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阻燃剂:从源头阻止火灾发生

  文章加入时间:2016年1月


  导读坐车上下班、使用电子设备、在写字楼里工作已经成为现代生活的一部分。伴随这一生活方式的是塑料、泡沫材料的广泛使用。这些材料在带给我们舒适的同时,也存在着火灾隐患。在易燃材料中,加入“阻燃剂”,使其成为难燃材料,是从源头控制火灾发生的重要手段。 
  阻燃剂:预防火灾的生命卫士
  “如果我居住的房间里没有使用阻燃剂,我会感到非常不安,因为这会存在极大的火灾隐患。”这句话出自德州农工大学(Texas A&M University)火灾研究科学家Jamie Grunlan之口。
  能准确说出“阻燃剂”三个字,并会因未使用阻燃剂而感到不安的人,绝大部分是与Jamie一样的专家。普通公众,甚至常年从事科技报道的记者,连“阻燃剂”这个词恐怕都没有听说过。
  阻燃剂主要应用于交通运输、电子与电气设备、家具以及建筑物和建筑材料四个领域,每天我们都与它“形影不离”。电脑的电路板上涂有阻燃剂,手机塑料外壳上涂有阻燃剂,电影院和剧院座椅和汽车座椅使用阻燃剂、公楼外墙保温材料也涂着阻燃剂。
  这些物品大都使用了高分子材料或聚合物(塑料、橡胶、化纤、涂料及粘合剂等),有些材料甚至被称作固体石油,“一点就着”。
  所以,各国相关防火法规和标准都强制规定电子设备、建筑、交通工具中相应塑料部件“必须”满足阻燃防火要求,也就是必须添加阻燃剂。
  2013年韩亚航空公司的航班在旧金山失事,2005年法国航空公司的航班在多伦多坠机,两场事故中,由于使用的阻燃剂符合美国航空业对耐火安全座椅和货运飞机的规定要求,人们得以幸免于难。
  据欧盟委员会评估,过去10年中,阻燃剂的使用使欧洲的火灾死亡人数减少了20%。 
  2009年由英国政府进行的Greenstreet Berman研究表明,自英国为提高消防安全要求而颁布《家具与室内陈设消防安全法规》后,在2002年至2007年间,火灾死亡案例年均减少54例,非致命烧伤案年均减少780例,火灾事故年均减少1065例。
  溴系阻燃剂:干扰燃烧链式反应
  美国国家标准局商务处对五类产品进行了火灾测试,测试产品包括一个聚苯乙烯电视柜、一间聚苯醚商用机房、一把聚氨酯泡沫塑料填充的软垫椅、一根带有聚乙烯电线绝缘层外包橡胶的电缆以及一个聚酯电路板。结果表明,与在无阻燃材料房间的人相比,在有阻燃材料房间中的人逃生时间平均高出15倍。
  “大火的燃烧,要满足3个条件。”中国阻燃学会秘书长周政懋教授说。“可燃性物质、达到物体的燃点和有氧气参与,缺一不可。去掉其中一种,就可以防止着火。”
  着火时,可燃物的分子会发生热裂解作用从而产生自由基,它是一种高度活泼的化学形态,能与其它的自由基和分子反应,而使燃烧持续进行下去,这就是燃烧的链式反应。
  溴系阻燃剂可以一定程度上去除自由基,直接干扰燃烧的链式反应,相比于其他阻燃剂,更能够广泛适用于阻燃各种材料。
  当然,阻燃剂的选择要兼顾诸多因素。比如与材料的兼容性、性价比、满足防火要求的能力、存储过程中保持阻燃性能的稳定性等等。不同阻燃剂根据其阻燃机理、与被阻燃材料的相容性等不同条件适用于不同被阻燃材料。
  溴系阻燃剂问题之争
  环境和健康问题

