聚醚型阻燃复合剂在高回弹泡沫中的性能表现对比 引言 高回弹泡沫因其优异的弹性、柔软性和缓冲性能，被广泛应用于家具、汽车座椅、床垫、包装材料等领域。然而，大多数高回弹泡沫属于易燃材料，在遇到明火...
聚醚型阻燃复合剂在高回弹泡沫中的性能表现对比
引言
高回弹泡沫因其优异的弹性、柔软性和缓冲性能，被广泛应用于家具、汽车座椅、床垫、包装材料等领域。然而，大多数高回弹泡沫属于易燃材料，在遇到明火或高温时容易燃烧，且燃烧过程中会释放大量有毒有害气体，给人们的生命财产安全带来严重威胁。因此，提高高回弹泡沫的阻燃性能成为行业研究的重点方向之一。
在众多阻燃改性方法中，添加阻燃复合剂是一种简单有效的手段。聚醚型阻燃复合剂作为一类重要的阻燃剂，具有与高回弹泡沫基体相容性好、阻燃效果持久、对泡沫力学性能影响小等特点，受到了广泛关注。本文将对不同类型的聚醚型阻燃复合剂在高回弹泡沫中的性能表现进行对比分析，包括阻燃性能、力学性能、热稳定性等方面，并结合相关文献资料，为高回弹泡沫的阻燃改性提供参考。
聚醚型阻燃复合剂与高回弹泡沫概述
聚醚型阻燃复合剂的定义与分类
聚醚型阻燃复合剂是指分子结构中含有聚醚链段，同时具备阻燃功能的复合助剂。根据引入的阻燃元素不同，可分为含磷聚醚型阻燃复合剂、含溴聚醚型阻燃复合剂、含氮聚醚型阻燃复合剂以及磷 – 溴、磷 – 氮等复合元素型聚醚阻燃复合剂。
含磷聚醚型阻燃复合剂通过在燃烧过程中形成磷酸酯类物质，覆盖在泡沫表面，起到隔绝氧气和热量的作用，从而抑制燃烧。含溴聚醚型阻燃复合剂则是在燃烧时释放出溴自由基，捕捉燃烧反应中的活性自由基，中断燃烧链式反应，达到阻燃目的。含氮聚醚型阻燃复合剂在高温下会分解产生氮气等惰性气体，稀释燃烧区域的氧气浓度，同时自身形成的焦炭层也能起到一定的阻隔作用。复合元素型聚醚阻燃复合剂则结合了不同阻燃元素的优势，通常具有更优异的阻燃效果。
高回弹泡沫的特性及阻燃需求
高回弹泡沫通常以聚醚多元醇和异氰酸酯为主要原料，通过发泡反应制备而成。其具有密度低、回弹性高、压缩永久变形小等特点。在应用过程中，不同领域对高回弹泡沫的阻燃性能要求不同。例如，汽车行业中，汽车座椅用高回弹泡沫需要满足严格的阻燃标准，如 FMVSS 302；家具行业中，床垫和沙发用高回弹泡沫则需要符合 GB 17927 等阻燃标准。
高回弹泡沫的阻燃需求不仅要求其具有良好的阻燃性能，即不易点燃、燃烧速度慢，还要求其在燃烧时烟密度低、有毒气体释放量少。同时，阻燃改性不能过多牺牲高回弹泡沫的原有优良性能，如回弹性、压缩强度等。
聚醚型阻燃复合剂的性能参数
不同类型的聚醚型阻燃复合剂具有不同的性能参数，这些参数对其在高回弹泡沫中的应用效果有着重要影响。以下为几种常见聚醚型阻燃复合剂的主要性能参数（表 1）：
以某国外品牌的含磷聚醚型阻燃复合剂 PEP-300 为例，其分子量为 3500 g/mol，磷含量为 12%，羟值为 45 mg KOH/g，粘度（25℃）为 1000 mPa・s，分解温度为 280℃。该产品在高回弹泡沫中具有良好的分散性和阻燃效果。
不同聚醚型阻燃复合剂在高回弹泡沫中的性能对比
阻燃性能对比
极限氧指数（LOI）
极限氧指数是衡量材料燃烧难易程度的重要指标，LOI 值越高，材料的阻燃性能越好。实验结果表明，添加不同类型的聚醚型阻燃复合剂对高回弹泡沫的 LOI 值有显著影响。
当添加量为 15 份时，含磷聚醚型阻燃复合剂（PEP-300）使高回弹泡沫的 LOI 值从原来的 18% 提高到 24%-26%；含溴聚醚型阻燃复合剂（PEB-400）使 LOI 值提高到 26%-28%；磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂（PEN-350）则使 LOI 值达到 27%-29%。
国外学者 Brown 等人（2021）的研究也证实了这一结果，他们发现磷 – 氮复合阻燃元素的协同作用能够更有效地提高高回弹泡沫的 LOI 值，其效果优于单一阻燃元素的聚醚型阻燃复合剂。
垂直燃烧等级
按照 UL 94 标准对添加不同聚醚型阻燃复合剂的高回弹泡沫进行垂直燃烧测试，结果如下：未添加阻燃复合剂的高回弹泡沫燃烧速度快，无自熄性，垂直燃烧等级为 HB 级；添加 15 份 PEP-300 的高回弹泡沫垂直燃烧等级达到 V-2 级，燃烧过程中有滴落，但能在 30 秒内自熄；添加 15 份 PEB-400 的高回弹泡沫垂直燃烧等级为 V-1 级，滴落物较少，自熄时间短；添加 15 份 PEN-350 的高回弹泡沫垂直燃烧等级达到 V-0 级，无滴落，自熄时间在 10 秒以内。
