聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术在建筑外墙中的应用

朱 潇

（武警广州指挥学院，广州 510000）

长期以来，EPS和XPS即聚苯乙烯泡沫和挤塑聚苯乙烯泡沫，均以隔热、保温、质轻的性能，一直被广泛应用于外墙保温系统。但由于其阻燃效果不佳，特别是北京、上海、沈阳等地相继发生与聚苯乙烯泡沫保温材料相关的火灾以后，国家对建筑外墙使用聚苯乙烯泡沫保温材料制定了严格的阻燃规定。为了更好地使聚苯乙烯泡沫阻燃技术，在建筑外墙保温系统中发挥效应，本文认为必须尽快研发新型的阻燃技术，使聚苯乙烯泡沫保温材料及防火、保温，又有利于环保，更适用于民众的生活。

1 聚苯乙烯泡沫塑料的分类与阻燃指标的规定

1.1 聚苯乙烯泡沫塑料的分类

聚苯乙烯保温材料，按其成型的方式划分，可分为挤塑聚苯乙烯（XPS）和模塑聚苯乙烯（EPS）两种[1]。这两种泡沫材料的共同点是，都为闭孔蜂窝状结构，具有导热系数低和吸水率低以及抗压性能高的特点。

1.2 国家对建筑外墙聚苯乙烯泡沫塑料阻燃指标的规定

国家公安部、住房和城乡建设部，对民用建筑外墙保温都有明确的防火规定[2]，规定指出：①民用建筑外墙所用的保温材料，其燃烧性能宜为A极，且不应低于B2级。②高度≥100m的，其所用保温材料的燃烧性能应为A级；100m以下的，不应低于B2级；③其它民建外墙，其高度≥50m的，应为A级；高度≥24m＜50m的，应为A级或B1级；高度＜24m的，不应低于b2级。④建筑幕墙高度≥24m的，其保温材料的燃烧性能应为A级；＜24m的，应为A级或B1级。

2 聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术应用的实践意义

聚苯乙烯泡沫塑料的保温性能是无人质疑的，其保温效果也是很好的，已在建筑外墙中得到了广泛的应用[3]。但是，其存在的导热系数小、氧指数小、临界加热速率大、气化热高、引燃可能性大等这些致命的易燃问题，都是引起火灾的巨大隐患，具体详见表1。比如南京青少年活动中心、北京师范大学在建的孵化大厦、上海胶州路教师公寓、沈阳皇朝万鑫大厦、央视新台址园区文化中心的火灾，都与聚苯乙烯保温材料相关。因此，这对建筑行业来讲，无疑要面临着两难的抉择，但是，事实证明建筑外墙保温需要聚苯乙烯，只有从根本上消除聚苯乙烯保温材料易燃的隐患，用好用活阻燃技术对其进行阻燃改性和阻燃处理，使之符合国家防火要求才是正确的选择[4]。

表1 常见高聚物保温材料氧指数一览表Tab.1 Summary of oxygen index of common polymer insulation materials

3 聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术在建筑外墙中的应用设计

自从聚苯乙烯泡沫保温材料的易燃隐患和其危害性充分暴露以后，在建筑行业运用阻燃技术对其进行阻燃改性方面的研究，从里就没有停止过。本文结合多年的工作实际，从以下几个方面，对实际应用方法进行设计[5]。

3.1 在原料合成时添加阻燃剂聚合阻燃

在原料合成时添加阻燃剂，就是指在原料聚合阶段添加反应型单体，如脂肪族澳化物、双键磷氮类阻燃剂等，以实现聚苯乙烯的本身阻燃[6]。具体方法有：

1）一步法制备。就是在原料聚合搅拌阶段，就开始阻燃可发性聚苯乙烯颗粒。随着搅拌速度的加快，聚苯乙烯颗粒的粒径也会随着复合分散剂总量的增加而变小。当HYCD 的质量分数大于4.3%的时候，聚苯乙烯泡沫塑料的自熄时间可低于2.0s；当m（HBCD）：m（sb2O3）为3.5：1.0时，聚苯乙烯泡沫塑料的自熄时间可缩短为1.5s[7]。

2）聚苯乙烯单体与磷酸三酯（TCEP）液体阻燃剂（油溶性）聚合反应。其反应过程是，首先，将TCEP（油溶性阻燃剂）加入悬浮聚合聚苯乙烯颗粒中，此时就可见到TCEP 的质量分数就会上升，聚合物的温度反而降低，所需要时间会相对延长，TCEP对聚合物的影响作用也会变小；然后再继续观察油溶性阻燃剂即TCEP 的质量分数变化情况。当质量分数达到4%的时候，其氧指数就会达到25%，残碳量就可达10%。从而既实现了在聚合过程中的原位包覆，又达到了较好的阻燃效果[8]。

