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阻燃剂:看不见的安全卫士

2017-7-24 8:46:33 点击:

盛夏来临,酷暑高温,电子电器产品容易引发火灾,房间中大量的木质家具、塑料装饰材料、纺织品等也都是易燃的物件。如果缺少了阻燃剂的保护,火灾隐患将无处不在。

  但对大多数人来说,“阻燃剂到底是什么”并不被他们关心。因为人们平时根本看不见它,也无从知晓它的存在。然而,在现代人的生活中,阻燃剂却几乎无处不在。在我们随身携带的手机里、办公桌上的电脑里、每天乘坐的地铁里、驾驶的汽车里,甚至是让你每晚安睡的床垫中,成千上万的阻燃剂分子就像是一个个警觉的小卫士一样时刻准备着,默默守护着你的生命安全和财产安全,让我们远离火灾的威胁。

  种类繁多的大家族

  什么是阻燃剂?顾名思义,阻燃剂就是能够阻止物体燃烧的化学助剂,在易燃材料中添加阻燃剂,就能使材料在遇明火时难以点燃,或者点燃后易于熄灭、不易蔓延。阻燃剂还可以降低热量和减少烟气释放。

  阻燃剂不是简单的一个产品,而是一个大家族,家族成员有700~800种,可以分为有机阻燃剂与无机阻燃剂,或者按照反应元素分为卤系、磷系、氮系和硅系,还可以按照使用方法分为混合型、添加型和反应型。

  阻燃剂之所以有这么多的种类,就是为了满足不同材料的“口味”。每个阻燃剂卫士都有自己最擅长的岗位,它们之间还可以搭配使用,分工协作,出色地完成预防火灾的任务。

  这些隐形的小卫士活跃在人们生活的方方面面。它们悄悄“潜伏”在手机、电脑、电视、冰箱等各种电子电器的线路板中,各种电子产品的塑料外壳中也少不了它们,飞机、轮船、公交车的座椅以及建筑外墙保温材料中都有它们默默坚守的身影。在欧美等发达国家,阻燃剂还被广泛应用到儿童、老人以及病人等行动不便人员的服装中。我国也出台了国家标准,对建筑材料以及公共场所使用的装饰品、纺织品、家具、电线、开关、灯具、家电等作出了明确的阻燃要求。

  阻燃原理各不同

  要想担起克制火灾的安全卫士的重任并非一件易事,阻燃剂必须拥有过硬的本领。

  燃烧需要三大要素——可燃物、助燃物(氧气)和火源。燃烧的过程分为加热、分解、起火、燃烧和蔓延。如果去掉其中任何一个要素,或者想办法将燃烧过程控制在加热和分解的萌芽阶段,就可以有效避免火灾的发生。

  在阻止火焰燃烧方面,不同类型的阻燃剂各有各的高招:有的通过吸收热量阻止可燃物产生可燃气体;有的在可燃物表面形成密实的覆盖层,隔绝可燃物与氧气的接触;有的则捕捉参与燃烧反应的自由基,达到抑制自由基链式反应的目的;还有的是通过产生不燃气体稀释氧气,从而达到减缓燃烧速度的效果。

  无机阻燃剂Al(OH)3在受热达200℃后就会分解,放出结晶水,结晶水遇热蒸发成水蒸气。这一系列的过程会吸收大量的热,降低材料表面和火焰区的温度,减缓热裂解反应的速度。此外,结晶水产生的水蒸气也能降低氧气浓度,进一步抑制火势的蔓延。

  磷阻燃剂受热会变成结构更加稳定的交联状固体物质或碳化层,就像一层坚实的铠甲,把可燃物包裹起来,既能阻止材料进一步热解,也可阻止材料内部分解出的可燃气体溢出继续燃烧。

  溴阻燃剂的蒸发温度和高分子材料的分解温度相同或相近,当高分子材料受热分解时,溴阻燃剂也会挥发出来,与热分解产物同时进入到气相燃烧区。阻燃剂能迅速地捕捉气相燃烧区中的自由基,抑制自由基链式反应,阻止火焰传播,最终使燃烧反应速度慢下来直至终止。

