彭月飛，朱行坤

（1.四川恒增裝配式建筑科技有限公司，四川 綿陽 621704；2.大連理工大學精細化工國家重點實驗室，遼寧 大連 116023）

0 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源消耗與日俱增，據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)單位面積建筑能耗是相近氣候發(fā)達國家的3~5倍[1]，建筑節(jié)能技術(shù)應用發(fā)展滯后。為了應對日益嚴峻的能源危機，國家大力鼓勵發(fā)展建筑節(jié)能技術(shù)，助力國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。目前國內(nèi)建筑保溫材料主要有兩大類[2]：第一類是有機聚合物發(fā)泡材料，第二類是無機保溫材料。其中有機聚合物發(fā)泡材料以高分子聚合物為基材，輔以發(fā)泡劑、阻燃劑等助劑。有機類中的EPS兼具耐候性好和價廉等優(yōu)勢，因而得到廣泛應用。

聚苯乙烯的極限氧指數(shù)只有18%左右，而EPS多孔結(jié)構(gòu)也會加速其燃燒，且EPS燃燒過程會生成大量的熱和煙，嚴重危害人們生命財產(chǎn)安全。為了降低EPS的燃燒性能，提高其安全性，需要對其進行阻燃改性，提高其不燃等級。EPS的阻燃改性需要考慮改性工藝和阻燃劑的添加種類，在提升不燃等級的同時保證保溫性能。

1 阻燃改性工藝

EPS的阻燃改性工藝主要分為分子聚合、聚合共混、包覆、浸漬和涂層，其中分子聚合和聚合共混是在苯乙烯聚合階段進行阻燃改性，包覆改性是指對發(fā)泡后的聚苯乙烯顆粒進行包覆阻燃改性，而浸漬改性和涂層改性均針對于已經(jīng)成型的EPS板。

1.1 分子聚合改性

分子聚合改性是在苯乙烯聚合階段加入具有可參與聚合反應基團的反應型阻燃劑，通過聚合反應將阻燃元素引入聚苯乙烯的主鏈或支鏈，達到本體阻燃的目的。常用的反應型阻燃有乙烯基含磷單體、丙烯酸五溴芐酯、五溴氯環(huán)己烷（FR-5）和雙（2，3-二溴丙基）反丁烯二酸酯（FR-2）等。吳健夫等[3]將FR-5和FR-2分別作為聚苯乙烯的反應型阻燃劑，對比了兩種阻燃劑的阻燃效果，結(jié)果表明FR-5的阻燃性能優(yōu)于FR-2，但FR-2比FR-5更易獲得。

分子聚合改性阻燃在分子水平上將阻燃元素引入，阻燃劑分布均勻、阻燃效率高且阻燃體系穩(wěn)定，但可選擇的阻燃劑范圍小，成本高，不易推廣。

1.2 聚合共混改性

聚合共混改性是在苯乙烯聚合階段加入阻燃劑，阻燃劑可以均勻分布在聚苯乙烯內(nèi)部，提高阻燃劑的利用率，從而提升其阻燃效率。常用的聚合共混改性阻燃劑主要是機磷酸酯阻燃劑，BASF公司[4]將膨脹石墨與磷酸酯等磷系阻燃劑復配代替HBCD，提升阻燃等級的同時改善聚苯乙烯的保溫性能。

聚合共混改性阻燃阻燃劑分布均勻，阻燃效率高，是目前EPS阻燃改性的主流。但阻燃劑選擇范圍小，添加量較低，否則會影響苯乙烯的聚合和發(fā)泡，因此對阻燃性能的提升有限。

1.3 包覆改性

包覆改性是針對發(fā)泡后的EPS顆粒，通過膠結(jié)材料的粘連將阻燃劑包覆在EPS顆粒的表面，從而提升其阻燃性能。常用膠結(jié)材料有酚醛樹脂、聚氨酯、水泥和硅溶膠等，ZHANG S等[5]以乙二醇改性的三聚氰胺—甲醛（EMF）樹脂為膠結(jié)材料，將該膠結(jié)材料微膠囊化改性聚磷酸銨（MCAPP），以其為阻燃劑對EPS顆粒進行包覆改性。當MCAPP為43%時，EPS的極限氧指數(shù)提升至31.4%，燃燒過程的熱釋放和煙釋放顯著降低，安全性能明顯提升，同時材料的耐水性和抗沖擊強度得到提升。

相比于在聚合階段進行阻燃改性，對發(fā)泡后的阻燃劑選擇范圍廣，添加量可調(diào)范圍大，有望達到更高的阻燃級別。但阻燃劑只在EPS顆粒的表面，阻燃劑分布不均勻，阻燃效率低，為了達到預期的阻燃級別，往往需要較大的添加量。

