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饰面型防火涂料在应用中的安全环保问题研究

国外发达国家早在20世纪20年代就出现了饰面型防火涂料，随着时代的发展，饰面型防火涂料的开发研制取得了突破性进展，其相关的各种技术标准也较为完善，尤其以美国、日本为代表，饰面型防火涂料的研究异常活跃，到20世纪70年代末，国外饰面型防火涂料已形成高质量、系列化、多品种的局面。我国饰面型防火涂料的发展相对国外较晚，但随着我国建设事业的不断深入及人们对建筑内部装饰装修要求的不断提升，以木材为代表的易燃材料在其中的应用越来越广泛、多样，饰面型防火涂料作为防火保护材料的需求也越来越大。目前，饰面型防火涂料的研究及推广已经打开局面，逐渐进入高潮。在我国，饰面型防火涂料主要有溶剂型和水溶型两类。
溶剂型饰面防火涂料是指以有机溶剂作分散介质的一类饰面型防火涂料，其成膜物一般为合成的有机高分子树脂，主要有：酚醛树脂、过氯乙烯树脂、氯化橡胶、丙烯酸酯树脂、改性氨基树脂等，一般以200#溶剂汽油、香蕉水、醋酸丁酯等为溶剂。上述树脂基料中，加入炭化剂、催化剂、发泡剂、阻燃剂及其它填料组成防火体系，受火时即形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状碳质发泡层，对可燃基材有优良的保护作用。
水溶型饰面防火涂料是指以水作分散介质的一类饰面型防火涂料，其成膜物可以是有机高分子树脂，也可以是经有机树脂改性的无机粘合剂。用于水溶型饰面防火涂料成膜剂的树脂主要有：丙烯酸树脂、氯丁乳液、醋酸乙烯乳液、苯丙乳液等，一般以乳液型饰面防火涂料居多。上述水溶型高分子化合物或经改性的无机粘接剂，加入发泡剂、阻燃剂、碳源及其它填料组成防火体系，受火时即形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状的碳质发泡层，对可燃基材有优良的保护作用。
目前，国内市场上销售的饰面型防火涂料主要以溶剂型防火涂料为主。但随着该类产品使用的深入，其缺点和不够日益凸显，即发烟量高、刺激性气味浓、毒性大、燃烧产物严重污染环境等。
2饰面型防火涂料烟气毒性及发烟量问题

虽然饰面型防火涂料在保护人民生命财产安全方面发挥了重要作用，但它在火场中的一个普遍现象逐步引起了人们的关注，防火涂料在火场中燃烧时浓烟滚滚、"乌云漫天'同时伴有浓烈刺激性气体产生，特别是溶剂型防火涂料状况更为严重复杂。从消防救灾统计数据来看，火场中被火烧死的比例很小，而烟气致死的比例则高达75%~80%。
火灾烟气的危害性主要是：一是当烟气中的含氧量低于正常所需的数值时，人的活动能力就会减弱、智力混乱，甚至晕倒窒息。当烟气中含有的各种有毒气体含量超过人正常生理所同意的最低浓度时，就会造成中毒死亡；二是烟气的减光性影响人员的安全疏散和火灾扑救，烟气中的烟粒子对可见光的遮蔽性使能见度大大降低，并且烟气对人的眼睛有极大的刺激，使人睁不开眼睛，影响疏散速度。据此，业内外均有人对防火涂料遇火后的安全性提出质疑，认为其燃烧产物对未逃离火场人员和从事火场施救的消防人员有着严重的伤害。
为达到防火阻燃效果，饰面型防火涂料中必须加入含卤素、氮等元素的阻燃剂。在火灾不完全燃烧条件下，这些元素会分解释放出大量的有毒气体，如一氧化碳、二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、硫化氢、氯化氢、氟化氢、光气等，这些气体一旦大量累积，对火场人员极其不利。

