建筑外墙聚苯乙烯泡沫塑料保温材料阻燃技术的研究进展

杨中文, 刘西文

(湖南科技职业学院, 湖南长沙 410118)



·综 述·

建筑外墙聚苯乙烯泡沫塑料保温材料阻燃技术的研究进展

杨中文, 刘西文

(湖南科技职业学院, 湖南长沙 410118)

综述了建筑外墙聚苯乙烯泡沫塑料保温材料的阻燃技术的研究进展；简要介绍了包覆法中典型阻燃剂聚磷酸铵的作用机制，并展望了聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术的发展前景。

建筑外墙; 聚苯乙烯泡沫塑料; 阻燃技术; 研究进展

0 前言

建筑节能是国家节能的重要组成部分。聚苯乙烯(PS)泡沫塑料材料作为建筑外墙保温材料起到了很好的节能效果，但由于聚苯乙烯属有机高分子材料，容易燃烧。近些年来，我国发生了几次因建筑外墙聚苯乙烯泡沫塑料保温材料燃烧引发的大火，例如：2006年，南京青少年活动中心屋顶聚苯乙烯泡沫塑料板被飞溅的电焊火花引燃，造成整个屋顶的泡沫塑料板全部烧毁；2008年，北京海淀区北京师范大学科技园区在建的孵化大厦失火，烧毁保温材料约300 m2；2009年，央视新台址园区文化中心大火；2010年，上海胶州路教师公寓特大火灾事故；2011年，沈阳皇朝万鑫大厦火灾等。究其原因均是由外界火源引燃墙体聚苯乙烯泡沫塑料保温材料，而聚苯乙烯泡沫塑料容易燃烧，聚苯乙烯泡沫塑料的蜂窝状结构使之具有巨大的比表面积，泡孔之间以聚苯乙烯薄膜、微纤、泡壁(两珠粒间的熔结面)相连，泡孔内外均为空气，着火后火焰在扩散层中蔓延极为迅速，所以聚苯乙烯泡沫塑料比非发泡聚苯乙烯燃烧得更激烈、更迅速，燃烧几乎没有炭层产生，在聚苯乙烯近火区的能见度很低;燃烧产生带明火的熔融物滴落，能够引燃其它易燃物，即使移走火源仍能持续燃烧，且燃烧时释放出来的热量多，发烟量大，导致引燃发生火灾后扑灭难度大。为了从根本上消除建筑外墙聚苯乙烯泡沫塑料保温材料引燃的隐患，需对聚苯乙烯泡沫塑料进行阻燃改性或阻燃处理。

1 聚苯乙烯发泡原料合成时添加阻燃剂

聚苯乙烯发泡原料合成时添加阻燃剂是指在聚苯乙烯悬浮聚合阶段加入反应型单体进行共聚，如含有反应型双键的磷氮类阻燃剂，在分子链中引入阻燃元素，实现聚苯乙烯树脂本身阻燃；或者加入非反应型互溶组分，如脂肪族溴化物，在聚合完成后均匀分布于可发性聚苯乙烯珠粒内部，阻燃效率高，效果持久，避免了添加型阻燃剂可能出现的材料力学性能下降，阻燃剂分散不均、渗析以及加工过程中挥发、分解等问题。但聚苯乙烯聚合时可供选择的阻燃单体较少，加入阻燃单体后会影响聚苯乙烯的聚合度和材料的热稳定性。溴代聚苯乙烯的热稳定性与主链烷基上氢的溴代产物含量有关，其含量越高，热稳定性越差，制备热稳定性高的溴代聚苯乙烯的关键之一是减少主链烷基上的自由基反应，所以寻求合适的反应型阻燃剂和生产工艺，并考虑材料的其它性能，对生产本体阻燃聚苯乙烯具有很重要的意义。

窦家林[1]用一步法制备阻燃可发性聚苯乙烯珠粒。结果表明：聚苯乙烯珠粒的粒径随着复合分散剂总含量的增加而变小；随着搅拌转速的增加先减小后增大；分散剂的种类和配比也会影响珠粒的粒径。可发性聚苯乙烯板材的阻燃性能随着阻燃剂六溴环十二烷(HBCD)的质量分数增加而提高，当HBCD的质量分数超过4.3%时，自熄时间可低于2.0 s；Sb2O3的加入可以减少阻燃剂的用量，降低其对可发性聚苯乙烯材料的内增塑作用，当m(HBCD)∶m(Sb2O3)为3.5∶1.0时，自熄时间最短，为1.5 s。