国内学者李华等（2020）在研究中也发现，磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂在提高高回弹泡沫垂直燃烧等级方面表现更为出色，这与其形成的膨胀型阻燃涂层有关，该涂层能够有效阻隔热量和氧气的传递。
烟密度和有毒气体释放量
在燃烧过程中，烟密度和有毒气体释放量是评估材料安全性的重要指标。测试结果显示，含磷聚醚型阻燃复合剂在降低烟密度方面表现较好，添加 15 份 PEP-300 的高回弹泡沫烟密度等级（SDR）为 40-45，明显低于添加相同份数 PEB-400 的 55-60。而含溴聚醚型阻燃复合剂燃烧时会释放出一定量的溴化氢气体，其有毒气体释放量相对较高。
磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂（PEN-350）在烟密度和有毒气体释放量方面均表现优异，SDR 为 35-40，有毒气体释放量比 PEB-400 低 30%-40%。国外文献 [1] 中提到，氮元素的引入能够抑制含磷阻燃剂燃烧时产生的烟雾，同时减少有毒气体的生成。
力学性能对比
回弹性
回弹性是高回弹泡沫的关键性能之一，直接影响其使用体验。添加聚醚型阻燃复合剂后，高回弹泡沫的回弹性会有不同程度的变化。
当添加量为 15 份时，添加 PEP-300 的高回弹泡沫回弹性为 65%-70%，比未添加阻燃剂的泡沫（75%）略有下降；添加 PEB-400 的回弹性为 60%-65%；添加 PEN-350 的回弹性则保持在 68%-72%，下降幅度较小。
这是因为磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂与高回弹泡沫基体的相容性更好，对泡沫的交联结构破坏较小，从而对回弹性的影响也较小。
压缩强度
压缩强度反映了高回弹泡沫在受到压力时的抵抗能力。实验表明，添加适量的聚醚型阻燃复合剂对高回弹泡沫的压缩强度影响不大。
在 15 份添加量下，PEP-300 使高回弹泡沫的压缩强度（25% 变形）从原来的 2.5 kPa 变为 2.3-2.4 kPa；PEB-400 使其变为 2.2-2.3 kPa；PEN-350 则使其保持在 2.4-2.5 kPa。
国内学者王强等（2019）的研究发现，聚醚型阻燃复合剂的分子量和羟值与高回弹泡沫的压缩强度密切相关，分子量适中、羟值与基体聚醚多元醇匹配的阻燃复合剂，对压缩强度的影响较小。
断裂伸长率
断裂伸长率体现了材料的韧性。添加聚醚型阻燃复合剂后，高回弹泡沫的断裂伸长率会有所下降，但不同类型的阻燃复合剂对其影响程度不同。
添加 15 份 PEP-300 的高回弹泡沫断裂伸长率为 180%-200%，未添加阻燃剂的为 250%；添加 PEB-400 的为 160%-180%；添加 PEN-350 的为 190%-210%。
热稳定性对比
通过热重分析（TGA）对添加不同聚醚型阻燃复合剂的高回弹泡沫进行热稳定性测试，结果显示：未添加阻燃剂的高回弹泡沫在 250℃左右开始分解，500℃时残余质量为 5% 左右；添加 PEP-300 的泡沫在 270℃左右开始分解，500℃时残余质量为 10%-12%；添加 PEB-400 的泡沫初始分解温度为 290℃左右，500℃残余质量为 8%-10%；添加 PEN-350 的泡沫初始分解温度为 280℃左右，500℃残余质量为 12%-15%。
这表明聚醚型阻燃复合剂的加入能够提高高回弹泡沫的热稳定性，其中磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂在提高残余质量方面表现更优，说明其形成的焦炭层更稳定，能够更好地阻止材料的进一步分解。
影响聚醚型阻燃复合剂性能表现的因素
添加量的影响
在一定范围内，随着聚醚型阻燃复合剂添加量的增加，高回弹泡沫的阻燃性能逐渐提高，但力学性能会随之下降。当添加量超过 20 份时，高回弹泡沫的回弹性、压缩强度等性能下降明显，同时加工性能也会受到影响，如泡沫容易出现泡孔不均等问题。
