一种高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层及其构建方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层及其构建方法。

背景技术

聚氨酯泡沫塑料(FPUF)是用量最大的泡沫材料之一，具有密度低、弹性回复好、强度高、耐腐蚀和高隔热等优点，广泛应用于防震、减震、软性衬垫材料、装饰包装材料和建筑隔热保温等多个领域。然而，FPUF在给人们生活带来便利的同时，却存在着极大的火灾隐患。FPUF因碳氢链段含量高、比表面积大以及多孔结构而存在着火灾安全隐患，属于易燃、可燃材料，燃烧时放热速率快、热释放总量大，通常还伴随着熔融滴落和有毒烟气，对人民生命财产安全造成严重威胁。

由于PUF多孔和高比表面积的特点，表面后处理技术是一种赋予泡沫多功能性的有效处理手段，它是将阻燃剂组分通过共价键、离子键、氢键和范德华力等驱动力在泡沫骨架上构筑一道阻燃屏障，被阻燃涂层覆盖的泡沫受热时，涂层在泡沫基体表面形成致密的炭层防止气相挥发物逸出并减弱泡沫基体与外界的热质交换。无机阻燃剂具有热稳定性好、低烟和低毒等优点，它们在基体与外界间原位形成高度稳定的陶瓷屏障提供了一个热屏障，限制熔化并防止易燃物质滴落。层层自组装技术是将无机粒子构筑在泡沫基体表面的常用方法，然而，其涂层处理工艺繁琐、余留原料浪费和多次挤压对机械回弹性的损害，限制了其大规模的工业生产。

因此，如何构建对泡沫基体的固有高回弹特性影响小，操作更简单，且阻燃抑烟效果优异的涂层，是目前研究的重点。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层及其构建方法，通过高分子絮凝剂作为无机粒子捕获剂来固定无机粒子阻燃剂，以及通过硅树脂涂料增强大尺寸刚性无机粒子阻燃剂的附着性和耐水耐候性。

为实现上述目的，本发明提供了一种高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层，该涂层涂覆于泡沫基体的表面，所述涂层包括分别涂覆的且各自质量增幅如下的组分：

絮凝剂1～10％；阻燃剂20～55％；树脂5～20％；

其中，质量增幅(％)＝[(W2-W1)/W1]×100％，W1为纯的泡沫基体质量，W2为涂覆对应组分后的泡沫基体质量。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述高分子絮凝剂为聚合硫酸铝、壳聚糖、聚硅铁、聚磷铝、阳离子型聚丙烯酰胺、聚磷铁、聚硅酸、聚硅酸硫酸铁、聚硅铝、非离子型聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钙、阴离子型聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、聚甲基丙烯酸、淀粉、糖蛋白、聚丙烯酸钠、粘多糖、两性型聚丙烯酰胺、蛋白质、DNA中的至少一种。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述阻燃剂为有机类阻燃剂，其包括聚乙烯亚胺、柠檬酸盐、纤维素、海藻酸盐、羟基乙叉二膦酸、植酸、氨基三亚甲基磷酸盐、植酸十二钠、木质素磺酸盐、单宁酸、乙二胺四亚甲基磷酸盐、聚六亚甲基双胍盐、酒石酸盐、聚乙烯基磺酸钠盐、羟基亚乙基二膦酸盐中的至少一种。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述阻燃剂为无机类阻燃剂，其包括金属氧化物、金属氢氧化物、无机磷、硼类阻燃剂、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸锂、三聚氰胺、高岭土、蒙脱土、膨润土、海泡石、二氧化硅中的至少一种，其中，金属氧化物、金属氢氧化物中的金属指铁、镁、铝或铜。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述树脂为聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、酚醛环氧树脂、密胺树脂、环氧豆油树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚脲树脂、脲醛树脂、丙烯酸硅烷树脂、乙烯基树脂、聚甲基硅树脂、聚乙基硅树脂、聚芳基有机硅树脂、聚烷基芳基有机硅树脂、硅丙树脂、氟硅单体甲基苯基硅树脂、环氧改性有机硅树脂、氨基硅树脂、氟硅树脂、有机硅聚酯树脂中的至少一种。

