改性难燃B1级PIR硬泡研发的最新成果及应用前景

1改性难燃B1级PIR硬泡研发的最新成果及应用前景――吸取三大火灾教训，应用新型防火材料是当务之急上海精洽科贸有限公司杨宗焜杨玉楠华校生广州朗腾聚氨酯有限公司沈克敏摘要：在十一五期间，我国出现以央视大火、上海“11.15”大火、沈阳第一高楼大火为典型建筑火灾，引发火灾的元凶是我国大量应用有严重火灾隐患的易燃有机保温材料。从材料的源头上治理、解决建筑节能中的防火安全问题已迫在眉睫。以杨宗焜教授为首的研发团队在为创建我国建筑外保温防火安全体系的科学实验和新材料的研制中，第一个提出“碳化层理论”和“火灾性能”理论，对易燃的有机保温材料进行大量的科学实验和研发，成功研发了低碳、低烟、低毒的B1级硬质难燃(PlR)聚氨酯泡沫，又通过合作企业的共同努力，已经在一些企业将成果转化为产品。如果该成果能得到政府和企业的进一步支持和扶持，将会有更广泛应用和推广价值，这将为我国扼制类似三大火灾案例为标记的建筑频发火灾势头具有积极的意义。关键词：燃烧性能火灾性能碳化结构中小试验大型试验0引言最新成功研发的既节能保温又防火安全的低碳、低烟、低毒的B1级硬质难燃(PlR)聚氨酯泡沫，其科技成果领先国内外，不仅氧指数指标达国际先进水平，而且在烟雾毒性指标也均处于国际、国内领先地位。该成果可广泛用于建筑外墙外保温特殊需求的幕墙建筑、高层建筑和公共建筑中。本文以翔实的国家权威机构测试数据与国内外同类产品对照，剖视了各种保温材料性能优劣，阐述最新研制的改性聚氨酯泡沫（PIR泡沫）的最大特点是在火的高温攻击下，会迅速形成碳化层，不仅耐高温，并且有抗火、隔火功能，只有碳化层泡沫结构才能抗火灾高温攻击，才能防止火灾蔓延，即具有抗火灾功能。仅以燃烧性能数据来考察防火性能的好坏是有片面性的，只有在大型火灾试验中获得的“火灾性能”数据，才能生产出国内国际领先水平的建筑节能防火材料。我国要积极吸取三大火灾的惨痛教训，切实加强我国外墙外保温系统防火安全是当务之急，特别关键的问题2是不仅要高度重视节能保温材料的“燃烧性能”，而且还要高度重视和掌握节能保温材料的“火灾性能”，才能真正攻克建筑材料的火灾隐患问题。我们研究聚氨酯已有30多年历史，在国内第一个攻克了PU难燃B1等级泡沫，并于2000年在国内第一个成功地应用于中国空调PUB1等级保温风道板的连续生产线中。同年10月，研发的《B1级难燃硬质聚氨酯泡沫塑料板》成果被上海市促进高新技术成果转化项目认定办公室认定为上海市高新技术成果转化项目。最近，我们研发团队历经千辛万苦，发明了经化学结构改性的无卤结构碳膨胀性阻燃化技术路线和工艺，在国内第一个提出“火灾性能”和“碳化层”理论，使原易燃的聚氨酯泡沫达到高氧指数、火焰传播性小，烟雾小、毒性小的低碳、低烟、低毒B1级硬质难燃(PlR)聚氨酯泡沫产品，这些科技成果采用的氧指数、烟密度、火焰传播速度三项考察指标，经国家权威机构检测，均已达到并超过我国颁布的GB8624－1997国家标准，（相当于德国DIN4102标准），达到并超过GB8624－2006国家标准，（相当于欧洲EN13501标准中难燃C级标准）。从单项指标考察，氧指数可达≥32，最高达36；烟密度SDR可达≤25，最低可达15，是目前国内外最高指标；从燃烧性能燃烧剩余长度平均值看，不仅大大超过B1等级≥150mm的标准，甚至到最高达到477mm以上，超过不燃A2级≥350mm的指标。可喜地是在国内第一个攻克了PU毒性的技术难关，达到了GB8624――2006中准安全的毒性指标。碳化层和低发烟、低毒性的环状结构不仅阻止了火焰的蔓延、烟毒气的释放，而且具有抗火焰贯穿、隔火、隔高温的功能，相当于宇宙航天飞船外壳经受高温攻击考验的保温层，是遏制建筑火灾群死群伤的克星，这些领先国外的科技成果可有效地遏制我国建筑火灾频发的严峻形势，可有利于我国高层建筑、公共场所建筑、幕墙建筑、甚至建筑内部的内保温中的广泛应用。