  总之,每一种阻燃剂都有自己的独门秘籍。

  延长火灾逃生时间

  就像平时没有火灾发生时,人们就很难见到消防队员的身影一样,也只有在火灾现场,阻燃剂才能显示出英雄本色,这在航空领域体现得最为明显。为了有效防止火灾发生,飞机上采取了最严格的阻燃标准。

  早在30年前,美国联邦航空管理局(FAA)的调查发现,在飞机上降低火灾伤亡最好的办法是延长逃生时间。如果在飞机的座椅、地毯以及行李箱等部位采用阻燃材料,既能减少火灾发生率,也能为乘客提供相当长的逃生时间。目前,阻燃剂技术的进步已经可以将人们从火灾现场逃生的时间从2分钟延长到20分钟。据欧盟委员会评估,过去10年中,由于阻燃剂的广泛使用,欧洲火灾死亡人数减少了20%。

  2005年多伦多的法航飞机事故中,阻燃材料挽救了309位乘客的生命;2013年旧金山的韩亚航空坠机事件中,阻燃材料助力304人得以安全撤离;2015年7月,深圳航空一男子多次纵火,企图点燃飞机座椅未遂。

  特别是在韩亚航空的空难事件中,事故中的火焰温度高得把金属都烧化了,但机舱内的座椅、地毯和行李箱却没有燃烧,为300多名乘客的成功逃生提供了可能。几起空难事件让我们见识到了阻燃剂的威力。

  一旦没有阻燃剂的把守,火灾的情况就完全不同。刚刚发生在伦敦肯辛顿切尔西区的格伦费尔大楼的大火,将24层的公寓楼几乎烧成空壳,79人因此丧生。2009年中央电视台配楼发生火灾,因为保湿材料不符合阻燃标准,火灾难以扑灭,造成经济损失1.6亿元。还有2010年上海静安区教师公寓大火、2011年沈阳万鑫酒店大火等事故,都是因为外墙的保温材料里缺少了阻燃剂阻拦,火灾才如此恣意肆虐。

  缺少了阻燃剂的保护,电视机很快就能被火引燃,2分钟后就能被大火吞灭。如果这样的电视机在房间里着火,不到5分钟房间就会发生轰燃。什么是轰燃就是房间里达到600℃的高温,所有的物品在瞬间同时燃烧起来。一旦产生了轰燃,逃生就几乎成为了不可能的事情。

  不是所有“溴系”都有害

  尽管阻燃剂在保护人类免受火灾威胁的岗位上默默奉献与付出,但时不时也会有一些挑剔和指责冒出来。最近几年来,一些环保人士提出溴系阻燃剂会对环境和人类健康造成危害。对于这样的质疑,阻燃材料专家、北京理工大学教授、中国兵工学会阻燃剂专委会秘书长周政懋表示,这种说法是以偏概全的误解,缺乏科学依据。

  周政懋介绍说,溴阻燃剂家族中有80多个品种,对人类健康和环境有害的溴阻燃剂只是个别品种,比如多溴二苯醚中的五溴二苯醚和八溴二苯醚就被列入了《斯德哥尔摩公约》持久性有机污染物名单。但是,这两种阻燃剂早已成为“过去时”,在10多年前就已经被禁用。我国从来没有生产过八溴二苯醚,而五溴二苯醚也早在2004年就已经停产。将个别品种与其他高效无毒的溴阻燃剂混为一谈,是不科学也是不负责任的。

  周政懋表示,作为一种化学品,阻燃剂在投入市场之前都要经过严格的评估,以确保其使用安全。迄今为止,欧盟所有阻燃剂的风险评估结果均显示,在消费品中使用的阻燃剂不会对人类健康造成危害,也没有任何医学报告显示现有的人类疾病与阻燃剂相关。

  此外,现在全球范围内对于化学品的监管越来越严格,国内外与阻燃剂相关的法规都在持续完善,有毒有害阻燃剂不断被淘汰,绿色环保的、不易被生物体吸收的大分子聚合型阻燃剂正在成为未来的发展方向。作为火灾克星中的新生力量,它们将越来越多地担负起为生命财产安全保驾护航的重任。