根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种上述的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层的构建方法，包括以下步骤：

1)溶液配制：

将高分子絮凝剂分散在水溶液中，配置浓度为0.1～2.0wt％絮凝剂溶液；将阻燃剂分散在水溶液中，配置浓度为0.5～5.0wt％的阻燃剂溶液；将树脂充分溶解在溶剂中，配置浓度为1～10wt％的树脂溶液。

2)涂层构建：

将配制好的阻燃剂溶液、絮凝剂溶液和树脂溶液分别涂覆在泡沫基体的表面，其中涂覆方式为浸渍、滴涂、刷涂、喷涂中的任一种。

作为本发明的进一步优选技术方案，上述步骤2)中采用浸渍方式进行涂覆时，包括以下具体步骤：

①将泡沫基体放入含阻燃剂溶液中浸泡；

②泡沫基体放入絮凝剂溶液中浸泡，再将其烘干；

③泡沫基体放入树脂溶液中浸泡，再将其烘干；

④当涂层的负载量未达到预期值，则依次重复步骤①②③；当达到预期值，则处理完成。

作为本发明的进一步优选技术方案，上述步骤2)中采用滴涂方式进行涂覆时，包括以下具体步骤：

①在泡沫基体上滴涂阻燃剂溶液；

②在泡沫基体上滴涂絮凝剂溶液，再将其烘干；

③在泡沫基体上滴涂树脂溶液，再将其烘干。

作为本发明的进一步优选技术方案，上述步骤2)中采用刷涂方式进行涂覆时，包括以下具体步骤：

①在预处理后的泡沫基体上喷涂阻燃剂溶液；

②在泡沫基体上喷涂絮凝剂溶液，再将其烘干；

③在泡沫基体上喷涂树脂溶液，再将其烘干。

作为本发明的进一步优选技术方案，还包括挤压处理，在泡沫基体的表面每涂覆相应组分的溶液后，采用挤压方式除去多余液体。

本发明的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层及其构建方法，采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：

1)本发明提供的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层是采用阻燃剂、高分子絮凝剂和树脂来进行构建，高分子絮凝剂、阻燃剂和泡沫基体之间会自组装并产生多种相互作用力，其中，高分子絮凝剂和泡沫基体之间的氢键作用力和范德华力，有利于增强涂层与基体间的界面亲和力；高分子絮凝剂和阻燃剂之间的静电作用力、氢键作用、物理网捕卷扫，有利于阻燃剂快速组装并均匀稳定吸附在泡沫基体表面；无机粒子与泡沫基体的氢键作用、阻燃剂形成的特殊几何形貌与泡沫基体粗糙表面的机械互锁，有利于增强涂层的耐久粘附力。

2)本发明提供的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层中含有具有高效物理阻隔或高度化学成炭性形成的屏障保护作用的阻燃剂组分和稳定炭层结构的树脂，因而可利用阻燃剂和树脂组分之间的协同阻燃作用，使经涂层处理后的泡沫基体在燃烧时表面形成大量高热稳定的阻隔层以及树脂在高温热解产物，该多组分的混杂涂层能起到隔热、隔氧的物理阻隔作用，进而赋予泡沫基体良好的阻燃性能。

3)本发明提供的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层中含树脂物质，更进一步通过树脂的加固作用在涂层表面成膜，以及可能具有强大的内聚能和疏水性，使得涂层具有优异的耐水、耐候和抵抗长期机械挤压作用，进而赋予泡沫基体良好的持久阻燃性能。

4)本发明提供的涂层具有优异耐久性能和阻燃性能，因而与现有阻燃涂层相比，具有优异耐水、高效耐久、持久阻燃多种优势兼具的特点。

5)本发明提供的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层泡沫的原料价廉易得，其涂层构建方法操作简单、步骤简化、负载量可控，构建过程无需复杂昂贵的仪器设备，因而规模化成本低，具有工业化应用推广的前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为未处理的原始泡沫和采用本发明高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层涂覆泡沫基体得到的改性泡沫的表面微观结构的SEM扫描电镜图。

