Pinfa中国古建筑防火安全论坛：共筑历史瑰宝防火墙，探索阻燃技术新未来

中国塑协阻燃专委会2024年年会暨第五届中国阻燃塑料技术创新与市场应用研讨会盛大开幕 pinfa中国精彩亮相

聚磷酸铵（APP）是一种无机高分子聚合物，早期的 APP 聚合度普遍偏低（少于 20），作为肥料中的一种应用在农业领域中，后来又作为水溶性阻燃剂用于木材和纸张的阻燃浸渍处理。但低聚的 APP 容易吸潮，而且耐水性差，最初在涂料中应用效果并不理想，后来人们发现，高聚合度的 APP 能够很好的改善这些问题，对 APP 进行了各项深入研究，经过几十年的发展，作为高效无卤阻燃剂在涂料领域中有着不可替代的作用，大量应用于膨胀型钢结构防火涂料和纺织品阻燃涂层。

![](/images/news/241226/641.webp)
_**CAS 号：68333-79-9**_

![](/images/news/241226/642.webp)

二、不同类型 APP 的应用

根据不同的性能需求，APP 可以分为基础款、改性款和包覆款。

(1)基础款聚磷酸铵。EPFR-APP 224 是一款未经表面处理的聚磷酸铵，具有聚合度高，产品稳定的特点，通常推荐用于钢结构防火涂料；EPFR-APP224 基础物性如下：

![](/images/news/241226/643.webp)
室内水性钢结构防火涂料参考配方：

![](/images/news/241226/644.webp)
(2)表面改性聚磷酸铵。EPFR-APP 241 是一款硅烷改性的聚磷酸铵，具有相容性佳，粘度低的特点，用于纺织品阻燃涂层，其基础物性如下：

![](/images/news/241226/645.webp)
纺织品阻燃涂层参考配方：

![](/images/news/241226/646.webp)
（3）包覆款聚磷酸铵。EPFR-APP 262 是一款 MF 树脂包覆的聚磷酸铵，具有耐水好，耐候佳的特点，特别适用于室外防火涂料及阻燃涂层。

![](/images/news/241226/647.webp)
室外油性防火涂料参考配方：

![](/images/news/241226/648.webp)
三、APP 部分物性对涂料/涂层的性能影响。

粒径：常规的 APP 产品粒径在 15 微米左右，粒径越粗，分散越容易，但用在纺织品上可能会有更粗的手感，相反粒径越细，手感细腻，但是不好分散，而且容易出现团聚。

水溶性：水溶性是区分聚合度高低的指标之一，通常水溶性越大，聚合度就越低。APP 本身不耐水，除包覆型产品外，一般产品的出厂指标都控制在 0.5%以内，经过 MF 或其它树脂包覆后，耐水性可以降至 0.05%，且耐析出性能更佳，如 EPFR-APP 262。

pH 值（25℃ 10%悬浊液）：pH 值可以大致反馈出 APP 在合成过程中的反应完全程度，基础款产品应该是中性或者弱酸性，若太低，可能是反应完全程度不够，直接在水性涂料中使用可能会出现破乳现象；而有些产品为实现更高的性价比，会使用三聚氰胺对 APP 进行处理（例如 EPFR-APP216），pH 值会偏高，但并不影响其在涂料中的使用。

粘度（25℃ 10%悬浊液）：粘度也是区分聚合度高低的指标之一，通常低聚合度产品会因为吸水溶胀导致涂料成品粘度增大的问题。反之，高聚合度而且分子链排列规整的产品粘度会偏低。但是，通过对 APP 进行表面改性，也能够大幅度的降低粘度，例如纺织品涂层对产品的分散性和粘度要求较高，一般会使用硅烷改性的产品（例如 EPFR-APP241）。