Howell B A[2]用合成的反应型阻燃剂2,4,4,5,5-五苯基-1,3,2-二氧杂环磷烷为引发剂，在70 ℃下引发苯乙烯单体聚合，制得了一种无卤聚苯乙烯阻燃材料，而且磷的引入并没有影响聚苯乙烯的热稳定性。

李玉玲 等[3]采用油溶性液体阻燃剂磷酸三(β-氯乙基)酯(TCEP)与苯乙烯单体进行悬浮聚合反应，实现了在聚合过程中的原位包覆，阻燃剂在聚苯乙烯树脂中分散均匀，阻燃效果持久，从而克服了液体添加型阻燃剂易迁移、腐蚀加工设备及对人体有害等缺点。由于油溶性阻燃剂TCEP是通过悬浮聚合负载到聚苯乙烯珠粒中的，随着TCEP的质量分数增加，聚合温度降低，聚合时间也有所延长。TCEP对聚合产物的相对分子质量及其分布、产率等影响较小。当TCEP的质量分数为4%时，聚苯乙烯的极限氧指数达25%，残炭量达10%，且具有较好的阻燃效果。

德国BASF公司[4]开发了在聚苯乙烯聚合时添加阻燃剂的一步法工艺生产可发性聚苯乙烯， 所用阻燃剂为反应相容性的有机溴化物， 以六溴环十二烷为主。其优点是工艺流程简单，所需阻燃剂用量少于两步法工艺，但由于卤素的链转移和链终止活性较高，这种添加方式往往导致聚合产物的相对分子质量降低，从而使制品的力学性能下降。这在聚合过程中，以四溴对二甲苯为阻燃剂的工艺中表现得特别明显。这是因为四溴对二甲苯分子中的溴更活泼，更易与大分子发生链转移与链终止反应，从而导致聚合产物的相对分子质量降低，因此，必须减少自由基引发剂的用量，从而导致反应时间大大延长。另外，在这种添加方式中，由于有机溴化物对聚苯乙烯基体的内增塑作用，可发性聚苯乙烯泡沫塑料板材的收缩和塌陷问题依然存在。

BASF公司[5]在一步法阻燃工艺的优化方面作了大量研究工作，主要成果有：(1) 用1，3-双(α-叔丁基)过氧化二异丙苯(TDB)作协同剂替代传统的过氧化二异丙苯(DCP)、六溴环十二烷、四溴环辛烷、四溴乙烯基环己烷或它们的混合物等，与聚合体系相容的有机溴化物作阻燃剂，聚苯乙烯泡沫塑料制品的阻燃性能、耐塌陷性能和抗收缩性能都得到了提高，当TDB的质量为DCP的30%～90%时，聚苯乙烯泡沫塑料制品的冷却时间、阻燃性能和发泡倍率与用DCP的相比，基本保持不变，但对收缩和塌陷的改善相当明显，在同样成型条件下，塌陷率下降30%～50%。(2) 为了解决一步法阻燃工艺生产可发性聚苯乙烯内部水分较高(导致泡孔结构不理想)及耐紫外线稳定性较差等问题，以平均粒径为3～30 μm的微米级六溴环十二烷为阻燃剂，粒子表面用传统微胶囊化处理，即涂覆有机涂层，厚度为粒径的1/50～1/20，使之不溶于水和苯乙烯；所用涂料包括氨基树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚酯等。(3) 近年来开始研究开发无卤阻燃体系，所用阻燃剂为磷化合物(A)和能脱水的金属氢氧化物(B) 的混合物。A为红磷或磷酸酯类，如三苯基磷酸酯、二苯基甲苯基磷酸酯、多磷酸铵等；B为氢氧化镁或氢氧化铝。B与A的质量比为1∶(1～1∶5)。

BASF公司[6]报道：通过选用粒径为20～100 μm的质量分数为5%～50%的膨胀石墨，或者质量分数为2%～20%的红磷、磷酸酯等阻燃剂，与苯乙烯单体进行悬浮聚合反应，制备的聚苯乙烯粒子发泡，得到的发光材料达到阻燃等级B1、B2。