图2为采用本发明高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层涂覆泡沫基体得到的改性泡沫在湿热老化前后的水静态接触角测试图。

图3为未处理的原始泡沫和采用本发明高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层涂覆泡沫基体得到的改性泡沫的垂直燃烧测试图。

图4为未处理的原始泡沫和采用本发明高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层涂覆泡沫基体得到的改性泡沫的阻燃抑烟测试曲线图。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，部分或全部步骤可以并行执行或先后执行，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提出的一种高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层，通过在泡沫基体(又称软质聚氨酯泡沫塑料)的表面构建出包括有阻燃剂、高分子絮凝剂和树脂的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层(简称涂层)。所述涂层包括分别涂覆的且各自质量增幅如下的组分：阻燃剂20～55％；絮凝剂1～10％；树脂5～20％；其中，质量增幅(％)＝[(W2-W1)/W1]×100％，W1为纯的泡沫基体质量，W2为涂覆对应组分后的泡沫基体质量。

本发明提出的一种高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层的构建方法，所构建的涂层中，利用高分子絮凝剂通过静电作用、氢键作用、范德华力作用、分子长链的缠绕及卷扫等网捕作用将阻燃剂固定在泡沫基体的表面，无机粒子与泡沫基体的氢键作用、阻燃剂形成的特殊几何形貌与泡沫基体粗糙表面的机械互锁，有利于增强涂层的耐久粘附力。进一步利用树脂增强大尺寸刚性阻燃剂的附着性和耐水耐候性。

附着有该涂层的泡沫基体通过接触角测试仪测试，具有优异的疏水性，水接触角最佳可达至155°，滚动角小于或等于3°；附着有该涂层的泡沫基体在湿热老化(100％ RH，105℃)1-24h后，表面性能基本保持不变，说明其具有优异的耐候性能，而且，极限氧指数为23.0～32.5％，垂直燃烧等级为无级～V-0级，锥形量热中的峰值热释放降幅达35％-76％，烟箱测试中的最大烟密度值降幅达54％-93％。

具体地，高分子絮凝剂为聚合硫酸铝、壳聚糖、聚硅铁、聚磷铝、阳离子型聚丙烯酰胺、聚磷铁、聚硅酸、聚硅酸硫酸铁、聚硅铝、非离子型聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸盐、聚丙烯酸钙、阴离子型聚丙烯酰胺、木质磺酸盐、聚合硫酸铁、聚甲基丙烯酸、淀粉、糖蛋白、聚丙烯酸钠、粘多糖、两性型聚丙烯酰胺、蛋白质、DNA中的至少一种。其中，聚合硫酸铝、聚硅铁、聚磷铝、聚硅铁、聚磷铝、聚磷铁、聚硅酸、聚硅酸硫酸铁、聚硅铝、聚合硫酸铁为无机高分子类，阳离子型聚丙烯酰胺、非离子型聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚丙烯酸钙、阴离子型聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚丙烯酸钠、两性型聚丙烯酰胺为有机高分子类，壳聚糖、淀粉、糖蛋白、粘多糖、蛋白质、DNA为生物基高分子。

优选地，所述高分子絮凝剂为壳聚糖、聚硅铁、聚磷铝、阳离子型聚丙烯酰胺、聚磷铁、聚硅酸、聚硅酸硫酸铁、非离子型聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、阴离子型聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、聚甲基丙烯酸、淀粉、糖蛋白、聚丙烯酸钠、DNA中的至少一种。

具体地，阻燃剂为有机类阻燃剂和无机类阻燃剂，有机类阻燃剂为聚乙烯亚胺、柠檬酸盐、纤维素、海藻酸盐、羟基乙叉二膦酸、植酸、氨基三亚甲基磷酸盐、植酸十二钠、木质素磺酸盐、单宁酸、乙二胺四亚甲基磷酸盐、聚六亚甲基双胍盐、酒石酸盐、聚乙烯基磺酸钠盐、羟基亚乙基二膦酸盐中的至少一种。无机类阻燃剂为金属氧化物、金属氢氧化物、无机磷、硼类阻燃剂、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸锂、三聚氰胺、高岭土、蒙脱土、膨润土、海泡石、二氧化硅中的至少一种，其中，金属氧化物、金属氢氧化物中的金属指铁、镁、铝或铜。