聚合度：APP 通常情况下可以根据聚合度高低来区分用途，例如聚合度少于 20 的可以作为水溶性阻燃剂或者农业肥料，在涂料中应用的产品聚合度普遍都在 500 以上，但聚合度并非是越高越高，还有综合其它性能进行选择，如粒径、粘度、分散性、成本等等。

聚磷酸铵在涂料中的应用

> 本章讨论纺织品在建筑领域的应用，不涉及在增强塑料中使用的天然纤维和在复合材料中使用的织物。

## 01#

## 纺织品与消防安全

一般来说，纺织品重量轻，在火灾中贡献的燃料量（“火灾荷载”）比其他有机材料的更少。然而，大部分纺织品造成其他火灾风险，例如，易着火，可传播火焰，尤其能熔融并产生滴落物。

本质上，纺织品的燃烧性能取决于纤维（天然或合成纤维）的化学组成。因此，在暴露于点火源时，未经阻燃剂处理的纺织品的燃烧性能差异很大（表 1 和表 2）。

纤维类材料可能具有固有的阻燃性（例如，聚四氟乙烯纤维），或者，可以通过如下方式获得阻燃性：

1/ 在纤维内添加反应型阻燃剂

2/ 在纤维上喷涂阻燃剂

3/ 通过熔融在纤维内混入阻燃添加剂

![](/images/news/241120/641.webp)
_**表 1： 各种纤维的燃烧性能**_

© 1986 TEXTIL PRAXIS INTERNATIONAL

![](/images/news/241120/642.webp)
_**表 2： 根据德国 DENKENDORFER 研究所纤维燃烧性能表总结的聚合物易燃性参数**_

## 02#

## 建筑施工行业用纺织品概述

纺织品用于装饰和/或功能性用途，表 3 总结了纺织品的最常见应用。

![](/images/news/241120/643.webp)
_**表 3： 建筑施工行业用纺织品概述**_

## 03#

## 纺织品阻燃剂的耐洗性

## 及纺织品阻燃处理方法

不同的纺织品可能需要在不同的条件下洗涤，具体取决于产品的最终用途。阻燃剂可以实现不同程度的耐洗性（相对于阻燃处理的永久性）：

- 非耐久性：阻燃剂根本不耐洗

- 半耐久性：纺织品经过有限次数洗涤或浸泡后失去阻燃性

- 耐久性：纺织品在经过沸水洗涤至少 50 次后仍保持阻燃性能

采用不同的方法应用阻燃剂可以实现上述不同程度的耐久性。

### a 非耐久性阻燃处理

在连续工艺中，将纺织品浸入含阻燃剂溶液的水浴，然后，在压力受控的条件下，在两个辊子之间将纺织品挤压。这种工艺可以将预定数量的阻燃剂沉积于纺织品上。沉积的阻燃剂量必须足以达到防火性能要求。然后，继续采用连续工艺，在 100°C-160°C 温度范围烘干纺织品，具体温度取决于材料。

### b 半耐久性阻燃处理

可以采用两种方法进行处理：

− 在特殊阻燃剂盐与纤维之间实现弱交联：这种方法通常限于少数几种纺织纤维与阻燃剂的组合，例如，棉纤维与特定阻燃剂的交联。在浸渍后，烘干织物并聚合物固化。

− 在背面涂层中应用阻燃剂：一般来说，这种方法适用于所有纺织品，只有在织物表面结构敏感并且表面在阻燃处理过程中可能被损坏时才限制这种方法的使用。可以用涂辊或刮刀系统将阻燃剂膏体或泡沫以及粘接剂涂布在纺织品的背面，涂布厚度确保达到防火性能要求。然后，烘干涂层，粘接剂发生交联反应，使阻燃涂层具有必要的耐久性，而耐久性实质上取决于粘接剂的类型和特性。

### a 耐久性阻燃处理

通过以下 6 种技术和工艺可以达到耐久性阻燃处理的目的：

− 反应物交联：在基材与阻燃剂之间，实现稳定的化学交联，例如，纤维素纤维的阻燃处理。在处理工艺中，先以溶液形式应用阻燃剂，然后，干燥和固化。在最后干燥织物之前，中和没有反应的分子，然后洗涤。