2 聚苯乙烯预发泡粒子包覆阻燃剂

预发泡粒子包覆阻燃是以树脂、硅酸盐等黏结物质，将阻燃剂包覆并牢固地粘附到聚苯乙烯预发泡粒子或可发性珠粒表面进行阻燃。包覆用树脂多为热固性树脂，如酚醛树脂、氨基树脂、酚醛树脂和氨基树脂的混合物、脲醛树脂、聚酯等。阻燃剂多使用脂肪族含溴化合物、含有反应型双键的磷氮化合物，阻燃剂的相容性和稳定性好，但仅适用模压法。

聚苯乙烯预发泡粒子包覆阻燃剂分为物理包覆与化学包覆。物理包覆是利用包覆树脂的极性，一般其分子中含有大量羟基等极性基因，容易与可发性聚苯乙烯珠粒的极性表面产生较好的物理吸附力，使得树脂、阻燃剂和可发性聚苯乙烯珠粒之间，在范德华力和表面活性剂的作用下，以物理吸附的方式均匀附着在可发性聚苯乙烯珠粒表面，从而形成物理包覆结构；然后通过自然干燥的方式降低树脂/阻燃剂的流动性，从而使树脂/阻燃剂均匀并且牢固地在可发性聚苯乙烯珠粒表面形成物理包覆结构。化学包覆是利用液态的含有阻燃剂的树脂在常温下具有很好的流动性，升高温度后更易于流动和扩散进入可发性聚苯乙烯珠粒的粗糙表面，当含有阻燃剂的树脂受热发生分子间交联反应，固化后就能牢固地包覆在可发性聚苯乙烯珠粒的表面。此外，当可发性聚苯乙烯珠粒受热时，含有阻燃剂的树脂与可发性聚苯乙烯珠粒也能发生交联反应，成为网状泡沫结构中的一部分，所以可发性聚苯乙烯珠粒表面含有阻燃剂的树脂层便与周围的可发性聚苯乙烯珠粒形成牢固的化学包覆结构，因此，可发性聚苯乙烯珠粒表面包覆的含有阻燃剂的树脂中间层能起到增强可发性聚苯乙烯珠粒之间结合的粘结作用，从而在提高可发性聚苯乙烯材料阻燃性能的同时，还能提高可发性聚苯乙烯材料的力学性能。

采用酚醛树脂作包覆溶剂与一种可发性酚醛树脂混合后包覆可发性聚苯乙烯预发泡珠粒，得到阻燃性能良好的泡沫塑料。Govind R[7]以热固性酚醛树脂为包覆溶剂，红磷为阻燃剂，制备的阻燃可发性聚苯乙烯材料具有很好的阻燃效果，而且不影响后续的成型加工。

刘行[8]研究了热固性酚醛树脂/高聚磷酸铵阻燃剂对可发性聚苯乙烯珠粒进行包覆处理的工艺。然而，包覆溶剂除了热固性酚醛树脂外，三聚氰胺甲醛树脂因具有耐热性好、固化速率快、包覆膜的拉伸强度高等优异性能而越来越多地被使用。另外，三聚氰胺甲醛树脂含有大量阻燃性氮元素，与磷元素共同阻燃，具有协同效应，有望提高材料的阻燃效率，降低成本。

张胜 等[9]对三聚氰胺甲醛(MF)树脂的预聚体包覆聚磷酸铵(APP)与硼酸锌(ZB)对可发性聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料的阻燃性进行了研究。聚磷酸铵为白色结晶或无定形微细粉末，是长链状含磷、氮的无机聚合物，其分子式为(NH4PO3)n。由于具有化学稳定性好、吸湿性小、分散性优良、毒性低等优点，近年来聚磷酸铵广泛用于塑料、橡胶、纤维等阻燃处理剂；还可配制膨胀型防火涂料，用于船舶、火车、电缆及高层建筑等防火处理；也可生产干粉灭火剂，用于煤田、油井、森林等大面积灭火。作为阻燃剂，聚磷酸铵的聚合度是决定其质量的关键，聚合度越高，阻燃效果越好。APP的水溶性和吸湿性随聚合度的增加而降低。

