四川大学绿色多孔黏合剂助力建筑保温：阻燃抑烟，隔热性能提升 | Engineering

随着城市化的快速发展，全球能源使用量大幅增加。世界上约40%的能源消耗用于保持舒适的室内环境。使用隔热建筑材料在提高建筑物的能源效率方面发挥了重要作用。可发性聚苯乙烯（EPS）泡沫由于低成本和低密度、优异的耐湿性和隔热性已占据了保温材料最大的市场份额。然而，作为一种聚烯烃材料，EPS高度易燃。由于其高孔隙率、大比表面积、薄孔壁和高达98%（V/V）的空气含量，EPS比其相对应的树脂更难阻燃。EPS被点燃后，火焰快速传播，释放大量的热量和烟雾，对人类生命和财产构成重大威胁。因此，提高EPS的火灾安全性（包括阻燃和抑烟）具有重要的意义。

四川大学赵海波、王玉忠研究团队在中国工程院院刊《Engineering》2022年10月刊发表了题目为《一种用于隔热、阻燃和抑烟的可发性聚苯乙烯泡沫的高效绿色多孔黏合剂》的研究性文章，设计制备了一种新型的基于植酸（PA）改性淀粉的绿色多孔生物基阻燃淀粉（FRS）涂层。FRS可同时起到阻燃剂和黏合剂的作用，自身具有开孔结构，可与EPS珠粒的封闭单元形成多级孔结构，使得所得FRS-EPS泡沫表现出隔热性能，导热率仅27.0 mW⋅(m⋅K)⁻¹。该FRS-EPS泡沫表现出极低的热释放和烟释放速率，具有优异的阻燃性和抑烟性。比光密度低至121，比纯EPS降低了80.6%。FRS-EPS在垂直燃烧试验中也表现出自熄灭行为，极限氧指数（LOI）值高达35.5%。在酒精灯灼烧30 min后，FRS-EPS的背部温度仅140 °C，具有优异的耐火性。文章表明，高温下FRS在凝聚相中形成了致密的富磷杂化屏障，气相中形成的含磷化合物实现了阻燃和抑烟。文章为制备具有优异阻燃性、抑烟性和隔热性的聚合物泡沫提供了新思路。

文章进一步使用激光共聚焦显微镜测量纯EPS和FRS-EPS的形貌和表面粗糙度。结果表明，对于纯EPS珠粒，涂有S4PA1的EPS珠粒的表面粗糙度从85.7 μm增加到156.0 μm，并且在E8S4PA1珠粒上观测到不同的深度，进一步表明在EPS珠粒上存在开孔的多孔涂层。另外，FRS均匀紧密地包覆在EPS珠粒上，且珠粒之间没有分离。文章指出，这种多级孔结构在改善 FRS-EPS泡沫的隔热性方面起着关键作用。

值得注意的是，文章还推测了FRS-EPS的阻燃和抑烟机理。文章表明，当FRS-EPS燃烧时，涂层中的淀粉在PA催化下迅速脱水形成碳骨架。在FRS分解过程中产生的不易燃气体（如CO₂、H₂O、含磷化合物等）使碳骨架形成膨胀、致密、稳定的磷杂化炭层。此混合炭层作为保护屏障，抑制可燃气体和烟释放，抑制热量、氧气和其他热降解产物向表面输送。此外，不易燃气体稀释氧气浓度，防止可燃挥发性气体进入燃烧区。文章指出，在FRS的凝聚相和气相作用下，FRS-EPS表现出出色的阻燃和抑烟性能。

以上内容来自：Meng-En Li, Hai-Bo Zhao, Jin-Bo Cheng, Ting Wang, Teng Fu, Ai-Ning Zhang, Yu-Zhong Wang. An Effective Green Porous Structural Adhesive for Thermal Insulating, Flame-Retardant, and Smoke-Suppressant Expandable Polystyrene Foam [J]. Engineering, 2022, 17(10): 151-160.

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原文链接：http://www.engineering.org.cn/en/10.1016/j.eng.2020.08.032

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ISSN 2095-8099

CN 10-1244/N

IF 12.8 Q1

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