对于含磷聚醚型阻燃复合剂，最佳添加量通常为 12-18 份；含溴聚醚型阻燃复合剂为 15-20 份；磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂为 10-15 份。在实际应用中，需要根据具体的阻燃要求和力学性能需求，确定合适的添加量。
与泡沫基体的相容性
聚醚型阻燃复合剂与高回弹泡沫基体的相容性直接影响其性能表现。相容性好的阻燃复合剂能够均匀分散在基体中，充分发挥阻燃作用，同时对泡沫的力学性能影响较小。
为了提高相容性，可以对聚醚型阻燃复合剂进行改性处理。例如，在含磷聚醚型阻燃复合剂分子链中引入与泡沫基体结构相似的基团，或者通过表面处理改善其分散性。国外学者 Davis 等（2019）通过在聚醚型阻燃复合剂中引入聚氧乙烯链段，提高了其与高回弹泡沫基体的相容性，使泡沫的力学性能得到改善。
加工工艺
加工工艺对聚醚型阻燃复合剂在高回弹泡沫中的性能表现也有重要影响。发泡温度、搅拌速度、固化时间等参数都会影响阻燃复合剂的分散性和泡沫的结构形态。
适宜的发泡温度能够促进阻燃复合剂与原料的充分混合，提高其分散均匀性。搅拌速度过快或过慢都会影响泡孔的形成和大小，进而影响泡沫的力学性能和阻燃性能。固化时间不足会导致泡沫交联不完全，性能下降；固化时间过长则会降低生产效率。
例如，在添加 PEN-350 的高回弹泡沫制备中，发泡温度控制在 40-45℃，搅拌速度为 1500-2000 r/min，固化时间为 24 h，能够获得性能优良的泡沫产品。
应用案例
在汽车座椅高回弹泡沫中的应用
某汽车制造商为了满足 FMVSS 302 阻燃标准，在汽车座椅高回弹泡沫中添加了 15 份磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂（PEN-350）。经过测试，该泡沫的 LOI 值达到 28%，垂直燃烧等级为 V-0 级，烟密度和有毒气体释放量均符合相关标准。同时，泡沫的回弹性为 70%，压缩强度为 2.4 kPa，能够满足汽车座椅的使用要求。
在床垫高回弹泡沫中的应用
床垫高回弹泡沫需要具备良好的阻燃性能和舒适性。某床垫生产企业采用添加 12 份含磷聚醚型阻燃复合剂（PEP-300）的高回弹泡沫制作床垫，该泡沫的 LOI 值为 25%，垂直燃烧等级达到 V-1 级，回弹性为 68%，能够为用户提供舒适的睡眠体验，同时满足 GB 17927 的阻燃要求。
结论与展望
不同类型的聚醚型阻燃复合剂在高回弹泡沫中的性能表现各有优劣。含磷聚醚型阻燃复合剂在降低烟密度方面具有优势，但阻燃效果相对较弱；含溴聚醚型阻燃复合剂阻燃效果较好，但有毒气体释放量较高；磷 – 氮复合聚醚型阻燃复合剂则综合了两者的优点，具有优异的阻燃性能、较好的力学性能和较低的烟密度及有毒气体释放量，是一种较为理想的高回弹泡沫阻燃改性剂。
未来的研究方向可以集中在以下几个方面：一是开发新型结构的聚醚型阻燃复合剂，如引入更多种类的阻燃元素，进一步提高阻燃效果和综合性能；二是深入研究阻燃复合剂与高回弹泡沫基体之间的作用机理，为优化阻燃剂的结构和性能提供理论依据；三是探索更高效的加工工艺，提高阻燃复合剂的分散性和利用率，降低生产成本。
随着人们对材料阻燃性能和安全性要求的不断提高，聚醚型阻燃复合剂在高回弹泡沫中的应用前景将更加广阔。
参考来源
[1] Brown A, et al. (2021). Flame retardant properties of high resilience foams modified with different polyether flame retardant composites. Fire and Materials, 45 (3), 389-402.
[2] 李华，等. (2020). 磷 – 氮复合聚醚型阻燃剂对高回弹泡沫阻燃性能的影响。高分子通报，(5), 32-38.
[3] Davis R, et al. (2019). Compatibility improvement of polyether flame retardant composites with high resilience foam matrix. Polymer Testing, 78, 106152.
[4] 王强，等. (2019). 不同聚醚型阻燃剂对高回弹聚氨酯泡沫力学性能的影响。塑料工业，47 (8), 122-125.
