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        聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術(shù)在建筑外墻中的應(yīng)用

        2021-04-02 04:57:44
        粘接 2021年3期
        關(guān)鍵詞:泡沫塑料發(fā)性聚苯乙烯

        朱 瀟

        (武警廣州指揮學(xué)院,廣州 510000)

        長(zhǎng)期以來(lái),EPS和XPS即聚苯乙烯泡沫和擠塑聚苯乙烯泡沫,均以隔熱、保溫、質(zhì)輕的性能,一直被廣泛應(yīng)用于外墻保溫系統(tǒng)。但由于其阻燃效果不佳,特別是北京、上海、沈陽(yáng)等地相繼發(fā)生與聚苯乙烯泡沫保溫材料相關(guān)的火災(zāi)以后,國(guó)家對(duì)建筑外墻使用聚苯乙烯泡沫保溫材料制定了嚴(yán)格的阻燃規(guī)定。為了更好地使聚苯乙烯泡沫阻燃技術(shù),在建筑外墻保溫系統(tǒng)中發(fā)揮效應(yīng),本文認(rèn)為必須盡快研發(fā)新型的阻燃技術(shù),使聚苯乙烯泡沫保溫材料及防火、保溫,又有利于環(huán)保,更適用于民眾的生活。

        1 聚苯乙烯泡沫塑料的分類與阻燃指標(biāo)的規(guī)定

        1.1 聚苯乙烯泡沫塑料的分類

        聚苯乙烯保溫材料,按其成型的方式劃分,可分為擠塑聚苯乙烯(XPS)和模塑聚苯乙烯(EPS)兩種[1]。這兩種泡沫材料的共同點(diǎn)是,都為閉孔蜂窩狀結(jié)構(gòu),具有導(dǎo)熱系數(shù)低和吸水率低以及抗壓性能高的特點(diǎn)。

        1.2 國(guó)家對(duì)建筑外墻聚苯乙烯泡沫塑料阻燃指標(biāo)的規(guī)定

        國(guó)家公安部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,對(duì)民用建筑外墻保溫都有明確的防火規(guī)定[2],規(guī)定指出:①民用建筑外墻所用的保溫材料,其燃燒性能宜為A極,且不應(yīng)低于B2級(jí)。②高度≥100m的,其所用保溫材料的燃燒性能應(yīng)為A級(jí);100m以下的,不應(yīng)低于B2級(jí);③其它民建外墻,其高度≥50m的,應(yīng)為A級(jí);高度≥24m<50m的,應(yīng)為A級(jí)或B1級(jí);高度<24m的,不應(yīng)低于b2級(jí)。④建筑幕墻高度≥24m的,其保溫材料的燃燒性能應(yīng)為A級(jí);<24m的,應(yīng)為A級(jí)或B1級(jí)。

        2 聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐意義

        聚苯乙烯泡沫塑料的保溫性能是無(wú)人質(zhì)疑的,其保溫效果也是很好的,已在建筑外墻中得到了廣泛的應(yīng)用[3]。但是,其存在的導(dǎo)熱系數(shù)小、氧指數(shù)小、臨界加熱速率大、氣化熱高、引燃可能性大等這些致命的易燃問(wèn)題,都是引起火災(zāi)的巨大隱患,具體詳見表1。比如南京青少年活動(dòng)中心、北京師范大學(xué)在建的孵化大廈、上海膠州路教師公寓、沈陽(yáng)皇朝萬(wàn)鑫大廈、央視新臺(tái)址園區(qū)文化中心的火災(zāi),都與聚苯乙烯保溫材料相關(guān)。因此,這對(duì)建筑行業(yè)來(lái)講,無(wú)疑要面臨著兩難的抉擇,但是,事實(shí)證明建筑外墻保溫需要聚苯乙烯,只有從根本上消除聚苯乙烯保溫材料易燃的隱患,用好用活阻燃技術(shù)對(duì)其進(jìn)行阻燃改性和阻燃處理,使之符合國(guó)家防火要求才是正確的選擇[4]。

        表1 常見高聚物保溫材料氧指數(shù)一覽表Tab.1 Summary of oxygen index of common polymer insulation materials

        3 聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術(shù)在建筑外墻中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

        自從聚苯乙烯泡沫保溫材料的易燃隱患和其危害性充分暴露以后,在建筑行業(yè)運(yùn)用阻燃技術(shù)對(duì)其進(jìn)行阻燃改性方面的研究,從里就沒(méi)有停止過(guò)。本文結(jié)合多年的工作實(shí)際,從以下幾個(gè)方面,對(duì)實(shí)際應(yīng)用方法進(jìn)行設(shè)計(jì)[5]。