优选地，所述阻燃剂为柠檬酸盐、纤维素、海藻酸盐、羟基乙叉二膦酸、植酸、氨基三亚甲基磷酸盐、植酸十二钠、木质素磺酸盐、单宁酸、聚六亚甲基双胍盐、酒石酸盐、聚乙烯基磺酸钠盐、金属氧化物、金属氢氧化物、无机磷、硼类阻燃剂、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、三聚氰胺、高岭土、蒙脱土、膨润土、海泡石、二氧化硅中的至少一种。

具体地，树脂为聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、酚醛环氧树脂、密胺树脂、环氧豆油树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、聚酰亚胺树脂、聚脲树脂、脲醛树脂、丙烯酸硅烷树脂、乙烯基树脂、聚甲基硅树脂、聚乙基硅树脂、聚芳基有机硅树脂、聚烷基芳基有机硅树脂、硅丙树脂、氟硅单体甲基苯基硅树脂、环氧改性有机硅树脂、氨基硅树脂、氟硅树脂、有机硅聚酯树脂中的至少一种。

进一步优选地，构建高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层的原料，按照溶液中质量浓度计，包括：1～5.0wt％的阻燃剂、0.5～2.0wt％的高分子絮凝剂和1～6wt％的树脂。

为了让本领域的技术人员更好的理解并实现本发明的技术方案，以下将通过具体实施例及对比例对本发明作进一步地详细说明。

本发明提出的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层的构建方法，通过在泡沫基体上构建涂层，以实现对原始泡沫的改性，从而得到高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层泡沫(又称改性泡沫)。为了对涂层的应用效果进行测试，以下提供了实施例1-11，同时还提供了作为对比实验的对比例1-6。

需要说明的是，构建涂层后得到的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层泡沫，其阻燃性能、抑烟性、疏水性和耐久性能所用测试方法包括：(1)、通过接触角测试仪测试涂覆涂层后的泡沫表面的疏水性能，对水接触角记为CA，滚动角记为SA；(2)、按照UL-94和极限氧指数测试方法，对涂层涂覆后的泡沫的小火性能进行测试；(3)、根据泡沫材料的锥形量热测试标准和烟箱测试标准，对涂层涂覆后的泡沫的阻燃性能进行测试；(4)、利用湿热老化箱((105℃,100％RH)，按照GB/T 9640-2008标准进行涂层涂覆后的泡沫x小时保温后，再通过接触角测试仪测试其表面的疏水性能，对水接触角记为CAx，滚动角记为SAx，X＝1-24小时。

实施例1

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为1wt％的聚甲基丙烯酸溶液，浓度为3wt％的多壁碳纳米管悬浮液，配置浓度为3wt％的聚二甲基硅氧烷溶液。

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干，其中，洗涤方式采用常规的浸泡洗涤、搅拌洗涤、超声洗涤或震荡洗涤中的任一种方式洗涤。

(3)、①将预处理后的泡沫放入聚甲基丙烯酸溶液中浸泡后，手动挤压出多余液体；②放入多壁碳纳米管溶液中浸泡后，手动挤压出多余液体，再将其烘干；③放入聚二甲基硅氧烷溶液中浸泡后，手动挤压出多余液体，再将其烘干；④重复步骤①②③1次即可，其中各组分质量增幅为阻燃剂25％；絮凝剂5％；树脂10％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥150°，SA≤5°，在水中放置不浸润，极限氧指数为23.3％，垂直燃烧无级，峰值热释放降低55％，最大烟密度值降低63％。

