高温下有机防火堵料的烟气分析及安全性评价

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有机防火堵料作为一种常用的建筑封堵材料,在火灾发生时,能够阻止火焰、烟气蔓延,从而能够降低人员伤亡和财产损失。但是由于封堵材料的组成成分十分复杂,在高温环境下会热解生成大量的烟雾,热解烟气中可能含有有毒有害气体,对人体和环境造成危害。本文通过对两种具有代表性的有机防火堵料的主要成分及热解烟气进行分析,并就其安全性进行评价。(1)由于有机防火堵料的成分未知,实验采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、核磁(NMR)、气相色谱(GC)、质谱(MS)等多种测试方法对两种封堵材料的主要成分进行探究。测试结果表明,两种封堵材料均由Ca CO3、Mg CO3和Si O2作为填料,氯化石蜡、五氧化二磷以及各种金属氧化物作为材料的阻燃剂,同时还检测出材料中含有环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯,邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯增塑剂,2,2-亚甲基双-(4-甲基-6叔丁基苯酚)抗氧化剂等多种助剂成分。(2)采用热重实验并通过改变升温速率、粒径大小和气氛等条件,对有机防火堵料的热解特性进行分析。研究表明,在其他条件相同的情况下,升温速率越快,样品热解反应速率越快;较小的颗粒直径更有利于热解反应的进行;此外,发现材料在700℃~750℃温度范围热解最为剧烈。(3)热重-红外联用实验结果表明,两种封堵材料热解气体产物主要以CO2为主,且有氧和限氧条件下都会热解生成大量的CO2。通过管式炉热解实验对有机防火堵料热解烟气进一步探究,检测气体组分中除CO2之外,还存在N2、CO、苯、甲苯以及多种碳氢化合物气体,液体组分则检测出多种芳香族化合物,其中包括苯、甲苯、吡啶等有毒物质。对热解后固体残渣进行红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析,结果表明高温条件下热解对有机防火堵料的理化性能产生一定影响。热重红外联用测试结果表明,两种封堵材料在高温下会产生对人体和环境有危害的气体物质。(4)通过烟箱和烟气分析仪联用的方法模拟火灾中常见的热辐射环境,研究了两种有机防火堵料有毒有害气体的释放情况及释放规律。烟箱模拟实验显示,两种有机防火堵料在热辐射环境中都会释放多种有毒有害气体,且大部分气体在受热辐射后10 min至75 min时间范围内释放,并主要集中在30 min至50min时间范围内。此外,两种柔性有机堵料样品所释放的气体组分种类大致相同但各组分含量有着较大的差异,可能与两种柔性有机堵料成分组成种类相似,但各组分含量比例不同有关。通过上述成分分析法对两种有机防火堵料的主要组成成分进行探究,了解有机防火堵料在模拟火灾环境中释放烟气的主要来源于材料中填料、树脂类增塑剂和阻燃剂等热分解产生;通过成分分析法和烟箱模拟火灾实验探究出有机防火堵料的热解烟气成分及释放规律,并对其中有毒有害气体进行安全性评价,用以阐明这些有毒有害气体对火灾现场环境以及火灾救援的直接影响和潜在危害,为之后有机防火堵料的工艺研发和改进提供一定的数据参考。
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