近年來，隨著TPU應用量快速增長，TPU阻燃改性研究受到人們的關注，陸續有一些相關研究報道，主要通過TPU與阻燃劑用熔融共混方法制備TPU阻燃材料。由于鹵系阻燃劑及燃燒產物會污染環境，對于鹵系阻燃劑的研究已經越來越少，本文介紹近期無鹵阻燃TPU的研究進展。

1、磷系阻燃劑阻燃TPU

磷系阻燃劑在高溫下分解成磷的含氧酸促進成炭，形成的炭層可以隔熱隔氧，為固相阻燃；磷系阻燃劑在燃燒期間產生PO自由基以捕獲燃燒自由基，中斷燃燒鏈反應來提高材料的阻燃性，屬于氣相阻燃。常用的磷系阻燃劑由紅磷、聚磷酸銨（APP）、磷酸酯、次磷酸鹽以及磷氮化合物等。翟金國等通過溶膠凝膠法將甲基三乙氧基硅烷包覆在APP表面制得微膠囊化聚磷酸銨（MAPP），將MAPP與TPU進行熔融共混，再由擠出機擠出成型。結果表明，MAPP比未經過處理的APP阻燃效率更好，且材料成炭率提高約30%，LOI也升高至32%。Xiao等將次磷酸鋁（AP）和TPU按不同比例熔融混合，研究AP不同用量對材料阻燃性能的影響，當AP質量分數為30%的時候，垂直燃燒可以通過UL-94的V-0級，LOI為30.2%，最大熱釋放速率（PHRR）和總熱釋放（THR）降低了38.7%和12.7%，具有較好的阻燃效果。

磷系阻燃劑除了用作添加型外，也可用作反應型阻燃劑。胡清等用氯磷酸二苯酯和酒石酸進行反應得到含磷二元酸，再與新戊二醇（NPG）反應后制得側鏈含磷元素的聚酯二醇（PPD）。PPD與異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）反應，制得含磷元素的熱塑性聚氨酯彈性體（PTPU），測試其阻燃和力學性能。結果表明，材料的LOI值隨著材料中磷元素含量的增加而上升，且當磷質量分數達到1.5%時，PTPU的LOI達到29.3%。

2、氮系阻燃劑阻燃TPU

氮系阻燃劑阻燃的材料燃燒時會吸收大量的熱量并分解形成NH3、N2等不燃氣體，以此稀釋易燃氣體，屬于氣象阻燃。目前常用的氮系阻燃劑主要為三聚氰胺及其衍生物。趙玥等將三聚氰胺氰尿酸鹽（MCA）和次磷酸鋁復配后，將其應用于TPU中，研究MCA/AP阻燃體系不同配比對材料性能的影響，當加入質量分數為11%的阻燃劑且AP和MCA的質量比為1：2時，材料能夠通過垂直燃燒UL-94的V-0級，LOI為25.2%。熱失重分析（TGA）測試結果表明，材料殘碳率提升也較為明顯，達到9.3%。

3、硅系阻燃劑阻燃TPU

硅系阻燃劑主要分為有機硅和無機硅兩類。常用的無機硅阻燃劑為SiO2、硅膠和層狀硅酸鹽等，其阻燃機理是無機硅化合物會在材料表面起到屏障作用，可以隔絕氧氣并提升成炭率；有機硅阻燃劑包括硅樹脂和硅橡膠等，防融滴效果好，能夠分解形成致密的硅炭層。硅系阻燃劑常與其他阻燃劑協同阻燃。王洪志等通過密煉機和壓片機將107硅樹脂與TPU按不同比例進行加工成型。加入107硅樹脂可顯著降低TPU的PHRR和煙因子（SF）。當107硅樹脂質量分數為0.2%時，復合材料的PHRR和SF分別降低45%和48%，主要是硅樹脂在材料燃燒時形成致密的炭層所致。Chen為提高TPU阻燃性能，將氣相二氧化硅和APP進行復配作為阻燃劑，通過熔融共混加入到TPU中，并測試氣相二氧化硅的協同抑煙和阻燃效果，當阻燃劑總質量分數為20%、且氣相二氧化硅質量分數為2.5%時，氣相二氧化硅/TPU/APP復合材料的光通量提高至92%，復合材料的LOI值為32.3%，PHRR、THR和TSR分別下降91%、70.5%和54.6%。掃描電子顯微鏡（SEM）結果表明，添加氣相二氧化硅后材料形成的炭層更加致密。