![](/images/news/241120/644.webp)

− 自交联：阻燃剂在基材上聚合或缩聚，例如，针织或机织织物的阻燃处理。

− 热固定：阻燃剂沉积于纤维内，例如，聚酯纤维的后处理。

− 转移涂布：在纸张表面涂覆阻燃剂，形成一层含阻燃剂的聚合物膜。在烘干室内固化之前，将聚合物膜层压到织物上。阻燃剂被永久地包裹在聚合物内，不会因洗涤而被去除。使用这种工艺时，可以在纺织品内增加其他功能（例如，防水性），也可以改变表面特性，例如，制造人造革。

− 离子交联：带负电荷的络合物与带正电荷的碱性基团键合，例如，羊毛的阻燃处理。

− 从大浴比酸化母液中提供阻燃剂，使阻燃剂与纤维进行离子交换。结果，带负电荷的络合物流出，粘附于带正电荷的碱性基团上，最终实现了离子交联。

− 生产具有固有阻燃性的纤维：这类纤维通过如下方式生产：

i. 在聚合反应期间，添加一种阻燃剂共聚单体，即可生产出阻燃纤维，例如，聚酯纤维。

ii. 设计具有高耐热性和高阻燃性聚合物骨架，例如，基于聚亚苯基异邻苯二甲酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺、聚亚苯基对苯二甲酰胺、聚四氟乙烯（PTFE）以及其他少数几种聚合物的聚芳酰胺纤维。

上述与固有阻燃性纤维相关的技术与其说是纺织品阻燃处理，更确切的说是聚合物化学反应。

通过熔融混入阻燃添加剂

在熔体纺丝之前，在聚合物中加入阻燃剂（单独加入或通过母料加入），是一项提高纺织品材料耐火性能的众所周知的技术。

## 04#

## 纺织品用磷氮无机阻燃剂

下面的表 4 列出了在建筑用纺织品中最常使用的阻燃剂。除了少数例外，必须将不同的阻燃剂结合使用，才能达到各种要求，包括燃烧性能要求，以及其他性能要求，例如，阻燃处理后的纺织品的功能性、耐洗性、手感（软质、硬质）等。

![](/images/news/241120/645.webp)
_**表 4： 纺织品用阻燃剂**_

PIN无卤阻燃改性材料在建筑行业中的应用——纺织品

> 在建筑物和构筑物中，使用涂料和密封材料能提高建筑材料的耐火性能。因此，涂料和密封材料是必不可少的，既能提高建筑物和构筑物的安全性，又能维持这些设施的外形美观。钢材不燃烧，但当温度超过 500°C 时，钢材会丧失强度。因此防火工作的主要任务是，确保建筑结构件和防火区域达到建筑规范和技术标准规定的耐火时间要求，从而达到被动防火要求的相关防火等级。现在，建筑规范和技术标准变得越来越严苛，需要给予认真考虑。与此同时，具有高阻燃性能的涂料和密封材料使建筑设计变得非常灵活自由，机场、超市、剧院等大型空间的现代设计尤其如此。
>
> 各个国家的建筑施工规范对消防安全提出了严格要求，这推动了世界各地阻燃性涂料和密封材料需求的增长。另外，如果建筑物业主要求降低保险费，保险公司可能会对消防安全提出更高的要求。涂料和密封材料的需求也与建筑施工的作业实践相关，涂料尤其如此，涂料的需求取决于建筑物的钢材用量。例如，英国是在建筑物内使用钢结构和实施建筑物消防安全法规的先行国家之一。但在法国和美国，仍然盛行钢筋混凝土结构件，也就是说，钢结构的应用会有新的市场机会，这是因为，有证据显示钢筋混凝土的耐火性能测试中，混凝土会出现了剥落或开裂。建筑师的美学要求越来越高，这将促进可见钢结构在现代建筑中的应用，从而推动膨胀型阻燃涂料的消费增长，同时中国等新兴经济体对建筑施工用钢材的需求也在日益增长。与此同时，这些国家的安全标准需要进一步完善和修正，使之与国际水平接轨。提高消防安全的一个重要因素是，不仅要制定更严格的安全标准，而且更要严格执行这些标准。通常，只有由第三方在相关建筑物内进行消防安全检查以及检测使用的涂料和密封材料的质量水平，才能确保安全标准的执行。