        3.1 在原料合成時(shí)添加阻燃劑聚合阻燃

        在原料合成時(shí)添加阻燃劑,就是指在原料聚合階段添加反應(yīng)型單體,如脂肪族澳化物、雙鍵磷氮類阻燃劑等,以實(shí)現(xiàn)聚苯乙烯的本身阻燃[6]。具體方法有:

        1)一步法制備。就是在原料聚合攪拌階段,就開始阻燃可發(fā)性聚苯乙烯顆粒。隨著攪拌速度的加快,聚苯乙烯顆粒的粒徑也會(huì)隨著復(fù)合分散劑總量的增加而變小。當(dāng)HYCD 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4.3%的時(shí)候,聚苯乙烯泡沫塑料的自熄時(shí)間可低于2.0s;當(dāng)m(HBCD):m(sb2O3)為3.5:1.0時(shí),聚苯乙烯泡沫塑料的自熄時(shí)間可縮短為1.5s[7]。

        2)聚苯乙烯單體與磷酸三酯(TCEP)液體阻燃劑(油溶性)聚合反應(yīng)。其反應(yīng)過(guò)程是,首先,將TCEP(油溶性阻燃劑)加入懸浮聚合聚苯乙烯顆粒中,此時(shí)就可見到TCEP 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)就會(huì)上升,聚合物的溫度反而降低,所需要時(shí)間會(huì)相對(duì)延長(zhǎng),TCEP對(duì)聚合物的影響作用也會(huì)變小;然后再繼續(xù)觀察油溶性阻燃劑即TCEP 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化情況。當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%的時(shí)候,其氧指數(shù)就會(huì)達(dá)到25%,殘?zhí)剂烤涂蛇_(dá)10%。從而既實(shí)現(xiàn)了在聚合過(guò)程中的原位包覆,又達(dá)到了較好的阻燃效果[8]。

        3.2 采用預(yù)發(fā)泡粒子包覆阻燃

        所謂預(yù)發(fā)泡粒子包覆阻燃,就是將硅酸鹽、樹脂、阻燃劑等緊緊地包覆并粘附在可發(fā)性珠?;蚓郾揭蚁╊A(yù)發(fā)泡粒子表面,從而達(dá)到阻燃的效果。其中:使用的阻燃劑多為反應(yīng)型雙鍵磷氮化合物和脂肪族含澳化合物;使用的樹脂多為熱固性樹脂,比如氮基樹脂、酚醛樹脂等。預(yù)發(fā)泡粒子包覆阻燃劑可分為化學(xué)和物理兩種[9]:化學(xué)包覆阻燃就是利用液態(tài)的、含有阻燃劑的樹脂,經(jīng)高溫后更便于流動(dòng)和擴(kuò)散到可發(fā)性聚苯乙烯顆粒的表面。當(dāng)含有阻燃劑的樹脂受熱并固化后,就會(huì)牢固的包覆在可發(fā)性聚苯乙烯顆粒的表面;物理包覆阻燃就是充分利用包覆樹脂的極性(分子中的極性基因),與聚苯乙烯顆粒表面產(chǎn)生物理吸附力,使聚苯乙烯顆粒和阻燃劑、樹脂之間在表面活性劑的作用下,能均勻地、牢固地附著于可發(fā)性聚苯乙烯顆粒的表面,從而形成包覆結(jié)構(gòu)[10],如圖1 所示。此外,經(jīng)常使用的還有硅酸鹽包覆法。其方法是,首先用硅酸鹽對(duì)預(yù)發(fā)泡顆粒進(jìn)行包覆,然后對(duì)包覆層進(jìn)行保護(hù)處理,以防止空氣中的水侵襲而影響阻燃效果。其具體工藝流程如圖2所示。

        圖1 可發(fā)性樹脂的EPS發(fā)泡包覆結(jié)構(gòu)Fig.1 EPS foamed coating structure of expandable resin

        圖2 包覆工藝流程圖Fig.2 Coating process flow chart

        3.3 采用粒子浸漬阻燃劑

        所謂粒子浸漬阻燃劑,就是將發(fā)泡劑、阻燃劑能有效地浸漬到聚苯乙烯顆粒中去,是最終制成的聚苯乙烯泡沫塑料保溫材料,并具有阻燃性能。其制作技術(shù)和過(guò)程是:首先,在將發(fā)泡劑加入到聚苯乙烯水懸浮液中的同時(shí),將阻燃劑(一般是采用有機(jī)澳化物作為阻燃劑)也隨之同時(shí)加入,并以發(fā)泡劑為載體,在加溫加壓的前提之下,一起滲入到聚苯乙烯塑料粒子顆粒之中。然后,在不影響聚苯乙烯制品的前提之下,減少澳化物的用量,以降低其對(duì)聚苯乙烯制品物理性能的不良影響。

