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阻燃剂在建筑防火材料中的应用

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随着我国经济的持续发展,各式豪华、高层建筑相继拔地而起,而发生火灾的机率也随之增加。据统计,再世界各国发生的火灾事故中,建筑火灾居于榜首,严重威胁国家和人民的生命财产安全。

近几十年来,全球各个发达国家都特别重视防火材料的研究,特别是阻燃高分子材料。人们日渐认识到:采用防火材料可以有效地降低火灾的危害与损失,是预防火灾的根本性措施。

建筑材料燃烧性能的分级方法

按照国家标准GB8624-19973的规定,建筑材料的燃烧性能被划分成四个等级,分别为:

级别

名称

级别

名称

A

不燃性材料

B2

可燃性材料

B1

难燃性材料

B3

易燃性材料

不燃性建筑材料,再空气中遇到火焰或高温的作用时,不起火、不炭化、不微燃,通常是无机材料。例如大理石、花岗石、水磨石、混凝土制品、水泥制品、石灰制品、黏土制品、石膏板、玻璃、瓷砖、钢铁、铜合金、铝等。

难燃性建筑材料,在空气中受到火焰或高温的作用时,难起火、难炭化、难微燃,当移走火源之后,燃烧或微燃能立即停止,通常是有机、无机的复合材料。比如纤维石膏板、纸面石膏板、水泥刨花板、玻璃棉装饰吸声板、矿棉装饰吸声板、珍珠岩装饰吸声板、难燃中密度纤维板、难燃胶合板、铝箔复合材料、难燃木材、岩棉装饰板、难燃酚醛胶合板等。

可燃性建筑材料,在空气中受到火焰或高温作用时,会立即起火或微燃,且移走火源后仍可继续燃烧或微燃。例如各类天然木材、木质人造板、竹材、竹质装饰板、塑料贴面装饰板、装饰薄木贴面板、半硬质PVC塑料地板、木地板、复合木地板、PVC卷材地板、聚酯装饰板、人造革、墙布、无纺贴墙布、复合壁纸、塑料壁纸、天然材料壁纸等。

易燃性建筑材料,在空气中受到火焰或高温作用时,立即起火,且火焰的传播速度很快。比如有机玻璃、泡沫塑料等有机材料。

建筑防火材料的特点和要求

材料必须满足三个条件才会燃烧,即点火源、助燃物质和可燃物质。只要破坏或降低其中之一就可以阻止材料的燃烧。

因此,对防火材料存在诸多要求,例如材料阻燃性、耐火性能、防火性能、耐火极限等。阻燃性是对材料添加物质或是进行处理,以此抑制其燃烧,或显著减弱与延缓材料在燃烧时火焰的扩展,像防火涂料的防火作用就是阻燃。

耐火性能是指在一定时间内,建筑构件、配件或结构满足标准耐火测试的完整性、稳定性、隔热性的能力。

防火性能是指暴露在火中的材料、产品、构件发生物理、化学变化或是保持原有的性能。

耐火极限是指在标准耐火测试条件下,建筑构件、配件、结构从受火的作用开始,直至失去稳定性、完整性、隔热性的这段时间。

阻燃剂的使用和种类

解决材料的抑烟、耐燃、毒气等问题,最好的方法就是利用阻燃技术,提高建筑所用各类材料的阻燃性,向合成材料中添加阻燃剂。阻燃剂是用以提高材料抗燃性,即阻止材料被引燃与抑制火焰传播的助剂。易燃的合成材料添加阻燃剂后具备消烟性、自熄性、难燃性。阻燃剂可以有效防止引发火灾及抑制火灾的蔓延,降低发生火灾的机率。

按照阻燃剂和被阻燃基材的关系,阻燃剂分成添加型阻燃剂、反应型阻燃剂、膨胀型阻燃剂三大类。添加型阻燃剂不会和基材中的其它组分发生化学反应,只以物理的方式分散在基材中,用于热塑性高聚物;反应型阻燃剂参与合成高聚物的化学反应,成为高聚物的单元,多用于热固性高聚物。

依照元素分类,阻燃剂可分为卤系、有机磷系、氮系、卤-磷系、磷-氮系、硼系与硅系、钼系等。

此外,阻燃剂还可以分为有机阻燃剂与无机阻燃剂,通用阻燃剂、天然高分子材料专用阻燃剂、工程塑料专用阻燃剂、抑烟型阻燃剂、大分子型阻燃剂、小分子型阻燃剂等。近年来,膨胀型阻燃剂的应用研究比较多。

火灾中80%的死亡事故都是由烟和有害气体造成的,造成这种现象的原因一个是烟气本身的化学成分会对人体造成较大的危害,另一个是烟气的产生和移动速度很快,尤其是在带有中庭的建筑物中,“烟囱效应”的形成会使得烟气更快地扩散,一旦起火,烟气就会迅速蔓延整个建筑空间。火场中大量弥漫的烟雾会降低火场内的能见度,不利于人员的疏散与火灾救援。

因此,“抑烟”与“阻燃”都不可忽视,研发抑烟阻燃剂是十分重要的。就当前的应用情况来说,高聚物材料的抑烟技术大致可分成物理方法与化学方法。物理方法抑烟主要包括包覆、叠层、堵塞、涂覆等,抑烟的主要机理是借助各种物理手段隔绝火焰直接接触高聚物材料,防止热量传入,进而实现减少烟气产生与降低有毒气体生成量的目的。化学方法抑烟是通过添加抑烟剂来实现,这是目前采用最广泛的一类抑烟技术。

通常来说,凡是可以捕捉或抑制热分解产物与燃烧产物的物质均可作为抑烟剂使用。根据抑烟剂的作用机理不同,可将其分为吸附性和反应型两大类。前者主要是起吸附作用,使热分解产物或燃烧产物不致扩散到空气中形成烟雾;后者主要是通过与热分解产物或燃烧产物发生化学反应,生成密度较大的、不易成烟的物质。无机阻燃剂的发烟性通常要比有机阻燃剂小,大多具有一定的抑烟作用(如氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌等)。

总结

人们的环保意识不断地加强,社会倡导的是绿色化学、环境友好阻燃试剂。因而,对阻燃剂的开发提出了更高的要求,阻燃剂除了要高效阻燃、无毒、无致癌性,还要在燃烧时无烟雾、无重金属、无有毒气体,且低成本、容易再生、易回收利用。

同时,阻燃技术也在不断地更新和发展,原来单一成分的阻燃剂研究少了,更多的是探讨多组分的有协同效应的阻燃剂;研究膨胀型阻燃体系、无卤阻燃聚合物体系、纳米材料和纳米技术在阻燃剂中的应用。

此外,无机阻燃剂也是一类有潜力的阻燃剂,这类阻燃剂阻燃效果好,能抑烟和抑卤化氢的作用,可以同时实现“阻燃”和“抑烟”或者使两者能达到和谐的统一。阻燃剂的超细化、表面处理技术是阻燃剂今后的主要研究方向。

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