出或涂抹施工。有抗下垂性，嵌填垂直接縫和頂縫不流淌。固化后的膠層為橡膠狀，有彈性。對金屬、橡膠、木材、水泥構件、陶瓷、玻璃等有黏附性。密封膠是用來填充空隙（孔洞、接頭、接縫等）的材料，兼備黏結和密封2大功能。單組分聚氨酯膠是利用空氣中微量的水蒸氣反應而固化，與基材表面的活性基團反應起到黏結作用。與傳統工藝相比，聚氨酯膠具有3 倍以上的高伸長率和2 倍以上的黏結強度。單組分聚氨酯膠完全固化后無毒，可以用于飲水工程，已經經過權威測試。單組分聚氨酯密封膠有著優良的韌性和拉伸性能，斷裂伸長率達到300%以上。

填縫材料使用單組分聚氨酯密封膠，被黏面必須進行整齊處理（可用手提切割機、砂輪、剛刷等），使涂膠面露出牢固的結構層。接縫表面必須保證完全干燥、清潔、無霜。表面所有灰塵和水泥稀漿必須清刷處理干凈。若護欄斷縫面潮濕，可用噴燈烘干。使用時可使用專用膠槍打膠，不僅省去了混合攪拌

密封膠等煩瑣的工序，隨時可以使用，而且可以通過控制膠槍膠嘴的開口大小，使打出的膠條能夠更好地填充在混凝土縫隙中，節約了施工時間，減少了浪費，且提升了施工質量。

經過施工后的觀察總結，第一種處理方法在使用一段時間后，填縫材料表面出現裂縫脫落，混凝土護欄無貫通裂縫。第二種處理方法斷縫填縫料無明顯變化，混凝土護欄無貫通裂縫，但造價偏高。

5、結語

   鋼筋混凝土防撞護欄在實際應用的過程中有著重要的安全防護作用，施工過程相對簡單，但也有著較高的技術含量，如果不能夠有效處理，則很容易出現裂縫，針對這些裂縫，必須防止貫通裂縫的出現，增加護欄整體美觀和安全使用等性能，用膠密封材料作為混凝土護欄斷縫的填縫材料，作為一種新的斷縫填料，其工藝還需要進一步探索和總結。填縫料的施工方式和材料選擇，也是人們今后探索的方向。

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聚氨酯材料具有耐磨性強、吸震性能優良、機 械加工性能優異等特點，且通過對主原料的選擇及 配方的優化設計，可以制備得到各種性能的聚氨酯 產品 。由于其性能優異，聚氨酯材料被廣泛應用 于服裝鞋帽、建筑外墻、管道、航天航空、家具、 汽車、醫療等領域，但普通聚氨酯材料阻燃性能較 差，隨著其應用領域的不斷擴大，對其阻燃性能的 要求也越來越高，因此改善聚氨酯材料的阻燃性能 是長期以來聚氨酯材料研究的熱門方向。

1 阻燃劑發展概況 

目前，提高聚氨酯材料阻燃性能的主要途徑是 添加含磷、氯、溴及其它阻燃元素的阻燃劑。根據 使用方法的不同，阻燃劑可分為添加型和反應型兩 大類。添加型阻燃劑是可直接添加到塑料里面，且 不和反應物發生物理或者化學反應的阻燃劑，具有 高效阻燃和價格便宜等優點，在工業化生產中得到 廣泛應用。但該類阻燃劑存在阻燃效果不持久、相 容性差和易降低聚氨酯材料性能等缺點。反應型 阻燃劑是指含阻燃元素的多元醇或異氰酸酯，這種 類型材料不存在添加型阻燃所要面對的相容性問 題，使用量也較少，對聚氨酯材料的力學性能影響 較小，還可以根據需要引入相應的官能團或支鏈以 滿足特殊性能要求，是最受歡迎的一類阻燃劑。存在的問題是產品開發難度大。目前對含磷元素、鹵 系元素的異氰酸酯研究較少，由于技術及成本等方 面的原因幾乎沒有工業化的阻燃異氰酸酯產品。市 場上反應型阻燃劑基本上是含羥基的阻燃劑。

2 阻燃機制 

阻燃機制主要有兩種：化學方法和物理方法。化學方法有：①阻燃劑在高溫下分解，分解產物與 聚氨酯制品燃燒時生成的自由基反應，達到自由基 鏈終止，實現阻燃的目的；②使用阻燃劑對高分子 材料進行改性，以降低聚氨酯制品的可燃性。物理 方法有：①阻燃劑在高溫下分解生成不可燃氣體， 降低燃燒體系內的助燃氣體濃度；②阻燃劑在高溫 下發生相變、分解等吸熱過程，使燃燒體系的溫度 降低到著火點以下；③阻燃劑在高溫下分解殘留的 碳化物質附著在聚氨酯制品表面，隔絕空氣，實現 阻燃效果。