        粒子浸漬阻燃技術(shù)是一種以TDB,即過(guò)氧化二異丙苯為協(xié)同劑的阻燃體系。該阻燃技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:①在對(duì)聚苯乙烯與發(fā)泡劑進(jìn)行浸漬處理的同時(shí),可得到阻燃可發(fā)性聚苯乙烯;②在進(jìn)行浸漬處理時(shí),還可以使用五澳苯基烯丙基醚、2,4,6-三澳苯基烯丙基醚的混合物,為阻燃劑進(jìn)行浸漬處理;③單獨(dú)使用澳代苯基烯丙基醚,就能獲得阻燃效果;④實(shí)踐證明,使用該技術(shù)對(duì)制品的拉伸強(qiáng)度、耐熱性、密度等力學(xué)性能均無(wú)不良影響,并且從浸漬的溫度看,低溫會(huì)比高溫的效果更好;⑤在浸漬中使用微米級(jí)六澳環(huán)十二烷時(shí),聚苯乙烯基體的吸收能力至少可達(dá)到70%。這樣,不僅可以減輕聚苯乙烯泡沫塑料物理性能的不良影響,而且還可以降低生產(chǎn)成本。

        3.4 泡沫板材涂覆阻燃劑

        所謂板材涂覆阻燃劑就是在成型后的,聚苯乙烯泡沫塑料板的表面涂覆一層阻燃劑,使阻燃層與聚苯乙烯泡沫塑料板緊緊地粘接在一起,如圖3所示。涂覆阻燃層后的聚苯乙烯泡沫板,遭遇火焰攻擊時(shí),其表面的阻燃層會(huì)起到抵御的作用。由于這種阻燃方法是適用于成型后的聚苯乙烯泡沫塑料板,操作起來(lái)比較方便,所以,很受施工單位的歡迎,應(yīng)用比較廣泛。除此,還有幾種涂覆方法,阻燃效果也比較好。主要有:①在可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料板上涂抹一層防火涂料。該防火涂料由A、B 組分組成,涂覆后構(gòu)成第一道防火硬殼,然后,再在此基礎(chǔ)上加入AI(OH)3、Ti2O2、防火紙纖維漿以及氯化石蠟等,并增調(diào)輕骨料膨脹珍珠巖作為填料。這樣,氧指數(shù)就會(huì)上升,高于32%,大幅提高了阻燃性能,經(jīng)水平燃燒試驗(yàn),其結(jié)果表明該涂覆板材為不燃。②針刺孔法涂覆。方法是先在EPS板上打細(xì)孔,然后,將液料、硅化粉料、注入孔內(nèi),并用硅化液料封閉刺孔,經(jīng)烘干或晾干即可。這種方法可以將普通EPS板阻燃性能提高至A2 級(jí)。不僅如此,它可以較大程度的降低可發(fā)性聚苯乙烯板,燃燒所產(chǎn)生的煙量和煙毒,甚至可達(dá)到t1級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。

        圖3 涂層示意圖Fig.3 Coating schematic

        4 結(jié)語(yǔ)與展望

        4.1 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,聚苯乙烯泡沫塑料在建筑外墻保溫中具有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值,但同時(shí)由于其存在的易燃性缺陷,又存在著很大的安全隱患。為了解決這個(gè)矛盾,本文重點(diǎn)結(jié)合多年的工作實(shí)踐,對(duì)聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了系列探索,在國(guó)內(nèi)、國(guó)際都還沒(méi)有研究出特別有效的阻燃辦法之前,以上這些阻燃技術(shù)的應(yīng)用,在建筑外墻保溫中還是能夠起到較好阻燃作用的。

        表2 4種阻燃技術(shù)應(yīng)用情況對(duì)照一覽表Tab.2 comparison list of application of four flame retardant technologies

        4.2 展望

        以上聚苯乙烯泡沫塑料4種阻燃技術(shù),在建筑外墻中的應(yīng)用,目前是比較廣泛的,也是截至目前最為有效的阻燃方法。但是,我們應(yīng)該清醒的認(rèn)識(shí)到兩個(gè)問(wèn)題:一是對(duì)已經(jīng)應(yīng)用的阻燃技術(shù),還需進(jìn)行深入研究,克服存在的缺陷,提高阻燃級(jí)別,詳見表2;二是對(duì)照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),建筑外墻保溫阻燃技術(shù),深入研究的空間還很大,任務(wù)還非常艱巨,作為建筑人擔(dān)子還很重。

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