聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術在建筑外墻中的應用

朱 瀟

（武警廣州指揮學院，廣州 510000）

長期以來，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、質輕的性能，一直被廣泛應用于外墻保溫系統(tǒng)。但由于其阻燃效果不佳，特別是北京、上海、沈陽等地相繼發(fā)生與聚苯乙烯泡沫保溫材料相關的火災以后，國家對建筑外墻使用聚苯乙烯泡沫保溫材料制定了嚴格的阻燃規(guī)定。為了更好地使聚苯乙烯泡沫阻燃技術，在建筑外墻保溫系統(tǒng)中發(fā)揮效應，本文認為必須盡快研發(fā)新型的阻燃技術，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是，都為閉孔蜂窩狀結構，具有導熱系數(shù)低和吸水率低以及抗壓性能高的特點。

1.2 國家對建筑外墻聚苯乙烯泡沫塑料阻燃指標的規(guī)定

國家公安部、住房和城鄉(xiāng)建設部，對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，且不應低于B2級。②高度≥100m的，其所用保溫材料的燃燒性能應為A級；100m以下的，不應低于B2級；③其它民建外墻，其高度≥50m的，應為A級；高度≥24m＜50m的，應為A級或B1級；高度＜24m的，不應低于b2級。④建筑幕墻高度≥24m的，其保溫材料的燃燒性能應為A級；＜24m的，應為A級或B1級。

2 聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術應用的實踐意義

聚苯乙烯泡沫塑料的保溫性能是無人質疑的，其保溫效果也是很好的，已在建筑外墻中得到了廣泛的應用[3]。但是，其存在的導熱系數(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題，都是引起火災的巨大隱患，具體詳見表1。比如南京青少年活動中心、北京師范大學在建的孵化大廈、上海膠州路教師公寓、沈陽皇朝萬鑫大廈、央視新臺址園區(qū)文化中心的火災，都與聚苯乙烯保溫材料相關。因此，這對建筑行業(yè)來講，無疑要面臨著兩難的抉擇，但是，事實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，用好用活阻燃技術對其進行阻燃改性和阻燃處理，使之符合國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在建筑外墻中的應用設計

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)運用阻燃技術對其進行阻燃改性方面的研究，從里就沒有停止過。本文結合多年的工作實際，從以下幾個方面，對實際應用方法進行設計[5]。

3.1 在原料合成時添加阻燃劑聚合阻燃

在原料合成時添加阻燃劑，就是指在原料聚合階段添加反應型單體，如脂肪族澳化物、雙鍵磷氮類阻燃劑等，以實現(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隨著復合分散劑總量的增加而變小。當HYCD 的質量分數(shù)大于4.3%的時候，聚苯乙烯泡沫塑料的自熄時間可低于2.0s；當m（HBCD）：m（sb2O3）為3.5：1.0時，聚苯乙烯泡沫塑料的自熄時間可縮短為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。其反應過程是，首先，將TCEP（油溶性阻燃劑）加入懸浮聚合聚苯乙烯顆粒中，此時就可見到TCEP 的質量分數(shù)就會上升，聚合物的溫度反而降低，所需要時間會相對延長，TCEP對聚合物的影響作用也會變小；然后再繼續(xù)觀察油溶性阻燃劑即TCEP 的質量分數(shù)變化情況。當質量分數(shù)達到4%的時候，其氧指數(shù)就會達到25%，殘?zhí)剂烤涂蛇_10%。從而既實現(xiàn)了在聚合過程中的原位包覆，又達到了較好的阻燃效果[8]。

3.2 采用預發(fā)泡粒子包覆阻燃

所謂預發(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)性珠粒或聚苯乙烯預發(fā)泡粒子表面，從而達到阻燃的效果。其中：使用的阻燃劑多為反應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。預發(fā)泡粒子包覆阻燃劑可分為化學和物理兩種[9]：化學包覆阻燃就是利用液態(tài)的、含有阻燃劑的樹脂，經(jīng)高溫后更便于流動和擴散到可發(fā)性聚苯乙烯顆粒的表面。當含有阻燃劑的樹脂受熱并固化后，就會牢固的包覆在可發(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，從而形成包覆結構[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，首先用硅酸鹽對預發(fā)泡顆粒進行包覆，然后對包覆層進行保護處理，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)泡包覆結構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。其制作技術和過程是：首先，在將發(fā)泡劑加入到聚苯乙烯水懸浮液中的同時，將阻燃劑（一般是采用有機澳化物作為阻燃劑）也隨之同時加入，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，以降低其對聚苯乙烯制品物理性能的不良影響。

粒子浸漬阻燃技術是一種以TDB，即過氧化二異丙苯為協(xié)同劑的阻燃體系。該阻燃技術的優(yōu)點是：①在對聚苯乙烯與發(fā)泡劑進行浸漬處理的同時，可得到阻燃可發(fā)性聚苯乙烯；②在進行浸漬處理時，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，為阻燃劑進行浸漬處理；③單獨使用澳代苯基烯丙基醚，就能獲得阻燃效果；④實踐證明，使用該技術對制品的拉伸強度、耐熱性、密度等力學性能均無不良影響，并且從浸漬的溫度看，低溫會比高溫的效果更好；⑤在浸漬中使用微米級六澳環(huán)十二烷時，聚苯乙烯基體的吸收能力至少可達到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，其表面的阻燃層會起到抵御的作用。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，操作起來比較方便，所以，很受施工單位的歡迎，應用比較廣泛。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，涂覆后構成第一道防火硬殼，然后，再在此基礎上加入AI（OH）3、Ti2O2、防火紙纖維漿以及氯化石蠟等，并增調輕骨料膨脹珍珠巖作為填料。這樣，氧指數(shù)就會上升，高于32%，大幅提高了阻燃性能，經(jīng)水平燃燒試驗，其結果表明該涂覆板材為不燃。②針刺孔法涂覆。方法是先在EPS板上打細孔，然后，將液料、硅化粉料、注入孔內，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。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，甚至可達到t1級的標準。

圖3 涂層示意圖Fig.3 Coating schematic

4 結語與展望

4.1 結語

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用價值，但同時由于其存在的易燃性缺陷，又存在著很大的安全隱患。為了解決這個矛盾，本文重點結合多年的工作實踐，對聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技術的應用進行了系列探索，在國內、國際都還沒有研究出特別有效的阻燃辦法之前，以上這些阻燃技術的應用，在建筑外墻保溫中還是能夠起到較好阻燃作用的。

表2 4種阻燃技術應用情況對照一覽表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，在建筑外墻中的應用，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，我們應該清醒的認識到兩個問題：一是對已經(jīng)應用的阻燃技術，還需進行深入研究，克服存在的缺陷，提高阻燃級別，詳見表2；二是對照國家標準，建筑外墻保溫阻燃技術，深入研究的空間還很大，任務還非常艱巨，作為建筑人擔子還很重。