3 阻燃聚醚多元醇的研究進展

阻燃聚醚多元醇主要有鹵系阻燃聚醚多元醇、 磷系阻燃聚醚多元醇、芳雜環阻燃聚醚多元醇及復 合型阻燃聚醚多元醇。

3.1 鹵系阻燃聚醚多元醇

鹵系阻燃聚醚多元醇的阻燃效率高、成本低， 在世界范圍內得到廣泛應用。目前市場上已有許多 工業化生產的鹵系阻燃聚醚多元醇，其中鹵素質量 分數一般在 10%~20%之間，最高可達 30%以上 。鹵系阻燃聚醚多元醇以溴系阻燃聚醚多元醇為主，常見的有十溴二苯乙烷、八溴雙酚S醚、乙撐雙四 溴鄰苯二甲酰亞胺、溴化聚苯乙烯等 。

徐娜等以二溴丁烯二醇為起始劑，與環氧氯 丙烷于 120 ℃條件下反應 3 h 生成聚環氧氯丙烷， 再將聚環氧氯丙烷溶于甲苯中，滴加氫氧化鈉水溶 液進行閉環反應，最后在水和甲醇的混合溶劑中于 70 ℃下反應2 h得到含溴、氯元素的阻燃聚醚多元 醇。使用上述聚醚多元醇制備得到的聚氨酯硬質泡 沫塑料具有優異的阻燃性能。 

喬英華利用丙三醇、環氧環己烷和環氧氯丙 烷制備得到環氧環己烷-環氧氯丙烷聚醚多元醇。使用上述合成得到的聚醚多元醇與 3-異氰酸酯基 亞甲基-3,5,5-三甲基環己基異氰酸酯制備得到的 聚氨酯材料具有優異的阻燃性能。

含鹵阻燃聚醚多元醇制備的聚氨酯材料，在燃 燒時會產生大量的煙霧及多種有毒有害氣體，在發 生火災時容易導致人員窒息死亡，致使火災的程度 增加 。目前世界各國政府和國際大公司都在積極 推動限制使用含鹵阻燃劑，乃至完全禁止使用。國 內外研究人員對于含鹵阻燃劑的研究也已經越來越 少，阻燃劑的無鹵化將成為未來的發展趨勢 。

3.2 磷系阻燃聚醚多元醇

磷系阻燃聚醚多元醇一般是指分子中含有磷元 素的聚醚多元醇，具有低煙、無毒等優點，市場上 所見到的磷系阻燃聚醚多元醇種類少、價格高。目 前，具有代表性的合成路線有以下幾種：①利 用酯化反應合成亞磷酸酯類多元醇；②以環氧化物 為主原料，通過加成反應合成磷酸酯和磷酸酯類多 元醇；③采用胺甲基化反應合成磷酸酯類多元醇；④利用艾伯佐夫重排反應合成磷酸酯類多元醇；⑤ 通過麥克爾加成反應合成磷酸酯類多元醇。

李艷等以三羥甲基氧磷和環氧丙烷為主要原 料制備了一種含磷聚醚多元醇，再以該含磷聚醚多 元醇為原料制備了阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料。對該 含磷聚醚多元醇的研究表明：隨著含磷量的增加， 羥值、黏度等均有所增加；用該含磷阻燃聚醚多元 醇制備的聚氨酯硬質泡沫塑料的極限氧指數可達 25.6%，具有優異的阻燃性能。 

昊等利用甲基磷酸二甲酯與多元醇進行酯 交換反應，制備了一種反應型含磷阻燃多元醇，這 種多元醇中磷的質量分數在12%~15%。將合成的含 磷多元醇用于制備阻燃聚氨酯硬質泡沫塑料，研究結果表明：含磷阻燃聚氨酯硬質泡沫的極限氧指數 達25%；在此基礎上添加少量的混合阻燃劑時，其 極限氧指數可以達30%以上，具有優異的阻燃效果。 

王夏春等以磷酸三苯甲酯、甲醛、二乙醇胺 為原料合成起始劑，再以三乙胺為催化劑，與環氧 丙烷聚合成一種新型的含磷酚醛基阻燃聚醚多元 醇。將合成的聚醚多元醇用于制備含磷阻燃聚氨酯 硬質泡沫塑料，發現與普通聚氨酯硬質泡沫塑料相 比，含磷阻燃聚氨酯硬質泡沫塑料的極限氧指數達 25.8%；在此基礎上添加20份的混合阻燃劑時，其 極限氧指數可達32%以上。 

