酚醛建筑保温阻燃材料的研制
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酚醛建筑保温阻燃材料的研制
灭火剂与阻燃材料
佟 锐１ ，李 晓 峰２ ，周 云２ ，沈 石 山３ （１．上海市消防总队，上海２０００５１；２．上海海事大学 海洋材料科学与工程研究院，上海 ２０１３０６；
３．上海旺月工程材料技术有限公司，上海 ２００１３５）
摘 要：过定向 复 配 催 化 技 术 和 程 序 温 控 工 艺，合 成 分 子 量高、分子量分布窄的 Ａ 阶 酚 醛 树 脂。 通 过 调 节 发 泡 剂、固 化 剂的种类和用量及发泡压力、加热速率 和 时 间 制 得 酚 醛 微 孔 材 料。研究了酚醛微 孔 材 料 的 微 观 形 貌，热 性 能 和 耐 火 极 限 性 能。试验表明，制得 的 酚 醛 微 孔 材 料 密 度 均 匀，泡 孔 较 小 且 排 列致密，孔径２０～１００ｎｍ。酚醛 微 孔 材 料 的 ＤＳＣ 曲 线 在 ８０～ １２０ ℃有一个放热峰，这是体系 固 化 所 致；在 １７５～２２０ ℃ 有 一 个吸热峰，应是体系内小分子挥发 所 引 起 的。 抗 火 焰 穿 透 时 间 可达０．９３ｈ，具有良好 的 耐 火 性 能，可 成 为 替 代 聚 苯 乙 烯 的 一 种新型建筑保温阻燃材料。
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内部形成分 布 均 匀 的 微 孔 ，孔 径 约 为 ２０～１００ｎｍ，泡 孔 较小且排列致密。这可能是由于有较小的填充粒子渗入 到酚醛树脂中，使体系的粘弹性增 加 ，阻 碍 了 气 泡 的 迅 速 增长，使气泡细小而又均匀 。
材料内部良好的微孔结构使酚醛微孔材料吸水率 低，防蒸汽渗透力强 ，在作为建筑保 温 材 料 使 用 时 不 会 出 现结露现象。另 外，规 整 的 微 孔 结 构 提 高 了 材 料 的 尺 寸 稳定性，在使用温度范围内尺寸变 化 率 明 显 降 低 ，这 对 于 提高材料在不同地区使用的耐候性至关重要。 ２．２．２ 酚醛微孔材料的 ＤＳＣ 分析
酚醛微孔材料具有热导率低 、防火 性 能 优 异 的 特 性。 与聚氨酯、聚苯 乙 烯、橡 塑 泡 沫 等 有 机 泡 沫 塑 料 相 比，酚 醛泡沫具有质轻 、吸水率小、导热系数 低、难 燃、产 烟 毒 性 在准安全三级 以 上 、耐 火 焰 穿 透、遇 火 即 炭 化 且 无 滴 落、 火焰蔓延速率小 、耐高温、安全、环境友 好 等 特 性，是 新 型 隔热保温材料。 ２．１ 酚 醛 建 筑 保 温 阻 燃 材 料 的 制 备 工 艺
２０世纪７０ 年 代 出 现 了 世 界 性 的 能 源 危 机 ，住 宅 和 公共用房的采 暖 、空 调、照 明 和 家 用 电 器 等 设 备，消 耗 了 世界能源总量 的 三 分 之 一 ，建 筑 能 耗 与 工 业、农 业、交 通 运输业能 耗 并 列，属 于 民 生 能 耗，一 般 占 该 国 总 能 耗 的 ３０％～４０％。因 此，全 面 推 广 建 筑 节 能 措 施 ，并 降 低 污 染，减少温室气体的排放 ，减轻环境负担。 １．２ 建 筑 保 温 材 料 出 现 的 问 题