  虽然溴系阻燃剂在保护人类的生命财产安全方面功不可没,但也在“神不知鬼不觉”地潜入人体。
  科学界对于含溴阻燃剂健康影响的担心,首先来源于一个针对瑞典母亲乳汁中多溴联苯醚的跟踪研究,研究发现,20世纪70年代以来,瑞典母亲乳汁的多溴联苯醚含量一直处于递增趋势。
  2007年,中国疾病预防控制中心营养与食品安全所吴永宁课题组在我国食品和母乳检测到四溴双酚A和六溴环十二烷。课题组称,目前中国母乳中六溴环十二烷的污染水平与欧洲、美洲和亚洲其他国家相近。
  有报告显示,六溴环十二烷主要由美国、欧洲和亚洲生产。2001年,市场上16500吨的六溴环十二烷中有一半在欧洲地区使用。而到了2003年,全球的六溴环十二烷需求已攀升接近22000吨。
  2013年5月,联合国《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》投票一致通过一项禁令,在全球范围内禁止使用六溴环十二烷。世界各国都必须为此展开行动。在欧盟,被称为REACH的有毒物质计划已经将六溴环十二烷认定为一种“被高度关注的物质”,同时呼吁到2015年分阶段淘汰这种有机污染物,候选清单涉及的溴系阻燃剂目前是十溴二苯醚。
  根据欧盟法规,绝大多数溴系阻燃剂未划为危险物或有毒物,正确处理时的危害性是小而可控制的。不过,对个别溴系阻燃剂,人们仍要求取得更多的有关生理毒性的科学数据,这方面的工作正在进行中。
  除了已有几种被禁用的溴系阻燃剂,还可能有其他个别的溴系阻燃剂具有生物积累毒性。这是公众对使用溴系阻燃剂存在担心的主要原因之一。
  来自科学家的声明
  专家表示,绝大多数溴系阻燃剂不带有有毒标签,许多溴系阻燃剂的急性毒性低于食盐。
  “在70多种商品化溴系阻燃剂中目前有全面禁用期限的只有一种六溴环十二烷,其他溴系阻燃剂仍被广泛使用。” 溴科学与环境论坛中国副主席韩颂青博士说。“溴系阻燃剂包括70多个品种,化学品的毒理研究及风险评估都是基于单一化学物质,而不是一类化学物质,笼统地说或断定一大类物质都有毒是不科学和不负责任的。”
  实际上,大量反应性、聚合性、卤化性、磷性、矿物性以及许多其他类型的化学品和化学成分都可用作阻燃剂,而且这些物质经常被组合使用。因为要拥有防火性能的材料和产品在特性、组成甚至应用上都存在很大的区别。某些阻燃剂可能非常适合某些特定用途,但在其他领域则不起作用,甚至适得其反。
  2006年欧盟对四溴双酚A的风险评估得出结论:它在使用过程中的释放量可忽略不计,对人体健康不构成威胁。2013年底,加拿大政府公布了对四溴双酚A的风险评估报告,结果显示四溴双酚A对环境和人体健康没有威胁。欧盟食品安全局(EFSA)食物链中的污染物小组在过去两年内对食品中可能存在的溴系阻燃剂做了大量的评估。他们的结论是:大多数被评估的溴系阻燃剂不存在健康隐患,其在食品中的存在不太可能引起担忧。这里包括多溴联苯、多溴二苯醚、六溴环十二烷和四溴双酚A。
  加紧新型阻燃剂研发
  2014年,美国环境保护署(EPA)发布了聚苯乙烯保温材料用阻燃剂HBCD替代品的最终报告,建议用丁二烯苯乙烯溴系共聚物替代六溴环十二烷,因为该物质比六溴环十二烷的安全性高,并且已经在美国实现了商业化生产。
  陶氏公司成功开发了新型聚合型(大分子)溴系阻燃剂,目前已被用于替代六溴环十二烷,由于分子体积太大很难穿透生物细胞膜去参与体循环及新陈代谢,因而不能对有机生物体构成伤害。
  “和其他研究一样,阻燃剂是一个不断创新的行业。”周政懋说,希望能够在未来研发出更加环境友好的阻燃剂。
  然而,在新型阻燃剂被证明可靠之前,韩颂青并不建议盲目进行替代。“不仅没有必要,反而可能存在新的风险。”
  相对于应用历史久远的溴系阻燃剂,其他类型阻燃剂的毒理及对环境的影响研究较少。阿姆斯特丹大学2013年开展的 “新一代阻燃剂的生命周期反应”表明,卤系阻燃剂的替代品往往缺乏足够的生态毒性测试。
  比如,2010年松下电器就曾经为迎合无卤要求而在其冰箱产品中使用红磷阻燃剂替代溴系阻燃剂,结果造成火灾隐患而不得不在当年召回36万台冰箱,并在更换的部件中重新使用溴系阻燃剂。
  标准有了,“执行”必须跟上
  “没有任何一部建筑物防火标准会写明‘要使用阻燃剂’。”周政懋说,“而是通过规定建筑材料要达到的防火性能指标来体现的,要达到相应的指标就要选择阻燃剂。” 中国不缺标准,后发优势正在于“我们的标准会更加严格、合理而科学”。“问题在于,执行力度和执法力度到底有多大。”周博士说。 
  2009年央视新大楼西配楼的大火还让人记忆犹新。这场由于烟花引起的大火,足足燃烧了6个小时。建筑物过火、过烟面积21333平方米,其中过火面积8490平方米,造成直接经济损失16383万元。
  调查结果显示,央视新址配楼幕墙施工方本应使用阻燃等级为B2级(难燃)的挤塑聚苯乙烯保温板,却采购了燃烧性不达标的B1级(可燃)挤塑板,导致节庆烟花落在外墙材料上,瞬间起火,火势蔓延迅猛,一发不可收拾。
  除了央视大火,济南奥体中心体育馆两次失火,哈尔滨“经纬360度”双子星大厦火灾,今年的火灾与外墙保温材料有关的也不在少数。
  对2010年上海“11·15”特别重大火灾事故调查显示,现场违规使用大量聚氨酯泡沫等易燃材料,是导致大火迅速蔓延的重要原因。
  这些本来都是可以通过严格监管,严格执行建筑防火标准来避免的惨剧。
  结语在目前的技术条件下,完全禁用溴系阻燃剂在某些领域是不现实的。对中国而言,对阻燃剂的正确使用和监管是同样重要的问题。

文章摘编自:科技日报社·中国科技网


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