聚磷酸铵的阻燃机制是:当燃烧时，聚磷酸铵发生分解反应,生成的磷酸是较强的脱水剂，促使有机物脱水炭化。实验结果表明：反应物中有醚键生成，反应生成的磷酸铵和醚键结构进一步降解，交联生成不饱和的富炭结构,加速成炭反应的进行，有效阻止火焰进一步蔓延。聚磷酸铵继续受热进一步分解为磷酸、氨气和水，氨气可以稀释气相中氧气的浓度，起到隔绝空气、阻止燃烧的作用；磷酸促使有机物表面脱水生成炭化物，加之生成的非挥发性磷的氧化物及聚磷酸对基材表面覆盖，隔绝空气，从而达到阻燃的目的。另外，聚磷酸是强脱水剂，可使聚合物脱水炭化形成炭层，隔绝聚合物与氧气的接触，在固相中起阻止燃烧的作用。有机磷系阻燃剂是阻燃剂中最重要的品种之一，具有阻燃和增塑双重功效，改善塑料成型中的流动性能，抑制燃烧后的残余物，产生的有毒气体和腐蚀性气体比卤素阻燃剂的少。与其它阻燃剂相比，聚磷酸铵具有填充量少、阻燃效果好等优点，聚磷酸铵是一种重要的添加型无机无卤阻燃剂。由于其含磷、氮量大，所以热稳定性好，产品近乎中性，并可以与其它阻燃剂混用，同时还具有价格便宜、毒性较低等优点，是一种使用安全的高效磷系非卤消烟阻燃剂。

将三聚氰胺甲醛树脂预聚体包覆聚磷酸铵与硼酸锌对可发性聚苯乙烯泡沫塑料进行阻燃。研究结果表明：最适宜的预发泡条件 压力为101 kPa，温度为90 ℃，预发泡3 min,室温下熟化24 h。制备的珠粒的平均粒径为3～4 mm，发泡倍率40～60倍，能进行二次发泡。包覆粒料成型性好，硬度适中，外观正常。

当m(EPS)∶m(MF)∶m(APP)∶m(ZB)=100∶120∶15∶2时，泡沫塑料的密度为0.045 9 g/cm3，极限氧指数达22.6%，残炭量为14.8%，燃烧速率明显减慢，烟密度降低，泡沫塑料受热收缩现象有所改善。三聚氰胺甲醛树脂提供的氮元素和聚磷酸铵中的磷元素存在协同阻燃作用，在气相和凝聚相同时发挥阻燃作用，形成了连续致密的膨胀炭层，硼酸锌的加入提高了炭层的强度，增强了覆盖作用。

朱原[10]开发了一种用硅酸盐包覆可发性聚苯乙烯珠粒的阻燃技术。首先将可发性聚苯乙烯的发泡珠粒表面用具有耐高温和优良阻燃特性的硅酸盐包覆，其主要成分是SiO2、硅酸钠、改性硅酸钠、硅酸钾、硅胶、改性硅胶或硅酸锂等，其中，所使用的硅酸钠的分子式为Na2O·nSiO2·xH2O，SiO2的质量分数为30%～40%。

另外，作为硅化合物阻燃剂的硅胶，由于含有质量分数为10%～50%的SiO2和羟基化合物，并且具有集束结构，也可以用于对可发性聚苯乙烯泡沫珠粒的包覆阻燃处理，其中，硅胶表面含有一定数量的羟基，并且含有Si—O—Si的结构，具有耐高温的特性。通过向改性硅酸钠中添加纯硅胶而得到的改性硅胶也可以用于可发性聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃。由于液相硅酸锂在硅胶中能够扩散，所以液相硅酸锂也可以作为硅化合物阻燃剂。硅酸锂较上述各种硅化合物阻燃剂具有更好的防水性、较好的耐热性，并且在室温下也稳定等特点。对可发性聚苯乙烯珠粒表面的硅酸盐阻燃剂包覆处理至少需要两次，直到硅酸盐阻燃剂被均匀地涂覆在所有的珠粒上。包覆处理的次数可以根据所需的包覆厚度来确定。可将可发性聚苯乙烯珠粒和硅酸盐阻燃剂在混合槽中混合，用热空气对珠粒表面干燥，然后将硅酸盐包覆处理的可发性聚苯乙烯珠粒，用含有苯酚基团的醛溶液进行防水包覆处理，以防止包覆在可发性聚苯乙烯珠粒表面的硅酸盐阻燃剂被水和水蒸气溶解。