在火灾条件下，经饰面型防火涂料处理过的材料燃烧过程中发烟量是否会增加？笔者对经饰面型防火涂料处理后的木质板材的烟密度进行了实验。
实验依据国家标准《建筑材料燃烧及分解的烟密度试验方法》〔GB/T8627-1999〕测试了7组试样材料的烟密度。实验基材采纳一级松木五层胶合板，使用的2种涂料产品均经过国家相关部门检验合格。
实验证实：一级松木五层胶合板经饰面型防火涂料阻燃处理后，烟密度等级依据防火涂料涂刷量不同而有所增加，最多可以增加至3倍左右。因此，饰面型防火涂料在火灾条件下，其发烟量问题不可忽视。
饰面型防火涂料作为一种功能性工程材料，它必须通过对火燃烧反应才能表现其功能，其燃烧产物是一种特别的二次污染。因此，完善相关技术标准，全面评价防火涂料的安全指标，特别是其燃烧产物的毒性是目前亟待解决的问题。
3饰面型防火涂料的环保问题
饰面型防火涂料在其生产、储存、运输、施工和使用的过程中，会向大气和水体排扩大量的有毒物质，进一步危及人体健康和生态环境。早在20世纪70年代，国际室内空气科学学会提出了挥发性有机化合物〔volatileorganiccompounds，VOC〕的概念，意识到了VOC对环境的污染。挥发性有机化合物包括碳氢化合物、有机卤化物、有机硫化物、羰基化合物、有机酸和有机过氧化物等，在阳光作用下与大气中的氮氧化物、硫化物发生光化学反应，生成毒性更大的二次污染物，形成光化学烟雾。
饰面型防火涂料由于其组分中含有大量的有机溶剂，在使用过程中其最主要的污染是可挥发性有机物〔VOC〕。它对人体的影响主要可分为3类：
〔1〕气味和感官效应，包括感官刺激，感觉干燥；
〔2〕粘膜刺激和其他系统毒性导致的病态，刺激眼粘膜、鼻粘膜、呼吸道和皮肤等。挥发性有机化合物很容易通过血液-大脑导致中枢神经系统受到抑制，使人产生头痛、乏力、昏昏欲睡和各种不舒适的感觉；
〔3〕致癌性，很多挥发性有机化合物被证实是致癌物或可疑致癌物，如苯。
据现代流行病的调查说明：总挥发性有机化合物的浓度小于0.2mg/m3时，不会产生刺激反应，人体无不舒适的感觉；而大于3mg/m3时就会出现某些症状；3~25mg/m3可导致头痛和部分神经中毒，人体显然感到不舒适；大于25mg/m3时，浮现毒性反应。饰面型防火涂料中，部分有机挥发物的致病症状。
我国在2005年公布了《环境标志产品认证技术要求水性涂料》标准，明确提出了"不得人为添加邻苯二甲酸酯类、乙二醇醚类、卤代烃、苯、甲苯、二甲苯、乙苯等对人体有害的物质'，并对VOC含量进行了限定。在环保意识日益深入人心的今天，挥发性有机化合物含量很高的溶剂型涂料的使用越来越受到严格限制，这就要求开发所谓"环境友好型涂料'。就防火涂料产品而言，提升防火涂料的环保性要解决的首要问题是降低有机溶剂含量或使用无溶剂型涂料。
4饰面型防火涂料的展望
目前，在我国市场上使用的溶剂型饰面防火涂料，基本上都是聚磷酸铵〔APP〕/三聚氰胺〔MEL〕/季戊四醇〔PE〕阻燃耐火体系。这些体系都属于"化学膨胀型'，在火场中，主要依靠不同组分之间的化学反应来产生膨胀碳层，这个过程中就会释放出很多有毒气体，这是目前饰面型防火涂料燃烧产物毒性的主要根源。因此，充分利用现代科学技术，研发该体系的替代/取代物是解决目前防火涂料安全问题的关键。
修订完善现行国家标准，及早与国际接轨。比较我国目前的饰面型防火涂料国标和国际通用标准，发现尚有一定的距离，尤其在烟密度、发烟量等方面未作细致合计，这显然是不够的体现；另外，标准中检验项目的不一致，也使我国的饰面型防火涂料难以与国外品牌直接比较。因此，随着我国防火涂料检测技术的不断提升，尽快修订完善既合适我国国情又与国际接轨的饰面型防火涂料技术标准，已成为促进其发展的当务之急。
饰面型防火涂料的发展，应当着重从以下几个方面突破：一是要开发研究新型环保型防火涂料，特别是保持发展水性防火涂料和"物理膨胀型'防火涂料，尽量减少或避免生产、施工或燃烧过程中造成的环境污染和人身危害，在研究开发防火涂料时，既要重视防火性能、理化性能和使用性能的研究，还要改善提升生产工艺技术水平，保证产品质量，做到安全有效；二是要对各类防火涂料的施工应用性能作深入研究，包括防火涂料对基材的粘结性能、涂层的使用寿命等，特别是对膨胀型防火涂料的使用寿命，要给予足够重视，进行科学研究和评价，为用户提出使用年限的技术依据；三是完善既合适我国国情又与国际接轨的饰面型防火涂料技术标准，特别是要将防火涂料的安全环保要求纳进产品的质量标准。