我们成果的创新点是：在国内首先采用了低卤化、结碳膨胀型阻燃技术路线，用化学结构改性办法，制备难燃低烟低毒型B1等级PIR聚氨酯硬泡。由于在易燃的氨基甲酸脂键中，通过曼尼希反应引入难燃、耐温、低发烟、低毒性的环状结构化合物（异氰脲酸酯环、哑唑烷酮、芳香族杂环、碳化亚二按键）。该成果一方面大大提高了泡沫阻燃性、耐温性，同时大大降低了泡沫释放烟雾毒性的难题。这是目前国际、国内阻燃性最好、安全性最强的泡沫品种之一。从目前使用3效果看，该产品性能已超过了国内同类产品，同时也超过了国内同类跨国公司产品（美国陶氏化学、日本NPU、德国BASF等）。近期我们的科研成果请多家企业以各自公司名义到四川、上海、广东、江苏等国家和省市检测机构检测，检测数据如下：●2008年7月10日：上海建材及构件质量监督检验站检测：聚氨酯氧指数为32.7%●2009年6月30日：广州市建筑材料工业研究所有限公司检测：聚氨酯氧指数为32.5%。●2009年7月14日：国家防火建筑材料质量监督检验中心检测：聚氨酯，该材料燃烧性能达到GB8624B1级，烟密度等级SDR为47。●2009年8月3日：广州市质量监督检测研究所检测：聚氨酯氧指数为35.4%，烟密度等级SDR为9。●2009年9月17日：江苏产品质量监督检验研究院检测：聚氨酯氧指数为35%。●2010年1月15日：国家防火建筑材料质量监督检验中心检测：①141b基难燃聚氨酯板材，厚度30mm，达到GB8624－1997国家难燃B1等级标准，烟密度等级SDR为32（超过国标75标准值）。②365／227基难燃聚氨酯板材，厚度30mm（注：365／227发泡剂是目前国际上先进的环保型发泡剂，不破坏臭氧层，SOD为零），达到GB8624－1997国家难燃B1等级标准，烟密度等级SDR为47（超过国标75标准值）。●2010年1月6日：江苏聚氨酯产品质量监督检测站检测：①365／227基难燃聚氨酯喷涂泡沫，氧指数为33.5%（超过GB8624－1997国标氧指数≥32%标准）。②141b基难燃聚氨酯板材，氧指数为36%（超过GB8624－1997国标氧指数≥32%标准，达到难燃酚醛泡沫水平）。4③365／227基难燃聚氨酯板材，氧指数为35.2%（超过GB8624－1997国标氧指数≥32%标准，达到难燃酚醛泡沫水平）。●2010年4月6日：国家防火建筑材料质量监督检验中心检测：141b基难燃聚氨酯板材，厚度30mm，达到GB8624－1997国家难燃B1等级标准，燃烧剩余长度最小值420mm(技术指标＞0)；燃烧剩余长度平均值462mm(技术指标＞150)，烟密度等级SDR值为37(技术指标＜75)。●2010年4月7日：国家防火建筑材料质量监督检验中心检测：141b基难燃聚氨酯板材，厚度30mm，达到GB8624－1997国家难燃B1等级标准，燃烧剩余长度最小值430mm(技术指标＞0)；燃烧剩余长度平均值475mm(技术指标＞150)，烟密度等级SDR值为35(技术指标＜75)。●2010年7月5日：国家防火建筑材料质量监督检验中心检测：燃烧增长速率指数W/S(FIGRA)99，(技术指标≤150)；600S内总热释放量7.4MJ(技术指标≤7.5)；燃烧长度(FS)mm40mm(技术指标≤150)；烟气生成速率指数值（M2/S2）83(技术指标≤180)；600S内总产烟量㎡480(技术指标≤150)；产烟毒性级ZA3(技术指标ZA3)。获得B-dos3t1标识。3数据对照⑴本产品与国内外达到难燃级产品检测数据对照表：按GB8624－2006国家级检测聚氨酯达到难燃C级标准，国内一共有3张报告，也是唯一的3张报告：①韩国一山聚氨酯（上海）有限公司报告：主要用于2008年奥运工程的北大乒乓球馆，产品名称：喷涂聚氨酯硬泡BSF－300。经2008年2月27日国家防火建筑材料质量监督检验中心检测：按GB8624－2006判定，达到难燃C级，燃烧性能为C－S3dｏt2级。