Willem Van Liemt等[11]开发了另一种硅酸盐包覆阻燃剂工艺，即先将可发性聚苯乙烯珠粒预发泡处理，然后将硅酸盐、水、增塑剂、悬浮液稳定剂、聚合催化剂、膨胀剂及酚类和醛类等配制悬浮液，悬浮液与预发泡处理的可发性聚苯乙烯珠粒在模具中加热进行发泡，发泡完毕后对其干燥处理。

3 聚苯乙烯粒子浸渍阻燃剂

将阻燃剂随发泡剂浸渍到聚苯乙烯粒子中，使聚苯乙烯具有阻燃性，制得的聚苯乙烯泡沫塑料材料具有阻燃性能。

阻燃剂在浸渍过程中随发泡剂加入到聚苯乙烯的水悬浮液中，以发泡剂为载体在加温加压下一同渗入聚苯乙烯树脂颗粒中。一般采用有机溴化物作阻燃剂。为了在不影响制品阻燃性能前提下减少有机溴化物的用量，从而降低其对制品物理性能的不良影响，DOW化学公司在20世纪60年代初率先开发了以有机过氧化物DCP为阻燃协同剂的工艺，所用阻燃剂为1，1，2，2-四溴乙烷。随后各大厂商使用和研究该阻燃体系，并在阻燃剂和协同剂的选择和优化上不断推出新的产品[12]。早期的可发性聚苯乙烯阻燃体系存在可发性聚苯乙烯泡沫板材收缩和塌陷等问题。究其原因，主要是所采用的有机溴化物的相对分子质量较低，对聚苯乙烯基体有明显的增塑作用；但若采用相对分子质量较高的有机溴化物，又存在渗透困难和影响发泡倍率等问题。为了解决上述问题，科技人员进行了大量的研究，但仍限于上述以有机溴化物为阻燃剂和以有机过氧化物为协同剂方面的研究，没有在其它阻燃剂的选用上取得突破。

聚苯乙烯实用浸渍阻燃技术[13]是使用反式-1，1，2，3，4，4-六溴-2-丁烯为阻燃剂，以1，3-双(α-叔丁基)过氧化二异丙苯(TDB)为协同剂的阻燃体系，对聚苯乙烯随发泡剂进行浸渍处理，得到阻燃可发性聚苯乙烯；还可使用2，4，6-三溴苯基烯丙基醚或五溴苯基烯丙基醚与2，4，6-三溴苯基烯丙基醚的混合物为阻燃剂浸渍处理[14]，使用该类溴代苯基烯丙基醚时不必使用有机过氧化物作协同剂就能获得良好的阻燃效果，并且低温浸渍比高温浸渍的效果更佳。使用该工艺对制品的密度、拉伸强度、耐热性和其它力学性能均无不良影响。

Arco公司和BASF等公司[14]研究了阻燃剂的粒径和阻燃效果之间的关系。研究结果表明：在浸渍工艺中使用微米级六溴环十二烷，至少有70%能被聚苯乙烯基体吸收，远高于使用通用级六溴环十二烷的，因此，可大幅度降低用量，从而减轻对泡沫塑料制品物理性能的不良影响，并降低生产成本。

4 聚苯乙烯泡沫塑料板材涂覆阻燃剂

聚苯乙烯泡沫塑料板材成型后在其表面涂覆阻燃层[15]。该阻燃层与泡沫塑料板材粘接牢固，当遭遇高温或火焰时，外表面阻燃层首先起到阻燃作用，抵御高温与火焰的进攻。由于该方法是在泡沫塑料板材成型后处理，所以适应性广，既可用于模压发泡法制得的可发性聚苯乙烯泡沫塑料板材(EPS)，也可用于挤出法制得的板材(XPS)，对发泡过程和成型性能无影响，但阻燃涂层的均匀性和粘接强度影响聚苯乙烯泡沫塑料板材的阻燃性能。