实施例2

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为1.5wt％的聚合硫酸铁溶液，浓度为3wt％的木质素磺酸钠溶液，配置浓度为1wt％的聚氨酯树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干，其中，洗涤方式可采用常规的浸泡洗涤、搅拌洗涤、超声洗涤或震荡洗涤中的任一种方式洗涤；

(3)、①将预处理后的泡沫放入聚合硫酸铁溶液中浸泡后，手动挤压出多余液体；②放入木质素磺酸钠溶液中浸泡后，手动挤压出多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③2次；④放入聚氨酯树脂溶液中浸泡后，手动挤压出多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂28％；絮凝剂6％；树脂14％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥130°，SA≤13°，在水中放置不浸润，极限氧指数为24.1％，垂直燃烧V-2级，峰值热释放降低58％，最大烟密度值降低69％。

实施例3

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为1.5wt％的阴离子聚丙烯酰胺溶液，浓度为3wt％的蒙脱土悬浮液，配置浓度为1wt％的环氧树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫放入蒙脱土溶液中浸泡后，手动挤压1次去除多余液体，再将其烘干；②放入阴离子聚丙烯酰胺溶液中浸泡后，手动挤压1次去除多余液体；③重复步骤①②③1次；④放入环氧溶液中浸泡后，手动挤压去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂31％；絮凝剂7％；树脂14％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥140°，SA≤10°，在水中放置不浸润，极限氧指数为22.6％，垂直燃烧无级，峰值热释放降低51％，最大烟密度值降低64％。

实施例4

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为1wt％的聚丙烯酸溶液，浓度为1wt％的氧化石墨烯悬浮液，以丙酮为溶剂，配置浓度为1wt％的氟硅树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫放入聚丙烯酸溶液中浸泡后，辊轮挤压去除多余液体，采用的设备为辊轮旋压机挤干；②放入氧化石墨烯悬浮液中浸泡后，辊轮挤压去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③3次；④放入氟硅树脂溶液中浸泡后，辊轮挤压去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂32％；絮凝剂5％；树脂16％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥150°，SA≤5°，在水中放置不浸润，极限氧指数为32.5％，垂直燃烧V-0级，峰值热释放降低76％，最大烟密度值降低93％。

实施例5

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为0.5wt％的淀粉溶液，浓度为1wt％的膨胀石墨悬浮液，配置浓度为1wt％的聚烷基芳基有机硅树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫放入淀粉溶液中浸泡后，辊轮挤压去除多余液体，采用的设备为辊轮旋压机挤干；②放入膨胀石墨悬浮液中浸泡后，辊轮挤干去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③3次；④放入聚烷基芳基有机硅树脂溶液中浸泡后，辊轮挤压去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂37％；絮凝剂5％；树脂11％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥155°，SA≤4°，在水中放置不浸润，极限氧指数为23.4％，垂直燃烧无级，峰值热释放降低61％，最大烟密度值降低72％。

进一步地，以实施例5为例，在工艺操作及参数不变情况下，仅将改变树脂类型为环氧豆油树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸硅烷树脂、聚芳基有机硅树脂、环氧改性有机硅树脂、有机硅聚酯树脂的任意一种，所达到的阻燃抑烟效果基本相同。

实施例6

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为1wt％的壳聚糖溶液，浓度为1wt％的植酸十二钠溶液，配置浓度为1wt％的乙烯基树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫放入壳聚糖溶液中浸泡后，离心去除多余液体；②放入植酸十二钠溶液中浸泡后，离心去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③2次；④放入乙烯基树脂溶液中浸泡后，离心去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂47％；絮凝剂8％；树脂18％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥145°，SA≤7°，在水中放置不浸润，极限氧指数为24.5％，垂直燃烧V-1级，峰值热释放降低35％，最大烟密度值降低54％。

进一步地，以实施例6为例，在工艺操作及参数不变情况下，仅将植酸十二钠改为聚乙烯亚胺、柠檬酸盐、纤维素、海藻酸盐、羟基乙叉二膦酸、植酸、氨基三亚甲基磷酸盐、木质素磺酸盐、单宁酸、乙二胺四亚甲基磷酸盐、聚六亚甲基双胍盐、酒石酸盐、聚乙烯基磺酸钠盐、羟基亚乙基二膦酸盐中的有机阻燃剂，所达到的阻燃抑烟效果基本相同。