②我们研发的（通过佳丽化工‘惠州’有限公司）报告：产品名称：难燃低碳低烟低毒聚脲绿色泡沫型：5经2009年10月29日国家防火建筑材料质量监督检验中心检测：按GB8624－2006判定，达到难燃C级，燃烧性能为C－S3dｏt2级。①上海华峰普恩聚氨酯有限公司报告：产品名称：阻燃硬质聚氨酯材料（德国普恩的技术）：经2009年1月24日国家固定灭火系统和耐火构件质量监督检测中心检测：按GB8624－2006判定，达到难燃C级，燃烧性能为C－S3dｏt2级。⑵本产品与国内外达到难燃B1等级同类产品检测数据B1等级泡沫塑料产品技术指标及同类产品的测试数据及测试方法表项目技术指标酚醛泡沫改性聚氨酯泡沫（PIR）测试方法密度（kg／ｍ3）25～70（按需要制备）25～7025～70容积、质量测量计算方法热导率／（Ｗ／ｍ.ｋ）0.020～0.0300.0330.022～0.028GB10294燃烧性能B1级燃烧剩余长度最小值＞0165我们产品华峰普恩产品GB8625290～450250～400燃烧剩余长度平均值＞150267322～477208～400GB8625烟气温度／ｏC＜200116119～132142GB8625烟炎高度／mm＜1501080～10090GB8626烟密度等级SDR＜75232～4742GB8627氧指数%≥3236～5033～36≥32GBT2406以上酚醛泡沫数据由上海平板玻璃厂提供，改性聚氨酯由我们及华峰普恩公司根据公安部四川消防所国家防火建筑材料质量监督检测中心检测数据提供。从以上测试数据可看出，改性聚氨酯泡沫同酚醛泡沫相似，，在火攻击情况下，会迅速形成碳化层，火焰蔓延不过去。我们的产品，其火焰燃烧泡沫剩余长度平均值、最小值，类似于华峰普恩公司产品，甚至超过酚醛泡沫产品水平。最为可喜的是燃烧剩余长度平均值／mm,达477的水平，说明已达到GB862－1997不燃A2级≥350mm水平，故此我们提出用我们研制改性聚氨酯产品同铝箔复合，同钛锌合金板复合，完全有可能达到GB8624－1997不燃A2级水平，使铝塑板复合PU后，用于24米以上金属幕墙建筑完全可能。6⑶常用保温泡沫塑料综合性能比较常用保温泡沫塑料综合性能比较表项目酚醛泡沫聚乙烯泡沫（PE）聚氨酯泡沫（PU）改性聚氨酯泡沫（PIR）聚苯乙烯泡沫（PS）玻璃棉岩棉密度（kg／ｍ3）27～3522～3025～4025～4018～3025～5040～80耐热／ｏC15060～7090～120130～15070300500耐寒／oC－180－110－150－80－60－60极限情况80ｏC收缩140ｏC软化70ｏC开始收缩350ｏC脆化600ｏC以上粉化耐燃性难燃易燃易燃难燃易燃不燃不燃氧指数%加阻燃剂36～5025～26（阻燃）25～26（阻燃）32～36（阻燃）26～30（阻燃）不加阻燃剂32～36172128～3020熔融状态碳化不熔熔滴燃滴碳化不熔熔滴不熔不熔烟密度SDR2～5＞75＞7520～50＞75吸水性／kg／ｍ30.5（闭孔）开始吸水＜0.020.030.02＜0.2＜2＜2烟气毒性毒性小毒性小有毒毒性小有毒毒性小毒性小我们研制改性聚氨酯泡沫，同酚醛泡沫在高温火灾攻击下，泡沫会迅速形成碳化层，阻止火灾蔓延，因而具有抗火灾功能。玻璃棉和岩棉虽是不燃材料，但在火灾高温攻击下，玻璃棉超过350oC泡沫脆化，岩棉超过600oC以上会粉化，抗不了火灾高温攻击。CCTV央视大楼屋面、墙面均用了大量玻璃棉、防火棉，在真实火灾中，在高温攻击下，玻璃棉、岩棉均烧成一把灰，抗火灾功能很差。4应用实例现在不少企业已根据我们的结碳膨胀型阻燃技术路线和配方、工艺，生产出低碳、低毒、低烟硬质难燃B1聚氨酯泡沫，有的已产业化。1、广州朗腾聚氨酯有限公司根据杨宗焜教授的结碳膨胀型阻燃技术路线，成功开发出低碳、低烟、低毒的高阻燃聚氨酯材料，并通过了国家防火建筑材料7质量监督检验中心的GB-8624标准的B1阻燃级别的测试，其烟密度可达到世界最低25以下。最近广州朗腾公司将该技术应用于东莞