3.3 芳雜環阻燃聚醚多元醇 

芳雜環阻燃聚醚多元醇是在聚醚多元醇分子的 主鏈或側鏈中引入芳香族或雜環等阻燃基團，通常 以烷氧基化的苯胺、苯酚和含鹵芳香族二酚等芳香 族酚類化合物為起始劑引入高耐熱性的苯環阻燃基 團，以三聚氰胺為起始劑引入高氮含量的亞胺基三嗪 環阻燃基團，以三(2-羥乙基)異氰尿酸酯為起始劑引 入具有很高的熱穩定性、水解穩定性和剛性的異氰 脲酸酯環阻燃基團。采用芳雜環阻燃聚醚多元醇生 產的聚氨酯制品具有優異的物理綜合性能和阻燃性。 

徐娜等采用曼尼希堿兩步合成法，利用二乙 醇胺、多聚甲醛和苯酚反應得到曼尼希堿；再與環 氧丙烷于85 ℃下反應1 h制備得到一種芳雜環阻燃 聚醚多元醇。使用上述聚醚多元醇生產的硬質聚氨 酯泡沫塑料具有優異的阻燃性能，在燃燒過程中會 產生碳化物質，隔絕空氣，阻止燃燒的進行。 

劉博等將二乙醇胺、苯酚和雙酚A于80 ℃下 進行反應，再投入環氧丙烷于105 ℃下反應制得阻 燃聚醚多元醇。使用上述聚醚多元醇發泡制備的聚 氨酯硬質泡沫塑料的綜合物理性能和阻燃性能都優 于普通聚醚制品，極限氧指數可達28%。 

賈潤萍等利用三聚氰胺和甲醛按物質的量比 1∶3，于85 ℃下進行羥甲基化反應，再向其中加入催化劑、共起始劑和環氧氯丙烷，恒溫反應24h， 可制得三聚氰胺基結構的阻燃聚醚多元醇。利用上 述聚醚多元醇制備的三聚氰胺本征阻燃聚氨酯硬質 泡沫材料的極限氧指數達24.2%，相比普通聚氨酯 制備的聚氨酯制品有了較大提高。 

3.4 復合型阻燃聚醚多元醇

隨著人們對阻燃性能要求的不斷提高，單一阻 燃元素制備的產品已無法滿足要求。研究人員利用不同類型的阻燃元素可以形成協同阻燃效果的特點 制備了復合型阻燃聚醚多元醇，可同時含有氮、 磷、鎂、硅和鹵素等之中的多種元素，其制備方法 與單一元素的阻燃聚醚多元醇的制備方法類似。 

丁海陽等以二乙醇胺、甲醛和亞磷酸二乙酯 為原料合成了一種含磷、氮元素的新型阻燃二元 醇，其與蔗糖型聚醚多元醇復配制備了復合型阻燃 聚醚多元醇，用于制備阻燃型聚氨酯泡沫。上述新 型阻燃二元醇的質量分數占復合多元醇的40%時， 聚氨酯泡沫材料的極限氧指數達23.1%。新型阻燃 二元醇的加入大幅度提高了聚氨酯泡沫塑料的阻燃 性和耐熱性，降低了熱釋放速率、最大熱釋放速率、總釋放熱和生煙總量。

 王秋英使用三聚氰胺、雙氰胺、聚丙二醇和 亞磷酸二乙酯合成一種三聚氰胺和亞磷酸二酯改性 的氮磷結構型阻燃聚醚多元醇，其具有黏度低、流 動性好以及粒徑小等特點。將其應用于生產慢回彈 聚氨酯泡沫，可使該泡沫具有較好的力學性能以及 優異的阻燃性能。

張立柱等在惰性氣氛下，采用乙二醇胺、甲 醇水溶液和亞磷酸三乙酯為基礎原料，經過混合反 應、減壓蒸餾得到起始劑；再將起始劑、多羥基化 合物、三聚氰酸和堿性催化劑混合，與環氧化合物 在0.4 MPa體系壓力、85~150 ℃下反應，得到氮磷 協同型阻燃聚醚多元醇。使用該聚醚多元醇制備得 到的聚氨酯泡沫具有優異的力學性能和阻燃性。

4 展望 

阻燃聚醚多元醇對聚氨酯材料的力學性能影響 小且阻燃效果好，性能持久，從而得到研究人員的 廣泛關注與研究，其發展潛力十分巨大，市場應用 前景廣闊，但由于開發難度大，目前市場上品種 少、價格高，嚴重制約了其應用。因此開發出合成 工藝簡單、成本低的無鹵化復合型阻燃聚醚多元醇 將是今后發展的一個重要趨勢。

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