## 01 反应型涂料

### 01 技术与应用

反应型涂料的主要用途是使钢结构具有耐火性能，在某些情况下，也改善装饰性木质基材的燃烧性能。大部分反应型涂料基于所谓膨胀技术（化学发泡方法），也有少数反应型涂料基于烧蚀隔热技术（物理发泡）。

![](/images/news/241101/641.webp)
_**图 1：希思罗机场钢结构反应型（膨胀型）涂料应用实例**_

膨胀型涂料被广泛用作钢结构的耐火和耐高温防护涂料。顾名思义，膨胀型涂料在暴露于约 250°C 以上的温度时发生膨胀，在钢梁的周围形成一个厚的隔热层（焦炭）。在按照 ISO 834 标准燃烧测试升温曲线进行测试时，将钢材达到临界温度（500°C）需要的时间作为评判膨胀型涂料阻燃效率的依据。含保护涂层和不含保护涂层的钢试件的升温曲线示例如图 2 所示。

![](/images/news/241101/642.webp)
_**图 2- 当暴露于 ISO 834 标准加热速率的火源时不含保护涂层和含保护涂层的型钢的时间-温度曲线（资料来源：Budenheim）**_

典型的膨胀型涂料体系主要含 5 种基本协同组分：

− 粘接剂/树脂体系，例如，聚丙烯酸酯树脂、聚乙烯醇树脂等；

− 碳源，即：一种能成炭的物质（多元醇、碳水化合物等）；

− 酸源，多聚磷酸铵，作为一种成炭催化剂，即脱水剂；

− 气源：一种释放不可燃气体的发泡剂，例如，三聚氰胺；

通过与多聚磷酸铵反应形成最终白色无机泡沫相的 TiO2。

![](/images/news/241101/643.webp)
_**图 3 膨胀型阻燃涂料配方中阻燃剂的作用是催化该配方中的成炭反应，结果是形成一个将钢构件与热源隔离的泡沫层。**_

在膨胀型涂料中，起防火作用的主要添加剂是多聚磷酸铵（APP）。根据最终应用的不同，多聚磷酸铵可以是任何不同的变体形式（包覆的或未包覆的形式）。如果膨胀型涂料与一个强烈的热源（例如，火焰）接触，粘接剂体系首先熔化，因此，在开始时，化学反应在一个非常粘稠的物相内发生。然后，多聚磷酸铵释放出多聚磷酸和氨，而多聚磷酸与任何合适的含碳化合物（例如，季戊四醇）反应，后者将脱水，变成一种已炭化的材料。接着，发泡剂发生分解生成气体，例如，三聚氰胺分解释放氨。此时，由已炭化的物料形成的熔融悬浮物发生膨胀，形成厚的固体状致密富炭泡沫体，从而保护基材，使其与热源隔离，并防止基材进一步分解。随着时间的推延，炭被氧化，膨胀体系的残留物变成化学结合的白色灰烬，这是多聚磷酸与 TiO2 反应生成的产物。