图 １ 建 筑 保 温 用 酚 醛 及 改 性 酚 醛 微 孔 材 料 制 备 技 术 路 线 框 图
２．２ 结 果 与 讨 论 ２．２．１ 酚 醛 微 孔 材 料 的 微 观 形 貌
酚醛微孔材 料 的 扫 描 电 镜 （ＳＥＭ）微 观 形 貌，见 图 ２ 所示。
由图２可知，酚 醛 树 脂 经 过 发 泡 注 射 成 型 加 工 后 可 形成微观结构规整的酚醛微孔材料。材料表面比较光滑 平 整 ，可 见 到 少 许 填 料 的 颗 粒 ，粒 径 约 为８０ｎｍ。在 材 料
经过燃烧试验 检 验 ，酚 醛 夹 芯 板 试 样 背 火 面 平 均 温 升为１００ ℃，背火面单点最高温升为２１３ ℃，经过０．９３ｈ 的耐火考验，试样仍未丧失完整性 ，彩 钢 板 也 未 与 酚 醛 芯 材剥离，由酚醛微孔材料制备的酚 醛 芯 材 颜 色 变 深 ，但 仍 保持原来的尺寸和形态。说明试验所制得的酚醛彩钢夹 芯板具有良好 的 阻 燃 性 能 ，有 一 定 的 防 火 安 全 性 。 耐 火 实验前后对比照片 ，如图４所示。
关 键 词 ：酚 醛 树 脂 ；建 筑 保 温 ；防 火 材 料 ；阻 燃 材 料 中 图 分 类 号 ：Ｘ９２４．４，ＴＵ５４５ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００９－００２９（２０１２）０１－００８３－０３
１ 建 筑 保 温 材 料 １．１ 建 筑 保 温 的 必 要 性
基 金 项 目 ：上 海 科 技 成 果 转 化 促 进 会 、上 海 市 教 育 发 展 基 金 会 “联 盟 计 划 难 题 招 标 专 项 ”（２００８４２８）；上 海 海 事 大 学 校 科 研 基 金 项 目 （２００８４７０）
消 防 科 学 与 技 术 ２０１２ 年 １ 月 第 ３１ 卷 第 １ 期
近年来，南京中环国际广场 、哈 尔 滨 经 纬 ３６０ 度 双 子 星大厦、济南奥 体 中 心、北 京 央 视 新 址 附 属 文 化 中 心、上 海胶州路教师公 寓、沈 阳 皇 朝 万 鑫 大 厦 等 相 继 发 生 建 筑 保温材料火 灾，造 成 严 重 人 员 伤 亡 和 财 产 损 失。 因 此 研 制具有良好防火阻燃性能的消防安全型建筑保温材料， 减 少 火 灾 发 生 ，十 分 必 要 。 ２ 酚 醛 建 筑 保 温 阻 燃 材 料 的 研 制
通过定向复配 催 化 技 术 和 程 序 温 控 工 艺 ，合 成 分 子
量高、分子量分布窄的 Ａ 阶酚醛 树 脂。 将 Ａ 阶 酚 醛 树 脂 与不相容的发泡剂乳化 ，然后与固化剂 分 ຫໍສະໝຸດ Baidu，优 化 注 射 成 型和烘干成 型 工 艺，制 备 酚 醛 微 孔 材 料。 具 体 工 艺 路 线 如图１所示。
图３为酚醛微 孔 材 料 的 ＤＳＣ 曲 线。 由 图 ３ 可 知，试 验制得 的 酚 醛 微 孔 材 料 在 ８０～１２０ ℃ 有 一 个 放 热 峰，这 是体系固化所 致；而 在 １７５～２２０ ℃ 又 出 现 一 个 吸 热 峰 ， 应是体系内小分子挥发所引起的。
良好的热稳定性和相对较低的烟密度和烟气毒性， 是酚醛微孔材 料 在 建 筑 保 温 领 域 应 用 的 最 大 优 势 ，是 在 保证节能效果 的 前 提 下 ，保 护 人 民 生 命 财 产 安 全 的 有 力 保障。 ２．２．４ 酚 醛 夹 芯 板 的 耐 火 极 限 试 验