胡永腾 等[16]发明了一种用于可发性聚苯乙烯泡沫塑料板材的防火涂料，由A、B组分以1∶(1.2～1.4)的质量比复配而成。丁苯乳液为主要成膜物质，水玻璃为主要无机粘接剂，构成第一道防火硬壳，提高聚苯乙烯泡沫塑料板材的阻燃性。在聚磷酸铵类阻燃剂基础上，加入Al(OH)3、Ti2O3、氯化石蜡、防火纸纤维浆等，稳定增稠剂膨润土，轻骨料膨胀珍珠岩，并辅以填料、防腐剂等。A、B组分复配涂覆在EPS表面，可大幅度提高阻燃性能，氧指数高于32%，水平燃烧试验结果为不燃，电焊火花很难引燃阻燃的聚苯乙烯泡沫塑料板材，即使引燃也会在短时间内自熄。

黄显华 等[17]发明了一种针刺孔法制造的防火EPS板。在EPS板上打细孔，将硅化粉料、液料利用空芯针加注或高频振动注入EPS板细孔内，用硅化液料封闭刺孔，然后烘干或晾干。该方法可提高普通EPS板阻燃性能至A2级，并极大地降低了可发性聚苯乙烯板燃烧产生的烟量和烟毒，达到t1级的标准。

高岩[18]将珠粒涂覆与成型后涂覆两种工艺相结合，首先，将珠粒涂覆阻燃剂制成聚苯乙烯泡沫塑料板材，然后，再将板材表面涂覆阻燃剂。采用这种工艺制造的样品在700～1 000 ℃的酒精喷灯上加热30 s，阻燃涂层出现大小不一的泡状结构，但未出现点燃和发烟现象，即使表面阻燃涂层被破坏，热量向泡沫塑料内部扩散，由于聚苯乙烯珠粒涂覆了阻燃剂，仍然可以起到一定的阻燃作用，大大延长了EPS的点燃时间。

郭长洋 等[19]开发了在XPS表面涂覆专用防火涂料。在XPS表面涂覆适当厚度的防火涂层也是提高其阻燃性能的一条途径。涂覆涂料后的XPS板材遇火时, 防火涂层分解炭化, 在一定时间内(≥30 s)不脱落, 这样建筑工地上溅落到板材表面上的电焊火花等就不会引燃XPS 板, 从而起到保护XPS板材、防止火灾发生的作用。这种防火涂料与膨胀型防火涂料不同, 它是通过自身的耐高温性质使涂层在短时间内不被破坏, 从而使基材与火源隔绝,涂层下面的XPS仅收缩, 接触不到火源, 没有融熔物滴落。由于XPS不耐有机溶剂, 因此，该防火涂料必须是水溶性的，而且与XPS板以及粘接砂浆都具有良好的粘接性能。这对使用的粘接剂和无机耐高温材料提出了特殊的要求。经试验确定该涂料的配方：质量分数分别为12%的丙烯酸乳液，10%的氨基树脂，40%的硅灰石粉，10%的滑石粉，0.5%的增稠剂，1.0%的消泡剂和26.5%的水。XPS表面涂覆防火涂料(涂刷两遍,湿涂量约350 g/m2)的板材,干燥后按照JG149—2003测试, 涂层与XPS板的粘接强度≥0.25 MPa。使用本生灯对涂覆防火涂层的XPS样品进行燃烧试验：点燃时间15 s,火焰高度4.0 cm。王勇 等[20]发明了一种制备阻燃聚苯乙烯泡沫塑料的新方法，即在泡沫塑料表面涂覆硼酸和粘合剂，遇到火焰后硼酸将首先形成玻璃态涂层而起到阻燃作用。也有在泡沫塑料外层包裹金属如铝箔等的报道[21]，并称能达到B1阻燃要求。

5 聚苯乙烯泡沫塑料板材挤出成型时添加阻燃剂

聚苯乙烯泡沫塑料板材主要有两种成型工艺[22]：模压成型发泡成型与挤出发泡成型。前者是将可发性聚苯乙烯原料置于预发泡机中, 用一定的进料速率、蒸汽压力和温度控制发泡聚苯乙烯的容重(单位体积聚苯乙烯珠粒的质量)，进行预发泡。将预发泡后的珠粒通过流化干燥床进行干燥、熟化处理, 再送入成型机模具中通入蒸汽发泡, 最后冷却定型成所需板材。后者是将聚苯乙烯树脂、发泡剂和相关助剂通过挤出机连续挤出发泡成型，得到连续的聚苯乙烯泡沫塑料板材，通过切割得到标准尺寸的板材。