涂料主要有水性涂料和溶剂型涂料两种类型。水性涂料体系排放的挥发性有机化合物较少，在涂层固化时无污染物释放，涂装作业易受潮湿或下雨影响，主要用于室内涂装。溶剂型涂料主要用于室外涂装。包覆多聚磷酸铵有助于提高膨胀型涂料的耐水性，减少活性组分损失，减少表面缺陷，在施涂适合室外环境或湿润环境的涂料时尤其如此。通常，采用无气喷涂方法喷涂多层涂料，直至涂层达到指定的厚度以满足测试报告中规定的阻燃时间要求。FR60 阻燃等级的立柱的典型的干膜厚度（DFT）约 1000 微米（HB180）。

![](/images/news/241101/644.webp)
_**表 1： 溶剂型和水性膨胀型涂料的典型配方**_

### 02 标准测试方法

在世界各地使用的建筑材料测试标准中，最重要的标准是测量梁或柱在高温条件下的承载能力。根据各个国家情况的不同，钢结构的最高允许温度介于 350°C（例如，日本）至 650°C（例如，俄罗斯）之间。欧洲标准规定钢结构的平均最高允许温度为 500°C。规定钢结构最高允许温度的依据与当地的建筑规范相关，这些规范规定了结构件的安全系数。安全系数越高，最高允许温度也越高。在 500°C 时，典型型钢的承载能力下降 50%。但是，型钢的安全系数为 2 左右，因此，在 500°C 时，钢结构的刚度应该足以使其避免坍塌。在标准的燃烧测试中考虑的另一个因素是，梁在受载和高温条件下的弯曲。根据钢结构耐火性能测试标准 EN 13381/8，当梁的侧向挠度超过梁长度的 1/20 时，即使没有达到 500°C，也终止测试。无论测试标准如何，测试结果总是用极限耐火时间（分钟）表示。基于实际测得的极限耐火时间，按照一定的范围进行耐火等级分级。例如，极限耐火时间为 33 分钟的耐火等级与极限耐火时间为 55 分钟的耐火等级属于同一个等级，都是 FR30。某些标准（例如，欧洲标准）避免了这个问题，适当编制一个表格表示测试结果，然后，通过数据插值，减小涂层厚度，使结构件具有精确的极限耐火时间。例如，减小干膜厚度，使耐火性能达到真正的 30 分钟极限耐火时间。世界各地使用的许多标准的另一个共同点是炉温，炉温是根据 ISO 834 标准描述的固体燃料时间-温度曲线（纤维素材料燃烧性能曲线）确定的。

通常，使用的膨胀型涂料能达到的最高耐火等级为 FR90，有时甚至能达到 FR120。如需要达到更高的耐火等级，则必须采取其他的防火措施，例如，使用硅酸盐板，或者，在表面喷射蛭石砂浆。

在欧盟，EN 13381/8 规范了膨胀型涂料的标准测试方法，ETAG018/2 提供了关于测试装置的指南。这部标准或技术指南均未在欧盟成员国中协调统一，因此，CE 标志认证也未成为强制性措施。即使至 2013 年中期在欧盟的统一法律《建筑产品法规》生效之后，对欧盟成员国来说，上述标准和指南仍然是非强制性的。为了解决这个问题，欧盟委员会对欧洲标准化委员会下达了一条新指令，要求其重新编制 ETAG 018/2 指南，然后，制定一个统一、协调的新欧洲标准，使 CE 标志认证成为所有欧盟成员国的强制性认证，目前，这项工作正在进行之中。

在膨胀型涂料的测试方面，最完善的标准是欧洲标准和英国标准，主要的原因是，这些标准区分了不同截面积的型钢的耐火性能要求。显然，与一根细的立柱相比，更粗的立柱具有固有的隔热能力，达到同样的极限耐火时间需要的涂膜更薄。然而，世界各地使用的大多数标准没有考虑这一点。这些标准考虑采用一个具有固定截面积的型钢构件进行燃烧测试，然而，将结果应用于任何型钢，这显然是不正确的。现在，只有中国按照欧洲标准模式修正自己的标准，在燃烧性能等级的划分方面，中国也参考单体燃烧测试标准和欧洲分级体系修订了自己的标准。