灭火剂与阻燃材料
佟 锐１ ，李 晓 峰２ ，周 云２ ，沈 石 山３ （１．上海市消防总队，上海２０００５１；２．上海海事大学 海洋材料科学与工程研究院，上海 ２０１３０６；
３．上海旺月工程材料技术有限公司，上海 ２００１３５）
摘 要：过定向 复 配 催 化 技 术 和 程 序 温 控 工 艺，合 成 分 子 量高、分子量分布窄的 Ａ 阶 酚 醛 树 脂。 通 过 调 节 发 泡 剂、固 化 剂的种类和用量及发泡压力、加热速率 和 时 间 制 得 酚 醛 微 孔 材 料。研究了酚醛微 孔 材 料 的 微 观 形 貌，热 性 能 和 耐 火 极 限 性 能。试验表明，制得 的 酚 醛 微 孔 材 料 密 度 均 匀，泡 孔 较 小 且 排 列致密，孔径２０～１００ｎｍ。酚醛 微 孔 材 料 的 ＤＳＣ 曲 线 在 ８０～ １２０ ℃有一个放热峰，这是体系 固 化 所 致；在 １７５～２２０ ℃ 有 一 个吸热峰，应是体系内小分子挥发 所 引 起 的。 抗 火 焰 穿 透 时 间 可达０．９３ｈ，具有良好 的 耐 火 性 能，可 成 为 替 代 聚 苯 乙 烯 的 一 种新型建筑保温阻燃材料。
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内部形成分 布 均 匀 的 微 孔 ，孔 径 约 为 ２０～１００ｎｍ，泡 孔 较小且排列致密。这可能是由于有较小的填充粒子渗入 到酚醛树脂中，使体系的粘弹性增 加 ，阻 碍 了 气 泡 的 迅 速 增长，使气泡细小而又均匀 。
材料内部良好的微孔结构使酚醛微孔材料吸水率 低，防蒸汽渗透力强 ，在作为建筑保 温 材 料 使 用 时 不 会 出 现结露现象。另 外，规 整 的 微 孔 结 构 提 高 了 材 料 的 尺 寸 稳定性，在使用温度范围内尺寸变 化 率 明 显 降 低 ，这 对 于 提高材料在不同地区使用的耐候性至关重要。 ２．２．２ 酚醛微孔材料的 ＤＳＣ 分析
酚醛微孔材料具有热导率低 、防火 性 能 优 异 的 特 性。 与聚氨酯、聚苯 乙 烯、橡 塑 泡 沫 等 有 机 泡 沫 塑 料 相 比，酚 醛泡沫具有质轻 、吸水率小、导热系数 低、难 燃、产 烟 毒 性 在准安全三级 以 上 、耐 火 焰 穿 透、遇 火 即 炭 化 且 无 滴 落、 火焰蔓延速率小 、耐高温、安全、环境友 好 等 特 性，是 新 型 隔热保温材料。 ２．１ 酚 醛 建 筑 保 温 阻 燃 材 料 的 制 备 工 艺
２０世纪７０ 年 代 出 现 了 世 界 性 的 能 源 危 机 ，住 宅 和 公共用房的采 暖 、空 调、照 明 和 家 用 电 器 等 设 备，消 耗 了 世界能源总量 的 三 分 之 一 ，建 筑 能 耗 与 工 业、农 业、交 通 运输业能 耗 并 列，属 于 民 生 能 耗，一 般 占 该 国 总 能 耗 的 ３０％～４０％。因 此，全 面 推 广 建 筑 节 能 措 施 ，并 降 低 污 染，减少温室气体的排放 ，减轻环境负担。 １．２ 建 筑 保 温 材 料 出 现 的 问 题
图 １ 建 筑 保 温 用 酚 醛 及 改 性 酚 醛 微 孔 材 料 制 备 技 术 路 线 框 图
