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  建筑節能是關系到低碳經濟、節能減排、保持經濟可持續發展的重要環節之一。硬質聚氨酯泡沫塑料(Rigid Polyurethane Foam，簡稱RPUF)以其良好的絕熱保溫性能是建筑節能用保溫材料的理想產品，但RPUF極易燃燒，對人們的生命財產安全具有很大潛在危害。火災中RPUF的分解會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，會導致嚴重的火災事故。因此，針對其展開“綠色阻燃、性能兼顧”的阻燃硬質聚氨酯泡沫材料具有重要意義。然而，目前的阻燃硬質聚氨酯泡沫塑料大多基于在發泡過程中添加阻燃劑的方法，對材料的優勢性能例如導熱、力學等均存在不好的影響。

  近日，北京化工大學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。該方法利用有機硅樹脂復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;(b) Si/EG涂敷RPUF樣品的燃燒試驗。(c) Si/EG涂敷RPUF試樣燃燒試驗后的表面炭層。(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。

  使用該種方法阻燃RPUF，不僅能夠達到優異的阻燃性能（氧指數32.3，UL94達到V0等級，峰值熱釋放速率同比降低55%，峰值煙釋放速率同比降低 59%），同時在涂層局部破損的條件下，被點燃的RPUF仍能在短時間內實現自熄（圖2），且在涂層分別經歷高溫（140 ℃）、低溫（-24 ℃）、水浸泡（24 h）和物理摩擦后，RPUF優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的力學性能也得到了進一步提升，固化的有機硅樹脂復配可膨脹石墨對RPUF起到了力學增強的作用（圖三）。

圖3、 (a) RPUF樣品的壓縮強度。(b)Si/EG涂敷RPUF力學增強機理示意圖

  這種表面涂敷阻燃的RPUF具備以下三個優勢：1）阻燃性能同比添加型阻燃劑和反應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。3）阻燃持久性良好，阻燃涂層耐熱、耐冷、耐水和耐摩擦。該方法突破了傳統阻燃RPUF方法的發展瓶頸，極具潛在的市場應用價值。

  相關結果發表在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