实施例7

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为0.5wt％的淀粉溶液，浓度为1wt％的海泡石悬浮液，配置浓度为3wt％的氨基硅树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫放入淀粉溶液中浸泡后，离心去除多余液体，；②放入海泡石悬浮液中浸泡后，离心去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③2次；④放入氨基硅树脂溶液中浸泡后，离心去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂43％；絮凝剂7％；树脂11％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥150°，SA≤5°，在水中放置不浸润，极限氧指数为23.5％，垂直燃烧V-2级，峰值热释放降低63％，最大烟密度值降低77％。

进一步地，以实施例7为例，在工艺操作及参数不变情况下，仅将淀粉替换为壳聚糖、糖蛋白、粘多糖、蛋白质、DNA中的生物基高分子，所达到的阻燃抑烟效果基本相同。

进一步地，以实施例7为例，在工艺操作及参数不变情况下，仅将海泡石替换为金属(铁、镁、铝或铜)氧化物、金属(铁、镁、铝或铜)氢氧化物、无机磷、硼类阻燃剂、富勒烯、碳纳米管、石墨烯、膨胀石墨、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸锂、三聚氰胺、高岭土、蒙脱土、膨润土、二氧化硅中的无极阻燃剂，所达到的阻燃抑烟效果基本相同。

实施例8

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为1wt％的两性型聚丙烯酰胺溶液，浓度为2wt％的海藻酸盐溶液，配置浓度为5wt％的醇酸树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫放入两性型聚丙烯酰胺溶液中浸泡后，手动挤压去除多余液体；②放入海藻酸盐溶液中浸泡后，手动挤压去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③3次；④放入醇酸树脂溶液中浸泡后，手动挤压去除多余液体，再将其烘干。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥133°，SA≤14°，在水中放置不浸润，极限氧指数为25.5％，垂直燃烧V-0级，峰值热释放降低68％，最大烟密度值降低81％，其中各组分质量增幅为阻燃剂29％；絮凝剂5％；树脂15％。

进一步地，以实施例8为例，在工艺操作及参数不变情况下，仅将海藻酸盐替换为其余的有机类阻燃剂，所达到的阻燃抑烟效果基本相同。

实施例9

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为2wt％的聚丙烯酸溶液，浓度为2wt％的二氧化硅悬浮液，配置浓度为3wt％的聚二甲基硅氧烷溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫表面滴涂二氧化硅悬浮液后，手动挤压去除多余液体；②进一步滴涂聚丙烯酸溶液，手动挤压去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③2次；④放入聚二甲基硅氧烷溶液中浸泡后，手动挤压去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂35％；絮凝剂6％；树脂19％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥155°，SA≤3°，在水中放置不浸润，极限氧指数为25.6％，垂直燃烧V-0级，峰值热释放降低62％，最大烟密度值降低63％。

进一步地，以实施例9为例，在工艺操作及参数不变情况下，仅将二氧化硅替换为其余的无机类阻燃剂，所达到的阻燃抑烟效果基本相同。

实施例10

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为1wt％的阳离子型聚丙烯酰胺溶液，浓度为2wt％的高岭土悬浮液，以丙酮为溶剂，配置浓度为3wt％的环氧改性有机硅树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫表面滴涂的阳离子型聚丙烯酰胺溶液后，辊轮挤压去除多余液体；②进一步滴涂高岭土悬浮液，辊轮挤压去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③2次；④放入环氧改性有机硅树脂溶液中浸泡后，辊轮挤压去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂40％；絮凝剂7％；树脂16％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥155°，SA≤3°，在水中放置不浸润，极限氧指数为24.8％，垂直燃烧V-1级，峰值热释放降低67％，最大烟密度值降低88％。