![](/images/news/241101/645.webp)
_**图 4 一组具有不同截面积并含膨胀型涂料保护涂层的非承载钢结构立柱至按照 EN 13381/8 标准测试结束时的状态**_

### 03 趋势

目前正在推行的建筑产品 CE 标志认证将指引未来的方向，引领并促进建筑行业阻燃产品的未来发展。涂料的设计必须满足最终使用要求。因此，CE 标志将指出该涂料是否适合室外应用、室内应用、所有应用等等。因此，涂料生产商将致力于开发比现有产品更优质的涂料。质量是一个必须解决的问题。涂料质量下降可能会影响涂层的防火可靠性，这时，建筑设计师可能更倾向于寻求其他可替代涂料的防火体系，例如，使用防火板材或喷射防火材料。

CE 标志必须与特定的应用相关联。因此，CE 标志也将对在油漆和涂料中使用的原材料的质量提出要求。膨胀型涂料中的主要活性组分是多聚磷酸铵，其性能必须符合 CE 标志规定的最终应用的要求。例如，在室外应用时，涂料必须具有更高的耐水性。在这种应用中，需要一种溶解度更低的多聚磷酸铵。

## 02 密封材料

### 01 技术与应用

就防火目的而言，密封材料用于封闭辅助设施（电缆、管道等）的贯穿孔洞，使分隔构件达到耐火时间要求。这些材料可以被制成密封带和密封膏，用于密封门扇与门框之间的缝隙。与防火涂料相比，膨胀型防火泡沫密封材料涉及的化学技术广泛得多，烧蚀隔热系统、可膨胀石墨和膨胀反应是主要的应用技术。

![](/images/news/241101/646.webp)

对于密封材料来说，雨和霜等一般不会构成问题。主要的问题是，配制的密封材料必须具有足够高的稳定性，可以通过筒装形式进行应用（具有非常稳定的贮存期）。因此，在密封材中可以使用高聚合度多聚磷酸铵或低酸性可膨胀石墨。

在封堵塑料管道的贯穿孔洞时，一种非常广泛的方法是安装膨胀型阻火圈。在发生火灾时，膨胀材料仅在熔融的塑料管内膨胀并封闭缝隙，如下面的照片所示。

![](/images/news/241101/647.webp)

### 02 标准

密封材料的适用标准与同样起防火作用的膨胀型涂料的适用标准相同，采用一台可以重现 ISO 834 升温曲线的测试炉，构筑一个用于封闭测试炉敞口侧的隔墙，在此隔墙上测试电缆和管道等贯穿件的贯穿孔洞用密封材料。达到测试要求的评判标准是，无烟雾穿透缝隙，整个系统完好无损，背面侧温度低于 180°C。

在欧洲，必须同时达到 EN 1366-3 标准和 ETAG 018 指南第 1 部分的要求才能获得 CE 标志（非强制性认证标志）。其他国家的燃烧测试方法一般非常相似，只有一些小的改变，例如，将发烟量或外部温度等的测定结果作为判据。

![](/images/news/241101/648.webp)
_**图 6 利用 1 米 3 测试炉测试用于封闭贯穿孔洞的某些密封材料。**_
_**资料来源：Hilti**_

### 03 趋势

现有技术得到明显的潜在改进，但是，一直在应用之中。贯穿孔洞的封堵需要持续监测。在建筑物内经常需要封堵贯穿孔洞。在安装新的 IT 服务系统时，需要穿过隔墙铺设新的线缆，因此，需要重新封堵贯穿孔洞。在许多情况下，没有重新封堵，或者，没有控制封堵质量。另外，检查工作也很重要：谁负责检查吊顶后面的贯穿孔洞封堵情况？作为这些防火构件的阻燃剂生产商，我们不仅供应阻燃剂，也要帮助用户提高质量意识，加强市场检查，提高市场安全性。

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