《科技创新与品牌》杂志社学术交流

我国建筑节能保温防火技术的重大突破


杨宗焜教授


        一、引言

        我国是目前世界上每年新建建筑量最大的国家,也是世界高层、超高层建筑发展最快的国家,建筑节能、保温、防火、安全始终是我国的重大攻关项目。最近,我国科技工作者以杨宗焜、杨玉楠、华校生为首的研发团队已成功研发了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,特别是近期又成功研发了与酚醛相仿的接近不燃A2级聚氨酯泡沫,即在高温火灾攻击下,泡沫会迅速形成碳化层,阻止火灾蔓延,因而具有更好的抗火灾功能,这是建筑节能保温防火技术的重大突破。该成果国内领先,氧指数指标达国际先进水平,可广泛用于高层建筑、公共场所建筑、幕墙建筑,甚至建筑内部的内保温。

        二、低碳低烟低毒难燃B1级聚氨酯泡沫最新成果简介

        该项目攻克了专门用于建筑上的耐温、难燃、低发烟、低毒性的特种B1等级PIR聚氨酯难燃硬泡,确实有效地解决了当前聚氨酯有机保温材料用于建筑上急需解决的防火阻燃安全环保的世界性难题。其创新点是:在国内首先采用了杨宗焜教授创建的低卤化、结碳膨胀型阻燃技术路线,用化学结构改性办法,通过曼尼希反应,在易燃的氨基甲酸脂键中,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)。用上述难燃化技术路线制备难燃(PlR)聚氨酯泡沫,使原来易燃的聚氨酯硬泡,从易燃级别提升到难燃级别,甚至接近不燃A2级水平。此项目已经国家权威机构检测,达到并超过我国颁布的GB8624-1997国家标准(相当于德国DIN4102标准)中的B1等级;达到并超过GB8624-2006国家标准,相当于欧洲EN13501标准中的难燃C级标准。从单项指标考察,氧指数≥32,最高达36;烟密度≥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,不仅大大超过了B1等级≥150mm的标准,甚至最高达470mm,超过不燃A2级标准≥350mm的指标。
        用上述技术路线制备的泡沫,其最大特点是:在火的高温攻击下,泡沫迅速形成碳化层,这一碳化层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。

        
三、最新成果已在广州朗腾聚氨酯有限公司形成生产能力

        目前,低碳低烟低毒难燃B1级聚氨酯泡沫最新成果已在广州朗腾聚氨酯有限公司开发成功,并实现了万吨级产业化生产规模。
        广州朗腾聚氨酯有限公司是中国从事聚氨酯原材料、组合聚醚开发研究、生产、销售及应用的大型高科技企业,拥有6万吨的生产能力以及先进的生产装置和设备。近期,朗腾公司的聚氨酯合成专家沈克敏高级工程师领导的研发团队,与杨宗焜教授的研发团队通力合作,根据杨宗焜教授的结碳膨胀型阻燃技术路线,巧妙地融入到广州朗腾的研发应用中,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。这种新材料燃烧时将形成结碳层,有效地防止火焰传播和滴落,具有低发烟量和良好的绝热性能。朗腾公司已将其应用在建筑板材、喷涂、仿木等行业中,取得了理想的阻燃及工艺效果。目前广州朗腾公司已顺利开发成功,并实现了万吨级的产业化生产。

        
四、吸取CCTV火灾教训,正确应用新型防火材料

        中央对CCTV新址北配楼火灾源头调查认定,是燃放焰火时,火星落入擦窗机检修孔内,引燃检修通道内壁祼露的易燃材料,使金属幕墙及屋面的保温材料XPS(挤塑聚苯板)熔化所致。XPS属热塑性泡沫塑料,对火反应会熔化滴落。该材料按国内外检测标准进行检测,非常容易取得难燃级燃烧性能数据,这种假象容易使人迷惑,错误地把此材料当作难燃级材料使用。从真实火灾情况中考察此材料燃烧性能即“火灾性能”,它是阻燃性能极差、过火速度极快的一种材料。因此,XPS所提供的难燃级B1级报告误导视听,形成人们对防火材料安全性认知的误区。
        吸取CCTV火灾教训,建筑节能防火保温材料的应用要特别谨慎,其关键点是不仅要高度重视节能材料的“燃烧性能”,还要高度重视“火灾性能”。具体来说,第一步,必须考察其燃烧性能数据是否真正达到难燃级标准,特别要注意,即使获得难燃级标准数据,还不能认定该材料在真实火灾中的燃烧性能也一定能达到难燃级。因为真实的火灾性能试验是无法确立、无法重复的,人们无法在真实火灾中取得有机保温材料的燃烧性能即“火灾性能”的数据;第二步,也是关键的一步,只能从接近火灾真实情况的大型火灾试验中才能取得可靠的“火灾性能”数据,才能从材料的源头上遏制火灾频发的问题。
        对建筑材料的考察,国际上通用的是英国大型“BS窗口”及国际的“ISO墙角”等大型火灾试验。除上述一般建筑火灾性大型试验外,对于幕墙建筑应当根据幕墙建筑在火灾中引发火势加大的“烟囱效应”的特点,针对双层幕墙在火灾中具有的这一特殊性,建议由幕墙专家会同公安消防部门专家共同设立(建立)幕墙系统大型火灾试验“模型”以及试验方法。

        五、有机保温材料在中国建筑节能中的主力军地位不能动摇 
 
        至今,有机保温材料已处在当今世界建筑领域中建筑节能主力军地位。我国自上世纪80年代后,开始在建筑中大规模引进西方经济发达国家高科技的有机保温材料,但鉴于近年我国建筑火灾频频发生,有人提议以无机材料替代有机保温材料。因此,有机保温材料究竟能不能防火?究竟用什么样保温材料才能保证安全第一、保证建筑节能和安全并举是当前建筑节能中必须回答的问题。
        我们认为,有机保温材料在当今世界的建筑节能主力军地位是无法改变的。但是我国建筑火灾频频发生,尤其中央电视台新建大楼的一场火灾,使人们对有机保温材料能否充当中国建筑节能的主力军作用产生怀疑,有人提议以无机材料替代有机保温材料,但无机保温材料有着先天不足的缺陷。无机保温材料在火灾初级阶段不易引发火灾,但在火灾发展阶段,无机保温材料不能阻挡火灾发展。在火灾高温攻击下,金属材料熔化,钢结构在600oC以上变成“软面条”,混凝土在300oC以上就爆裂,玻璃棉超过350oC泡沫就脆化,岩棉超过600oC以上就会粉化,它们存在的问题已在中央电视台新楼的火灾中得到印证,即CCTV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、岩棉均烧成了“一把灰”,完全失去了防火功能。
        但是,我们也必须看到,包括最佳节能保温的聚氨酯在内的有机保温材料,如果没有对它们进行化学分子结构改性,它们都因是高分子易燃材料,都存在严重的火灾隐患,尤其热塑性泡沫塑料PS泡沫(EPS、XPS),它们在80oC就熔化,防火性能极差,不能用于人口密集的高层建筑、公共建筑中。
        广州朗腾聚氨酯有限公司等都已生产出难燃B1级聚氨酯泡沫材料,并已投入生产,难燃B1级聚氨酯泡沫样板已在中国2010年上海世博会《远大馆》展出。所以,我们最新成功研发的改性低碳低烟低毒难燃B1级聚氨酯泡沫,可从源头上解决保温材料的防火安全问题,聚氨酯有机保温材料在中国建筑节能的主力军地位不可动摇。