２．２ 结 果 与 讨 论 ２．２．１ 酚 醛 微 孔 材 料 的 微 观 形 貌
酚醛微孔材 料 的 扫 描 电 镜 （ＳＥＭ）微 观 形 貌，见 图 ２ 所示。
由图２可知，酚 醛 树 脂 经 过 发 泡 注 射 成 型 加 工 后 可 形成微观结构规整的酚醛微孔材料。材料表面比较光滑 平 整 ，可 见 到 少 许 填 料 的 颗 粒 ，粒 径 约 为８０ｎｍ。在 材 料
经过燃烧试验 检 验 ，酚 醛 夹 芯 板 试 样 背 火 面 平 均 温 升为１００ ℃，背火面单点最高温升为２１３ ℃，经过０．９３ｈ 的耐火考验，试样仍未丧失完整性 ，彩 钢 板 也 未 与 酚 醛 芯 材剥离，由酚醛微孔材料制备的酚 醛 芯 材 颜 色 变 深 ，但 仍 保持原来的尺寸和形态。说明试验所制得的酚醛彩钢夹 芯板具有良好 的 阻 燃 性 能 ，有 一 定 的 防 火 安 全 性 。 耐 火 实验前后对比照片 ，如图４所示。
关 键 词 ：酚 醛 树 脂 ；建 筑 保 温 ；防 火 材 料 ；阻 燃 材 料 中 图 分 类 号 ：Ｘ９２４．４，ＴＵ５４５ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００９－００２９（２０１２）０１－００８３－０３
１ 建 筑 保 温 材 料 １．１ 建 筑 保 温 的 必 要 性
基 金 项 目 ：上 海 科 技 成 果 转 化 促 进 会 、上 海 市 教 育 发 展 基 金 会 “联 盟 计 划 难 题 招 标 专 项 ”（２００８４２８）；上 海 海 事 大 学 校 科 研 基 金 项 目 （２００８４７０）
消 防 科 学 与 技 术 ２０１２ 年 １ 月 第 ３１ 卷 第 １ 期
近年来，南京中环国际广场 、哈 尔 滨 经 纬 ３６０ 度 双 子 星大厦、济南奥 体 中 心、北 京 央 视 新 址 附 属 文 化 中 心、上 海胶州路教师公 寓、沈 阳 皇 朝 万 鑫 大 厦 等 相 继 发 生 建 筑 保温材料火 灾，造 成 严 重 人 员 伤 亡 和 财 产 损 失。 因 此 研 制具有良好防火阻燃性能的消防安全型建筑保温材料， 减 少 火 灾 发 生 ，十 分 必 要 。 ２ 酚 醛 建 筑 保 温 阻 燃 材 料 的 研 制
通过定向复配 催 化 技 术 和 程 序 温 控 工 艺 ，合 成 分 子
量高、分子量分布窄的 Ａ 阶酚醛 树 脂。 将 Ａ 阶 酚 醛 树 脂 与不相容的发泡剂乳化 ，然后与固化剂 分 ຫໍສະໝຸດ Baidu，优 化 注 射 成 型和烘干成 型 工 艺，制 备 酚 醛 微 孔 材 料。 具 体 工 艺 路 线 如图１所示。
图３为酚醛微 孔 材 料 的 ＤＳＣ 曲 线。 由 图 ３ 可 知，试 验制得 的 酚 醛 微 孔 材 料 在 ８０～１２０ ℃ 有 一 个 放 热 峰，这 是体系固化所 致；而 在 １７５～２２０ ℃ 又 出 现 一 个 吸 热 峰 ， 应是体系内小分子挥发所引起的。
良好的热稳定性和相对较低的烟密度和烟气毒性， 是酚醛微孔材 料 在 建 筑 保 温 领 域 应 用 的 最 大 优 势 ，是 在 保证节能效果 的 前 提 下 ，保 护 人 民 生 命 财 产 安 全 的 有 力 保障。 ２．２．４ 酚 醛 夹 芯 板 的 耐 火 极 限 试 验