1.4 浸漬改性

浸漬改性是指通過加壓或者真空等方式將防火漿液滲入EPS板的孔隙中，從而提升EPS阻燃性能。S.Hamdani-Devarennes等[6]將勃姆石和聚乙烯醇組成的阻燃浸漬液通過常壓滲透的方式進入EPS板，納米勃姆石可以提高炭層強度，從而提升材料的燃燒等級。

與包覆改性相比，浸漬改性不會影響EPS顆粒之間的粘連，因此降低對材料的力學性能影響。但由于滲透需求，阻燃劑顆粒的粒度要求要更小，且浸漬改性的浸漬量不易控制。

1.5 涂層改性

與浸漬改性類似，涂層改性同樣是針對EPS板。通過在成型后的EPS板表面涂敷防火層，提升材料的阻燃性能。WANG Y C等[7]通過溶膠—凝膠法成功在EPS板表面涂敷硅粉基薄膜，材料的引燃時間得到顯著延長，極限氧指數(shù)由21.2%提升至38.5%，阻燃性能明顯提升。

涂層改性只作用于EPS板表面，對EPS板的力學性能幾乎無影響，涂層脫落或者受到破壞即會失去對EPS板的保護作用，易失效。

2 阻燃劑

阻燃EPS常用的阻燃劑主要由鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、膨脹阻燃劑和金屬氫氧化物阻燃劑等。其中鹵系阻燃劑因阻燃效率高，跟EPS相容性好等優(yōu)勢曾被廣泛應用，然而因在其生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量有機污染物，對環(huán)境尤其是水資源污染嚴重，并且其燃燒過程中會產(chǎn)生強致癌物二噁英等有害物質(zhì)，因而遭到禁用[8]。

2.1 磷系阻燃劑

磷系阻燃劑主要包含有機磷、無機磷酸鹽和紅磷等。ZHU Z M等[9]通過溶膠—凝膠法對硅烷（NTMS）進行磷酸化改性，得到全新的有機磷類阻燃劑P（NTMS-PA），并將其通過包覆改性工藝引入EPS中，結(jié)果表明，57wt%的P（NTMS-PA）添加量可以將EPS的極限氧指數(shù)提升至31%，顯著提升其阻燃性能。磷系阻燃劑以凝聚相阻燃機理為主，通過分解產(chǎn)生磷酸，磷酸與-OH可以發(fā)生酯化作用形成保護炭層，由于PS本身不含有-OH，因此磷系阻燃劑單獨使用時對PS阻燃并不高效。

2.2 膨脹阻燃劑

為了提升磷系阻燃劑的阻燃效率，往往將其與炭源（多-OH有機物）復配使用，提升體系的成炭作用，并加入三聚氰胺等氣源作為炭層的發(fā)泡劑，使炭層膨脹從而提升其隔離作用，由此構(gòu)成化學膨脹阻燃劑（IFR）。CAO B等[10]將三聚氰胺改性的脲醛樹脂（MUF）作為IFR的膠結(jié)材料和阻燃協(xié)效劑對EPS進行包覆改性，當MUF和IFR的添加比例為3:4，且總的添加量為58wt%時，EPS的極限氧指數(shù)由18%提升至36%，且燃燒過程的熱釋放和生煙量顯著降低，材料安全性能大幅提升。燃燒過程中，IFR與MUF協(xié)效可形成完整的中空炭層，隔離保護基體。孫銘等[11]以聚氨酯為膠結(jié)材料，膨脹石墨為阻燃劑對EPS進行包覆改性，可以將材料的阻燃等級提升至B1級，同時可滿足建筑節(jié)能65%的要求。

2.3 金屬氫氧化物阻燃劑

金屬氫氧化物阻燃劑主要包括氫氧化鋁和氫氧化鎂等，其主要通過分解吸熱來延緩聚合物的降解和產(chǎn)生水蒸汽稀釋氣相可燃物濃度，同時生成的氧化物可以作為隔離層保護基體，從而降低聚合物的燃燒性能?；蒿w等[12]以水泥作為膠結(jié)材料，氫氧化鎂作為阻燃劑對EPS進行包覆改性，氫氧化鎂的吸熱作用可以顯著降低材料的熱值，從而成功制備A2級EPS板。由于金屬氫氧化物阻燃劑的阻燃效率較低，需要較大的添加量才能達到預期的阻燃等級，這往往會增加EPS板的密度同時降低材料的保溫性能。

3 結(jié)語

隨著EPS板阻燃等級要求的提升，單一的阻燃改性工藝和阻燃劑已很難滿足要求。不同改性工藝的結(jié)合、新改性工藝的開發(fā)以及更加高效環(huán)保的阻燃體系的研究日益關(guān)鍵。同時，隨著國家對建筑節(jié)能效率要求的提高，引入氣凝膠等新材料與阻燃劑復配，在提升阻燃性能的同時兼顧保溫性能的提升，助力經(jīng)濟健康可持續(xù)發(fā)展。