3.2 采用预发泡粒子包覆阻燃

所谓预发泡粒子包覆阻燃，就是将硅酸盐、树脂、阻燃剂等紧紧地包覆并粘附在可发性珠粒或聚苯乙烯预发泡粒子表面，从而达到阻燃的效果。其中：使用的阻燃剂多为反应型双键磷氮化合物和脂肪族含澳化合物；使用的树脂多为热固性树脂，比如氮基树脂、酚醛树脂等。预发泡粒子包覆阻燃剂可分为化学和物理两种[9]：化学包覆阻燃就是利用液态的、含有阻燃剂的树脂，经高温后更便于流动和扩散到可发性聚苯乙烯颗粒的表面。当含有阻燃剂的树脂受热并固化后，就会牢固的包覆在可发性聚苯乙烯颗粒的表面；物理包覆阻燃就是充分利用包覆树脂的极性（分子中的极性基因），与聚苯乙烯颗粒表面产生物理吸附力，使聚苯乙烯颗粒和阻燃剂、树脂之间在表面活性剂的作用下，能均匀地、牢固地附着于可发性聚苯乙烯颗粒的表面，从而形成包覆结构[10]，如图1 所示。此外，经常使用的还有硅酸盐包覆法。其方法是，首先用硅酸盐对预发泡颗粒进行包覆，然后对包覆层进行保护处理，以防止空气中的水侵袭而影响阻燃效果。其具体工艺流程如图2所示。

图1 可发性树脂的EPS发泡包覆结构Fig.1 EPS foamed coating structure of expandable resin

图2 包覆工艺流程图Fig.2 Coating process flow chart

3.3 采用粒子浸渍阻燃剂

所谓粒子浸渍阻燃剂，就是将发泡剂、阻燃剂能有效地浸渍到聚苯乙烯颗粒中去，是最终制成的聚苯乙烯泡沫塑料保温材料，并具有阻燃性能。其制作技术和过程是：首先，在将发泡剂加入到聚苯乙烯水悬浮液中的同时，将阻燃剂（一般是采用有机澳化物作为阻燃剂）也随之同时加入，并以发泡剂为载体，在加温加压的前提之下，一起渗入到聚苯乙烯塑料粒子颗粒之中。然后，在不影响聚苯乙烯制品的前提之下，减少澳化物的用量，以降低其对聚苯乙烯制品物理性能的不良影响。

粒子浸渍阻燃技术是一种以TDB，即过氧化二异丙苯为协同剂的阻燃体系。该阻燃技术的优点是：①在对聚苯乙烯与发泡剂进行浸渍处理的同时，可得到阻燃可发性聚苯乙烯；②在进行浸渍处理时，还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，为阻燃剂进行浸渍处理；③单独使用澳代苯基烯丙基醚，就能获得阻燃效果；④实践证明，使用该技术对制品的拉伸强度、耐热性、密度等力学性能均无不良影响，并且从浸渍的温度看，低温会比高温的效果更好；⑤在浸渍中使用微米级六澳环十二烷时，聚苯乙烯基体的吸收能力至少可达到70%。这样，不仅可以减轻聚苯乙烯泡沫塑料物理性能的不良影响，而且还可以降低生产成本。

3.4 泡沫板材涂覆阻燃剂

所谓板材涂覆阻燃剂就是在成型后的，聚苯乙烯泡沫塑料板的表面涂覆一层阻燃剂，使阻燃层与聚苯乙烯泡沫塑料板紧紧地粘接在一起，如图3所示。涂覆阻燃层后的聚苯乙烯泡沫板，遭遇火焰攻击时，其表面的阻燃层会起到抵御的作用。由于这种阻燃方法是适用于成型后的聚苯乙烯泡沫塑料板，操作起来比较方便，所以，很受施工单位的欢迎，应用比较广泛。除此，还有几种涂覆方法，阻燃效果也比较好。主要有：①在可发性聚苯乙烯泡沫塑料板上涂抹一层防火涂料。该防火涂料由A、B 组分组成，涂覆后构成第一道防火硬壳，然后，再在此基础上加入AI（OH）3、Ti2O2、防火纸纤维浆以及氯化石蜡等，并增调轻骨料膨胀珍珠岩作为填料。这样，氧指数就会上升，高于32%，大幅提高了阻燃性能，经水平燃烧试验，其结果表明该涂覆板材为不燃。②针刺孔法涂覆。方法是先在EPS板上打细孔，然后，将液料、硅化粉料、注入孔内，并用硅化液料封闭刺孔，经烘干或晾干即可。这种方法可以将普通EPS板阻燃性能提高至A2 级。不仅如此，它可以较大程度的降低可发性聚苯乙烯板，燃烧所产生的烟量和烟毒，甚至可达到t1级的标准。

图3 涂层示意图Fig.3 Coating schematic

4 结语与展望

4.1 结语

综上所述，聚苯乙烯泡沫塑料在建筑外墙保温中具有非常广泛的应用价值，但同时由于其存在的易燃性缺陷，又存在着很大的安全隐患。为了解决这个矛盾，本文重点结合多年的工作实践，对聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术的应用进行了系列探索，在国内、国际都还没有研究出特别有效的阻燃办法之前，以上这些阻燃技术的应用，在建筑外墙保温中还是能够起到较好阻燃作用的。

表2 4种阻燃技术应用情况对照一览表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种阻燃技术，在建筑外墙中的应用，目前是比较广泛的，也是截至目前最为有效的阻燃方法。但是，我们应该清醒的认识到两个问题：一是对已经应用的阻燃技术，还需进行深入研究，克服存在的缺陷，提高阻燃级别，详见表2；二是对照国家标准，建筑外墙保温阻燃技术，深入研究的空间还很大，任务还非常艰巨，作为建筑人担子还很重。