4、納米無機阻燃劑阻燃TPU

納米無機阻燃劑種類多樣，主要為一些金屬氧化物、金屬氫氧化物以及納米層狀硅酸鹽如蒙脫土、水滑石和凹凸棒土等，其最大的特點是綠色無污染且毒性低。納米無機阻燃劑通過引入納米級顆粒狀、層狀或管狀的結構，可以提高材料熱穩定性和力學性能，也可以作為阻隔層可有效地隔氧隔熱，屬于凝聚相阻燃。但是無機阻燃劑阻燃效率低，添加量大容易損害材料力學性能，故常作為協效阻燃劑與其他阻燃劑復配使用。Chen等把鐵黃（FeOOH）作為協同阻燃劑，通過熔融共混法將FeOOH、APP與TPU按不同比例混合，制得APP/FeOOH/TPU材料，測試FeOOH的抑煙性能和協同阻燃性能。結果表明，FeOOH可以有效地減少煙霧產生量，具有一定的抑煙功效。當FeOOH質量分數為3.75%時，PHRR、THR和TSR分別下降96%、75%和42.5%。楊益等將有機改性蒙脫土（OMMT）、MPP通過熔融共混加入到TPU中來提高其阻燃性能。結果表明，添加質量分數為2%的OMMT，材料LOI提高到30.5%時，且垂直燃燒等級提高到V-0級。含OMMT材料的初始熱分解溫度更高，殘炭量增加，最大煙密度值下降至54.1%。

5、膨脹型阻燃劑阻燃TPU

膨脹型阻燃劑（IFR）一般由炭源、酸源和氣源構成，是一種復配阻燃劑。炭源在加熱時可以形成炭層，主要為高碳含量的多羥基化合物，例如季戊四醇（PER）,酸源在材料燃燒過程中產生無機酸使得含碳多元醇脫水，一般為無機酸或燃燒中能原位生成酸的化合物，如聚磷酸銨等；氣源則可以在材料燃燒時受熱分解產生大量不燃氣體，從而稀釋氧氣濃度，多為含氮類化合物，如三聚氰胺等。常用的IFR一般由APP、PER、三聚氰胺等組成。IFR具有阻燃效率較高、毒性低、抑煙等優點，目前廣為關注。楊尚軍等將APP、PER和石墨粉（GP）組成IFR體系，再將其與TPU放入密煉機中進行熔融共混和模壓成型，研究該膨脹型阻燃劑對復合材料阻燃和抑煙性能的影響。結果表明，當聚氨酯復合材料中APP、PER和GP的質量分數分別為15%、7%和3%時，材料的PHRR比未添加阻燃劑的TPU純料降低了84%，LOI為30%，比未添加阻燃劑的TPU純料提升了40%。TGA和SEM結果可得，該IFR體系的殘炭率大大提高，燃燒后能產生致密的炭層。

6、結束語

    目前，阻燃TPU應用范圍越來越廣，其主要通過共混改性方法制備。用于TPU阻燃改性的無鹵阻燃劑種類也較多，磷系阻燃劑低毒性，但是價格較高；氮系和硅系阻燃劑無毒無污染，但是單組分使用時阻燃效率不高，多與其他阻燃劑復配使用；納米無機阻燃劑無毒且成本低，但阻燃效率不高；膨脹型阻燃劑是復配阻燃劑，阻燃效率較高，且生物基膨脹型阻燃劑對環境和人體無害。因此對膨脹型阻燃劑尤其是生物基膨脹型阻燃劑的研究是目前TPU無鹵阻燃研究的主要趨勢。