聚氨酯硬质泡沫塑料（RPUF）是一种性能优异的聚合物泡沫材料，具有密度低、导热系数低、比强度高、耐溶剂性好和黏合强度高等优良特性。因此，RPUF 已广泛应用于建筑保温、航空航天、冰箱和冰柜、输油管道和交通运输等各个领域。
RPUF应用广泛，但属于易燃材料，以衡量聚合物阻燃性能的主要指标极限氧指数（LOI）为例，一般认为，易燃材料的LOI ＜ 22%，可燃材料的LOI 为22% ~ 27%， 难燃材料的LOI ＞ 27%，而RPUF 的LOI 在18% 左右，属易燃材料，因此开发阻燃RPUF 迫在眉睫。
阻燃聚氨酯硬质泡沫塑料可分为有卤阻燃和无卤阻燃2种。有卤聚氨酯硬泡阻燃效果好，在同等阻燃效果下，其添加量更少，卤素和磷素因具有优异的协同作用而常常共同使用。但其在燃烧时会产生大量烟雾及腐蚀性气体，严重危害人们的身体健康。
1 RPUF的阻燃方法
传统阻燃聚合物通常采取两种途径进行制备，一种是“添加型阻燃方法”，即在聚合制备反应过程中加入阻燃剂，并将其利用物理方法分散在基材中；另一种是“反应型阻燃方法”，即阻燃剂是聚合单体或扩链剂，其本身参与聚合制备反应，最终作为聚合物的结构单元。
1.1
添加型阻燃方法
在聚氨酯基体中添加阻燃剂是目前阻燃聚氨酯硬泡材料中应用较多的一类方法，其机理是将阻燃剂分散在聚氨酯基体中，阻燃剂本身以物理方式分散，与聚氨酯基体及其反应原料不发生化学反应。
添加磷系阻燃剂
磷系阻燃剂主要包括无机磷系和有机磷系。与卤系阻燃剂相比，磷系阻燃剂不会产生浓烟以及毒性、腐蚀性气体，是一种环境友好型阻燃剂，因此得到广泛应用。磷系阻燃剂的阻燃机理主要是气相阻燃和凝聚相阻燃。有机磷阻燃剂通过淬灭气相中的自由基，有效中断燃烧反应。此外，众多研究表明，有机磷阻燃剂在燃烧过程中的热解产物，如磷酸和多磷酸，会催化形成更多的保护性炭渣，从而通过隔绝氧气来阻断燃烧过程。
添加氮系阻燃剂
氮系阻燃剂主要包括三聚氰胺及其衍生物和相关化合物，如双氰胺、三聚氰胺、三聚氰胺磷酸盐（MP）等。氮系阻燃剂阻燃机理主要是气相阻燃，阻燃剂受热会分解成各种难燃气体，如NH3、N2、2O、CO2等，这些难燃气体会稀释燃烧所需的氧气和易燃气体的浓度，且其受热分解会吸收大量的热，从而降低燃烧过程中的温度，以获得阻燃效果。
添加硅系阻燃剂
硅系阻燃剂是一类新型高效阻燃剂，由于其具有高阻燃率、低毒、防熔滴等优点，同时还能改善聚合物的加工性能和提高聚合物的物理性能，尤其是低温冲击强度，因此硅系阻燃剂近年来越来越受到关注。当前发展的难题就是合成较为复杂，因此设计一种简单的方法来制备这种高效的阻燃剂迫在眉睫。
添加膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃剂（IFR）是一类不含卤素的阻燃剂。含有IFR 的高分子材料受热时，表面能生成一层均匀的炭质泡沫，有隔热、隔氧、抑烟作用，并能防止产生熔滴， 具有良好的阻燃性能。IFR稳定性好，燃烧时发烟量少，LOI 高，因而充分应用于航空、航天、船舶制造、石油开采和石油化工等方面。
常用的IFR 由3 种主要成分组成，即酸源、碳源（焦炭形成剂，CFA）和气体源（吹气/ 喷雾剂）。酸源在低温下分解并产生无机酸，如磷酸、多磷酸和异磷酸。在无机酸和碳源之间发生酯化反应，并在脱水温度之后碳源变成保护性炭层。发泡剂释放出气体（如水蒸气、NH3），导致酯形成泡沫，该泡沫形成黏附在基材上的绝缘屏障。最后，酯分解形成坚韧的炭层，充当聚合物的屏蔽层。在不同情况下，应针对每种聚合物类型优化酸源、碳源和发泡剂的比例。
1.2 反应型阻燃方法
反应型阻燃剂的阻燃机理是通过将某些阻燃元素或基团掺入聚氨酯的分子结构中，使基体本身就含有阻燃组分，这种阻燃剂的阻燃效果持久，热稳定性好。
阻燃机理
按接入的结构单元分为硬段阻燃改性和软段阻燃改性：对于硬段阻燃改性，将反应型阻燃剂以扩链剂的形式引入聚合物大分子中，即阻燃成分以小分子的形式嵌段至聚合物结构中；对于软段阻燃改性，软段一般具有较大的摩尔质量，阻燃化后的软段中阻燃元素含量高，将其取代普通链段，使聚合物中含有较多比例的阻燃成分。
与添加型阻燃剂相比，此方法阻燃性能更加优良、对力学性能影响更小，并且在聚氨酯分子链中引入阻燃元素或化合物可使其具有高耐热、尺寸稳定性等优点。
2 无卤阻燃剂在RPUF的应用
2.1添加型无卤阻燃剂的应用
磷系、氮系、磷-氮复合阻燃剂
由于磷系阻燃剂具有价格低廉、燃烧发烟量小、低毒、阻燃性良好、无腐蚀性气体产生等优点，已在RPUF 材料中得到较广泛的应用。有机磷– 氮复合阻燃剂将炭源、酸源、气源集中于同一个分子中，不仅具有优良的阻燃性能，而且具有良好的耐水溶性，它不含卤素，并且与高分子基体具有良好的相容性，对聚合物本身的力学性能影响也较小，有效解决了当前阻燃剂所存在的问题。
金属氢氧化物阻燃剂
金属氢氧化物阻燃剂主要包括氢氧化镁、氢氧化铝和镁铝复合物等，均为白色粉末，氢氧化镁的热分解温度高， 因此可在较高温度下加工，加快了模塑速度，有利于提高阻燃效率。氢氧化镁从生产到废弃均不释放有害物质，而且可中和燃烧过程中产生的酸性气体，由于氢氧化镁的优良性质，虽然国内消耗氢氧化铝较多，但氢氧化镁的市场份额在逐渐增加。
膨胀型阻燃剂
膨胀型阻燃剂稳定性好， 燃烧时发烟量少、LOI 高，被认为是实现阻燃剂无卤化最有希望的途径之一，其在航空航天等方面具有重要作用。
2.2反应型无卤阻燃剂的应用
反应型无卤阻燃剂是一种分子中不含卤素，含有氮、磷、硅等元素以及独特官能团的化合物，这种化合物作为聚合物的结构单元使聚合物本身具有阻燃成分，因此其具有如下优点：与基体相容性和分散性好；不会熔融析出；阻燃效率持久；可能发生分子内相互作用，阻燃效率高；对基体本身的性能影响小。