目前国内生产XPS板材，一般采用卤-锑阻燃剂的协效体系[23]，或采用膨胀石墨为阻燃剂，通过添加复合阻燃剂，进一步提高XPS的凝聚相阻燃作用。复合阻燃剂在高温作用下，在XPS表面形成不燃的致密炭层, 使基材与氧气隔绝, 同时致密炭层隔绝热量, 减缓高聚物的分解速率, 起到阻燃作用。该阻燃剂通过气相阻燃和凝聚相阻燃的双重作用, 使XPS的阻燃性得以大幅度提高。生产过程[24]是，首先，制备阻燃聚苯乙烯母料, 将搅拌机料槽及搅拌叶等清理干净, 加入定量的聚苯乙烯回收粒料, 搅拌下加入各种阻燃剂, 混合均匀后装入带有塑料内衬的编制袋中,并封口。

何宏武[23]系统研究了聚苯乙烯挤出发泡工艺。研究结果表明：四溴丁烷的分解温度太低，在加工过程中分解；六溴苯、十溴二苯醚、五溴二苯醚的熔点较高，只能以颗粒状态存在，且分解温度较高，阻燃效果不佳；六溴环十二烷的熔点低，在加工过程中能够良好分散于聚苯乙烯中，且分解温度略低于聚苯乙烯的，阻燃效果较好，当六溴环十二烷的质量分数为5%时，氧指数可达33.0%。挤出发泡过程中使用膨胀石墨的较少。原因是膨胀石墨的质量分数高于10%，对聚苯乙烯的挤出发泡有一定影响；另外，石墨属于高导热材料，影响到用于建筑外墙的聚苯乙烯泡沫塑料的保温效果。石墨的光滑片层结构对聚苯乙烯保温板的粘接性影响很大，对后续的外墙顺利安装保温板材产生不利影响。

对可发性聚苯乙烯树脂添加阻燃剂，并在聚苯乙烯挤出发泡过程中对聚苯乙烯进行适度交联，可进一步提高聚苯乙烯泡沫塑料的阻燃性能。楚广成 等[25]研究发现：交联聚苯乙烯泡沫塑料与线型聚苯乙烯泡沫塑料相比，热分解温度升高，成炭量增加，热稳定性上升，燃烧时熔融滴落物和发烟量显著减少，热释放速率、质量损失率和燃烧速率均降低，氧指数增加，阻燃性能提高。交联聚苯乙烯泡沫塑料在燃烧时生成大量残余炭覆盖在聚合物表面形成保护层，对热量传递、氧气和可燃气体产生阻隔作用，降低了聚苯乙烯的热分解速率，提高了阻燃性能。

6 结语

2005年7月1日，我国实施第一部有关公共建筑节能设计的综合性国家标准GB 5018—2005《公共建筑节能设计标准》。由于建筑节能的重点是围护结构的节能，这给保温材料行业带来了前所未有的机遇。

作为建筑外墙聚苯乙烯泡沫塑料保温塑料，人们对其阻燃性的要求越来越高，但聚苯乙烯中碳的质量分数高达91%，所以阻燃难度很大。目前聚苯乙烯的阻燃还未找到特别有效的方法。笔者所谈及的5种聚苯乙烯泡沫塑料阻燃的方法都很难达到A级阻燃水平。在聚苯乙烯中添加阻燃剂仍是主要方法，包括浸渍方法与成型过程中添加阻燃剂方法，都使用了含卤阻燃剂。然而，近年来欧美限制对含卤阻燃剂的使用。如何使用无卤阻燃剂制造阻燃聚苯乙烯泡沫塑料材料仍是科研人员研究的方向。另外，聚苯乙烯合成时添加阻燃剂或与阻燃单体共聚，从根本上解决聚苯乙烯泡沫塑料材料的阻燃，也是聚苯乙烯泡沫塑料材料阻燃技术的研究方向与发展趋势。

[1] 窦家林．阻燃级发泡聚苯乙烯树脂的研究[D]． 大连: 大连理工大学材料学院，2011．

[2] HOWELL B A,JOEL Uzibor. Pentaphenyl-1,3,2-dioxaphospholane as a reactive flame retardant[J].Journal of Vinyl & Additive Technology, 2006(12):192-197.