进一步地，以实施例10为例，在工艺操作及参数不变情况下，仅将羟甲基纤维素替换为其余的无机类阻燃剂，所达到的阻燃抑烟效果基本相同。

实施例11

(1)、以水为溶剂，分别配制浓度为2wt％的壳聚糖溶液，浓度为2wt％的聚磷酸铵悬浮液，以乙醚为溶剂，配置浓度为3wt％的氟硅树脂溶液；

(2)、先将泡沫基体用水洗涤，然后烘干；

(3)、①将预处理后的泡沫放入壳聚糖溶液中浸泡后，手动挤压去除多余液体；②放入聚磷酸铵悬浮液中浸泡后，手动挤压去除多余液体，再将其烘干；③重复步骤①②③3次；④放入氟硅树脂溶液中浸泡后，手动挤压去除多余液体，再将其烘干，其中各组分质量增幅为阻燃剂33％；絮凝剂6％；树脂12％。

所得涂层湿热老化试验3h后CA≥155°，SA≤3°，在水中放置不浸润，极限氧指数为26.5％，垂直燃烧V-0级，峰值热释放降低56％，最大烟密度值降低79％。

对比例1

本对比例为未经处理的纯泡沫材质的泡沫基体，其对水的接触角为83°，液滴粘附在其表面无法滚落，并且在酒精灯上点燃后直接燃烧殆尽，极限氧指数为17.3％。

对比例2

本对比例为实施例1的对比实验，其中除了未用高分子絮凝剂处理，其余所有条件保持不变。本对比例中改性所得泡沫，表面水接触角均大于或等于140°，有一定疏水性，湿热老化实验后，表面性能基本保持不变。涂层分布不均，附着量少，垂直燃烧测试结果为无级，极限氧指数为20.5％，热释放峰值降低23％，最大烟密度值降低34％。因此，若不用高分子絮凝剂处理，涂层的耐水耐候性能不受影响，但阻燃剂对泡沫基体附着性差，阻燃抑烟性能较差。

对比例3

本对比例为实施例2的对比实验，其中除了未采用阻燃剂，其余所有条件保持不变。本对比例中改性所得泡沫，其对水的接触角大于或等于140°，有一定疏水性，湿热老化试验后，表面性能基本保持不变。泡沫基体表面无特殊形貌，基本没有阻燃效果，垂直燃烧测试结果为无级，极限氧指数为16.5％，热释放峰值增大14％，最大烟密度值增大21％。因此，若不添加含阻燃成分的阻燃剂，改性泡沫的小火安全性和阻燃抑烟性变差。

对比例4

本对比例为实施例3的对比实验，其中除了未采用树脂溶液处理，其余所有条件保持不变。本对比例中改性所得泡沫，其水接触角大于或等于73°，液滴粘附在泡沫基体表面无法滚落，并且有一定的阻燃效果，垂直燃烧测试结果为V-2级，极限氧指数为24.2％，热释放峰值降低67％，最大烟密度值降低83％。湿热老化试验后，表面性能有一定影响。因此，若不含硅树脂溶液，涂层的耐水和耐候性有一定降低，但阻燃抑烟性不受影响。

对比例5

本对比例为实施例8的对比实验，其中除了未采用高分子絮凝剂和树脂溶液处理，其余所有条件保持不变。本对比例中改性所得泡沫，其水接触角大于或等于75°，液滴粘附在泡沫基体表面无法滚落，涂层附着量少且耐水性差，垂直燃烧测试结果为无级，极限氧指数为19.8％，热释放峰值降低31％，最大烟密度值降低42％。因此，若不含高分子絮凝剂和树脂溶液，涂层的耐水和耐候性有一定降低，小火安全和阻燃抑烟性也都降低。

对比例6

本对比例为实施例1的对比实验，其中除了未采用高分子絮凝剂和阻燃剂处理，其余所有条件保持不变。本对比例中改性所得泡沫，其水接触角大于或等于140°，涂层只有一层树脂膜，有一定耐水和耐候性，垂直燃烧测试结果为无级，极限氧指数为16.6％，热释放峰值增大11％，最大烟密度值增大22％。因此，若只含树脂溶液的涂层，涂层的耐水和耐候性较好，但树脂溶液恶化了泡沫基体的小火安全和阻燃抑烟性。

