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阻燃劑在建筑防火材料中的應用

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隨著我國經濟的持續發展,各式豪華、高層建筑相繼拔地而起,而發生火災的機率也隨之增加。據統計,再世界各國發生的火災事故中,建筑火災居于榜首,嚴重威脅國家和人民的生命財產安全。

近幾十年來,全球各個發達國家都特別重視防火材料的研究,特別是阻燃高分子材料。人們日漸認識到:采用防火材料可以有效地降低火災的危害與損失,是預防火災的根本性措施。

建筑材料燃燒性能的分級方法

按照國家標準GB8624-19973的規定,建筑材料的燃燒性能被劃分成四個等級,分別為:

級別

名稱

級別

名稱

A

不燃性材料

B2

可燃性材料

B1

難燃性材料

B3

易燃性材料

不燃性建筑材料,再空氣中遇到火焰或高溫的作用時,不起火、不炭化、不微燃,通常是無機材料。例如大理石、花崗石、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、瓷磚、鋼鐵、銅合金、鋁等。

難燃性建筑材料,在空氣中受到火焰或高溫的作用時,難起火、難炭化、難微燃,當移走火源之后,燃燒或微燃能立即停止,通常是有機、無機的復合材料。比如纖維石膏板、紙面石膏板、水泥刨花板、玻璃棉裝飾吸聲板、礦棉裝飾吸聲板、珍珠巖裝飾吸聲板、難燃中密度纖維板、難燃膠合板、鋁箔復合材料、難燃木材、巖棉裝飾板、難燃酚醛膠合板等。

可燃性建筑材料,在空氣中受到火焰或高溫作用時,會立即起火或微燃,且移走火源后仍可繼續燃燒或微燃。例如各類天然木材、木質人造板、竹材、竹質裝飾板、塑料貼面裝飾板、裝飾薄木貼面板、半硬質PVC塑料地板、木地板、復合木地板、PVC卷材地板、聚酯裝飾板、人造革、墻布、無紡貼墻布、復合壁紙、塑料壁紙、天然材料壁紙等。

易燃性建筑材料,在空氣中受到火焰或高溫作用時,立即起火,且火焰的傳播速度很快。比如有機玻璃、泡沫塑料等有機材料。

建筑防火材料的特點和要求

材料必須滿足三個條件才會燃燒,即點火源、助燃物質和可燃物質。只要破壞或降低其中之一就可以阻止材料的燃燒。

因此,對防火材料存在諸多要求,例如材料阻燃性、耐火性能、防火性能、耐火極限等。阻燃性是對材料添加物質或是進行處理,以此抑制其燃燒,或顯著減弱與延緩材料在燃燒時火焰的擴展,像防火涂料的防火作用就是阻燃。

耐火性能是指在一定時間內,建筑構件、配件或結構滿足標準耐火測試的完整性、穩定性、隔熱性的能力。

防火性能是指暴露在火中的材料、產品、構件發生物理、化學變化或是保持原有的性能。

耐火極限是指在標準耐火測試條件下,建筑構件、配件、結構從受火的作用開始,直至失去穩定性、完整性、隔熱性的這段時間。

阻燃劑的使用和種類

解決材料的抑煙、耐燃、毒氣等問題,最好的方法就是利用阻燃技術,提高建筑所用各類材料的阻燃性,向合成材料中添加阻燃劑。阻燃劑是用以提高材料抗燃性,即阻止材料被引燃與抑制火焰傳播的助劑。易燃的合成材料添加阻燃劑后具備消煙性、自熄性、難燃性。阻燃劑可以有效防止引發火災及抑制火災的蔓延,降低發生火災的機率。

按照阻燃劑和被阻燃基材的關系,阻燃劑分成添加型阻燃劑、反應型阻燃劑、膨脹型阻燃劑三大類。添加型阻燃劑不會和基材中的其它組分發生化學反應,只以物理的方式分散在基材中,用于熱塑性高聚物;反應型阻燃劑參與合成高聚物的化學反應,成為高聚物的單元,多用于熱固性高聚物。

依照元素分類,阻燃劑可分為鹵系、有機磷系、氮系、鹵-磷系、磷-氮系、硼系與硅系、鉬系等。

此外,阻燃劑還可以分為有機阻燃劑與無機阻燃劑,通用阻燃劑、天然高分子材料專用阻燃劑、工程塑料專用阻燃劑、抑煙型阻燃劑、大分子型阻燃劑、小分子型阻燃劑等。近年來,膨脹型阻燃劑的應用研究比較多。

火災中80%的死亡事故都是由煙和有害氣體造成的,造成這種現象的原因一個是煙氣本身的化學成分會對人體造成較大的危害,另一個是煙氣的產生和移動速度很快,尤其是在帶有中庭的建筑物中,“煙囪效應”的形成會使得煙氣更快地擴散,一旦起火,煙氣就會迅速蔓延整個建筑空間?;鴣≈寫罅棵致難濤砘嶠檔突鴣∧詰哪薌?,不利于人員的疏散與火災救援。

因此,“抑煙”與“阻燃”都不可忽視,研發抑煙阻燃劑是十分重要的。就當前的應用情況來說,高聚物材料的抑煙技術大致可分成物理方法與化學方法。物理方法抑煙主要包括包覆、疊層、堵塞、涂覆等,抑煙的主要機理是借助各種物理手段隔絕火焰直接接觸高聚物材料,防止熱量傳入,進而實現減少煙氣產生與降低有毒氣體生成量的目的?;Х椒ㄒ盅淌峭ü砑右盅碳晾詞迪?,這是目前采用最廣泛的一類抑煙技術。

通常來說,凡是可以捕捉或抑制熱分解產物與燃燒產物的物質均可作為抑煙劑使用。根據抑煙劑的作用機理不同,可將其分為吸附性和反應型兩大類。前者主要是起吸附作用,使熱分解產物或燃燒產物不致擴散到空氣中形成煙霧;后者主要是通過與熱分解產物或燃燒產物發生化學反應,生成密度較大的、不易成煙的物質。無機阻燃劑的發煙性通常要比有機阻燃劑小,大多具有一定的抑煙作用(如氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅等)。

總結

人們的環保意識不斷地加強,社會倡導的是綠色化學、環境友好阻燃試劑。因而,對阻燃劑的開發提出了更高的要求,阻燃劑除了要高效阻燃、無毒、無致癌性,還要在燃燒時無煙霧、無重金屬、無有毒氣體,且低成本、容易再生、易回收利用。

同時,阻燃技術也在不斷地更新和發展,原來單一成分的阻燃劑研究少了,更多的是探討多組分的有協同效應的阻燃劑;研究膨脹型阻燃體系、無鹵阻燃聚合物體系、納米材料和納米技術在阻燃劑中的應用。

此外,無機阻燃劑也是一類有潛力的阻燃劑,這類阻燃劑阻燃效果好,能抑煙和抑鹵化氫的作用,可以同時實現“阻燃”和“抑煙”或者使兩者能達到和諧的統一。阻燃劑的超細化、表面處理技術是阻燃劑今后的主要研究方向。

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