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阻燃防火材料的前世今生

近一个月大家遇见了几场大火——伦敦西部一座20多层的公寓楼突发大火,杭州高档小区住宅大火,江苏民宅纵火案,此外还有大大小小的火灾不计其数。排除自然火灾,这些发生在大家城市社区的住宅着火案,其实在很多时候是可以避免的,但是由于各个环节的不重视,导致火灾造成极大的人员和财产损失。在建筑材料领域,大家的老祖先就想到了材料阻燃,随着建筑材料的改变,结构的复杂,阻燃材料也得到极大的发展。事实上,在小编看来,如果大家能重视阻燃材料在建筑上的应用,很多住宅的火灾或许是可以避免的,这些惨剧也不会发生!

我国阻燃科技前身

五千年前

我国就有木架结构连片建筑,大家的祖先已经开始探索建筑防火的技术,在甘肃秦安大地湾大型公共建筑的木柱周围,人们用泥土构筑了“防火保护层”,并用一层坚固防火涂料(胶结材料)涂抹于木柱上,其遗址保持至今。 

秦安大地湾遗址

春秋时期

就有“火所未至,撤小屋,涂大屋”的火灾预防办法。战国时的思想家墨子,在《墨子》一书中,提出许多防火技术措施。

元代时期

著名的农学家王祯在他的《农书》中对于建筑防火和防火材料更有详尽的论述,他提出了“火得木而生,得水而熄,至土而尽”的理论,由此研制了“用砖屑为末,白善泥、桐油、枯莩碳、石灰”等五种材料,然后用“糯米胶”调和出一种比较原始的防火材料。

明代时期

人们为确保盛放皇帝銮驾仪仗等器物的仓库万无一失,仓库除沿护城河设置外,还建造了绝对可靠5米厚的白壁青瓦马头墙防火隔墙,在房间内充填三合土,直到顶部,用夯压,最后封砖盖瓦。

西方阻燃科技发展历程

公元前450年

希腊人将木材浸渍于硫酸铝钾溶液中可赋予木材一定程度的阻燃性。

公元前200年

罗马人在硫酸铝钾浸液中加入了醋,提高了木材的阻燃耐久性。

公元前83年

古罗马报道了阻燃技术在军事上的应用,采用以头发增强的粘土做成的涂层来保护围城塔,以免被纵火材料毁坏。

1638年

法国的NikolasSabbatini发表文献,提出用陶土和熟石膏作为填料加入涂料中以用于处理剧院的帆布窗帘而使其获得阻燃性,并制备过一种难燃织物以及衣服。

1735年

英国Wylsd获得了以矾液、硼砂及硫酸亚铁阻燃处理木材和纺织品的专利(英国专利号551)。

1786年

Arfird建议用硫酸铵做阻燃剂的混合物组份。

1821年

有关阻燃纤维的科学和理论的基础研究是从法国的J.L.Gav-Lussac开始的。他发现,硫酸、盐酸和磷酸的铵盐对大麻和亚麻都具有很好的阻燃性,采用氯化铵、磷酸和硼砂的混合物,阻燃效率更可显著提高。这个研究成果经受了时间的考验,至今仍被使用。

巴黎歌剧院中的阻燃纺织品

1859年

英国Versmannt和Oppenheim将磷酸铵、氯化铵、硼砂、硫酸铵、锡酸铵等应用于织物阻燃,并申请用氧化锡沉淀于织物而赋予织物阻燃性的专利。 

1908年

英国G.AEngelard和H.H.Day用天然橡胶与氯气反应制备氯化橡胶,开创化学方法改性聚合物的先河。

1913年

Perkin用铵盐和硫酸盐处理织物获得阻燃性能。

1930年

氯化石蜡和氧化锑的协效体系开始应用于阻燃材料。

1950年之后

Hooker企业开发反应型单体氯茵酸,研制出不然饱和聚酯。

20世纪后半叶

塑料、合成橡胶及合成纤维三大合成材料被广泛应用于国民经济和人民生活的各个方面,但是这些聚合物材料是易燃物质,从而导致火灾的发生频繁。

聚合物燃烧过程反应示意图

燃烧三要素和四面体

有机卤系阻燃剂分析

目前,有机卤系阻燃剂仍然是最主要的阻燃剂产品之一,共近百个品种。卤系阻燃剂适用性非常强,在许多应用领域,其仍然占据重要地位。

卤系阻燃剂在气相捕捉自由基实现阻燃反应示意图

然而,部分卤系阻燃剂在环保及安全方面的问题日益显现。越来越多的机构和个人对部分溴系阻燃剂持审慎态度。伴随着《RoHS》、REACH《斯德哥尔摩公约》等指令的出台和实施,阻燃剂无溴化乃至无卤化的进程将越走越快。

二噁英和多氯代联苯的迁移示意图

目前,苹果、SAMSUNG、惠普、戴尔等企业均承诺逐渐停用溴系阻燃剂。阻燃材料的无卤化势在必行!

环保阻燃剂先容

无机系阻燃剂虽然没有环保方面的问题,但因其阻燃效率低,添加量大,容易降低材料本身机械性能的关系,往往用于对机械强度性能要求不高的材料,且往往需要添加溴系阻燃剂以提高协同阻燃效率,其应用领域具有一定的限制性。

有机磷系阻燃剂具有环保方面的优势,作为替代有机卤系阻燃剂的优先选择之一。目前,产业界正着力于开发新型低毒低烟、无污染的阻燃剂和阻燃材料。

现在性能最有益的建筑绝热阻燃材料当属二氧化硅气凝胶,气凝胶的导热系数可达到0.010w/m•k以下,远低于常温下静态空气0.025w/m•k的导热系数,具有其他材料无法比拟的隔热保温效果,且密度低,防水阻燃,绿色环保,防酸碱,耐腐蚀,不易老化,使用寿命长,目前气凝胶的防火阻燃可以达到A级,这是其他传统材料所无法比拟的,产品具有很高的附加值,因此被称为超级保温阻燃材料。

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