上述实施例1-11和对比例1-6中制得的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层泡沫的湿热老化测试前后的水接触角、垂直燃烧、氧指数、锥形量热测试和烟密度测试，结果如表1所示。

表1.高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层泡沫的阻燃抑烟性能对比

从表1中可以看出，纯泡沫为亲水表面，氧指数只有17.3％，极易被点燃，在被引燃后燃烧迅速，伴随大量的烟热和毒气释放，随着无机粒子阻燃剂在其表面的构筑和树脂加固，具有本发明涂层的改性泡沫的氧指数值提高最高达到30％以上，属于难燃材料，垂直燃烧测试最高可达到V-0级，具有很高的小火安全性。锥形量热测试中，峰值热释放降幅最高达到70％以上，得到极大的降低，烟释放降幅最高达到90％以上，基本处于无烟状态，也有很强的抑制作用，说明改性泡沫实现了高效的阻燃抑烟性。不仅如此，在阻燃剂表面构筑树脂，对涂层的黏附性进一步加固，改性泡沫有良好的疏水和耐候性，使得涂层保持长期有效的阻燃抑烟性。

各种不同化学组分和物理形态的阻燃剂各自在基体受热分解时发挥着不同的作用，比如金属氢氧化物(氢氧化镁、氢氧化铝等)，它们在高温下吸收热量，释放出大量结合水，减缓泡沫基体热降解速度，在泡沫基体表面形成大量水蒸气以稀释小分子自由基和氧气浓度，并且燃烧形成的金属氧化物能促进聚合物表面形成炭化层，具有多重阻燃作用；可膨胀石墨在加热到适当温度时会瞬间迅速分解，产生大量气体，瞬间体积膨胀150～300倍，使石墨沿轴方向形成蠕虫状的新物质覆盖在需要阻燃泡沫基体的表面，具有明显的凝聚相阻隔作用；硅酸盐类(海泡石、高岭土、蒙脱土等)具有高温热稳定性，主要是增强炭层的强度和致密度以及物理屏障作用以及有机高分子基化合物、膦酸盐类等，由于分子结构中含有丰富芳香结构或P和N两种元素可以同时起到碳源、酸源或气源的作用。并且含磷基团能够起到气相自由基淬灭作用，从而终止燃烧和凝聚相促进基体形成致密性和强度高的保护炭层，实现阻燃抑烟目的。可见，该发明中，阻燃组分是实现高效阻燃抑烟的关键。

另一方面，涂层的构建方法中引入了高分子絮凝剂，利用多活性官能团的高分子絮凝剂与无机粒子之间的氢键作用、范德华力、静电作用力或高分子链的物理卷扫等吸附无机粒子，使其均匀分散在基体骨架表面，对基体起到全面的保护作用，这也是实现高效阻燃抑烟的关键；这种涂层构建方式操作简单、工序简易环保并且节约了原料，更加有望实现大规模工业化生产以及符合节能环保可持续发展的理念。

从图1中可见，用本发明方法构建的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层的表面有无机粒子稳定粘附在骨架表面，并且无机粒子阻燃剂与泡沫基体上可清晰观察到一层树脂膜加固的结构。从图2中可见，经表面构建有涂层的改性泡沫在经历湿热老化前后的水接触角基本不受影响，均接触角大于或等于150°，说明该涂层具有优异的耐水和耐候性。从图3中可看到，未处理的原始泡沫快速燃烧殆尽，伴随严重的熔滴和烟雾释放，而经表面改性得到的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层泡沫的阻燃性能可达到V-0级。从图4中可看到，未处理的原始泡沫峰值热释放高，且烟箱测试中烟密度大，而经表面改性得到的高效阻燃抑烟聚氨酯软泡涂层泡沫的峰值热释放可降低68％，最大烟密度值降低72％，说明该涂层具有优异的阻燃抑烟性能。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。