[3] 李玉玲，谷晓星. 树脂包覆法阻燃EPS泡沫塑料的制备及其燃烧性能的表征[J]. 中国塑料, 2013：27(1)：67.

[4] KIENZLE Charles. Particles of expandable polystyrene with improved flame-retardant properties: US, EP 0001830[P]. 1979-05-16.

[5] GUISCARD Gluck，MAINZ， FRANZ-JOSEF Dietzen， et al．Method for producing expandable polystyrene particles: US，644714[P].2002-09-03．

[6] F·J·迪茨恩，G·格拉克，G·赫曼，等．阻燃性聚苯乙烯泡沫材料：中国，99814260.3[P].2002-02-03.

[7] GOVIND Rauniyar.Expandable phenolic resin-coated composite beads，a process for production thereof and a process for molding thereof: US，4623584A[P].1986-11-18．

[8] 刘行.包覆法无卤阻燃发泡聚苯乙烯[D].上海:华东理工大学材料科学与工程学院，2011.

[9] 张胜，李玉玲. 聚苯乙烯泡沫塑料阻燃方法的研究进展[J]. 塑料，2013，42(4)：37-41.

[10] 朱原. 轻质高性能聚苯乙烯泡沬防火保温板制备与性能研究[D].西安：长安大学，2015.

[11] WILLEM Van Liemt, GOVIND Rauniyar, WILLEM Hubert Marie Souren, et al. Fire retardant polystyrene: US，201001l9813[P].2010-05-11.

[12] BECHER G. The stereochemistry of 1,2,5,6,9,10-hexabromocyclododecane and its graphic representation[J]. Chemosphere, 2005, 58(7):989-991.

[13] SONNENBERG Fred M. Process for the preparation of fire-retardant expandable thermoplastic beads: US，EP 0436367[P]．1991-07-10．

[14] WALTER O Pillar. Self-extinguishing polymer compositions containing hexabromo-2-butene: US, 3819547[P]. 1974-06-25.

[15] RALPH Matalon, CHERY Hill N J. Flameproof and fireproof products containing mono-ethanolamine，diethylamine or morpholine: US，4265963[P]．1981-05-05．

[16] 胡永腾，黄振利，孙侠，等.有机保温材料防火界面剂开发与研究[J].辽宁建材，2010(2)：50-54.

[17] 黄显华，黄万贵.一种针刺法制造防火聚苯乙烯泡沫板:中国，2013201934300[P].2013-06-18.

[18] 高岩.难燃型可发性聚苯乙烯保温材料的制备[D].长春：吉林大学，2013.

[19] 郭长洋，胡胜利．挤出型聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术的探讨[J]．消防科学与技术，2008，27(9)：675-677．

[20] 王勇，崔正．聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术研究进展[J]．中国塑料，2011：25(9)：6-10．

[21] 何小兵，王庭慰．可发性聚苯乙烯阻燃技术研究[J]．中国塑料，2002，16(1)：15-18．

[22] 李荣勋，董理，杨丰科,等. 十溴二苯乙烷阻燃聚苯乙烯的性能研究[J]. 橡塑技术与装备, 2004,30(3)：1-4.

[23] 何宏武. 阻燃、低密度PS挤塑泡沫板的工艺配方研究 [D].南京：东南大学，2002.

[24] 楚广成，李英飞，马乐，等.交联聚苯乙烯的热分解与燃烧性能研究[J].塑料科技，2011，39(10):53-57.

Research Progress on Flame Retardant Technologies of Polystyrene Foam Heat Insulator for Building Exterior Wall

YANG Zhong-wen, LIU Xi-wen

(Hunan Vocational College of Science & Technology, Changsha 410118， China)

The research progress on flame retardant technologies of polystyrene foam heat insulator for building exterior wall is reviewed. The mechanism of a typical flame retardant ammonium polyphosphate in coating method is briefly introduced. The development trend of flame retardant technologies of polystyrene foam is forecasted.

building exterior wall； polystyrene foam； flame retardant technology； research progress

湖南省科技厅资助项目：项目编号2012GK3106

杨中文(1963—)，男，教授，从事塑料加工技术的教学与科研工作

TQ 320

A

1009-5993(2016)02-0001-07

2016-04-06)