聚氨酯泡沫塑料火灾危险性分析极其防火专项措施.docx

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聚氨酯泡沫塑料火灾危险性分析极其防火专项措施

聚氨酯泡沫塑料

火灾危险性分析及其防火办法

合肥市公安消防支队赵治安鲁广斌

摘要聚氨酯泡沫塑料是一种高分子合成材料，应用范畴十分广泛，但聚氨酯泡沫塑料在火灾时能放出使人窒息死亡毒气，特别是近年来已在某些场合导致重大人员伤亡事故。

文章通过对聚氨酯泡沫塑料燃烧过程及燃烧产物毒性分析，探讨聚氨酯泡沫塑料防火办法，并初次提出聚氨酯泡沫塑料在火灾初期对人体伤害以及如何在某些场合有效、安全、合理地使用这一材料。

核心词聚氨酯燃烧火灾毒性阻燃办法

Thetoxicityofurethanefoamsfirehazardsandthefire-protectionmeasures

ZHAOZhi-anLuGuang-binLuJian

（HefeiFireBrigade,Hefei230061,China）

Abstract：

Theurethanefoamsisakindofhighmolecularsyntheticmaterialandcanbeusedwidely.Butbeingburned,itcangetoutthepoisonsuffocatinglygas.Especiallyitleadtosomeaccidentswithalotofpeoplesdeath.Thethesisresearchthetechnologyoffire-protectionforurethanefoamsbythecombustionprocessoftheurethanefoamsandthecombustionproductsofit.Thethesisraisethecombustionproductsoftheurethanefoamsinjurytopeoplefirstly,andthewaystouseiteffectively,safelyandreasonably.

Keywords：

urethanefoams；synthesiscombustion；fire；toxicity；measure；

○引言

聚氨酯是聚氨基甲酸酯简称。

凡是在高分子主链上具有许多重复-NH-CO-O-基因高分子化合物通称为聚氨基甲酸酯。

泡沫塑料是聚氨酯合成材料重要品种之一，它重要特性是具备多孔性，因而相对密度小、比强度高。

依照所用原料不同和配方不同，可制成软质、半硬质和硬质聚氨酯泡沫塑料等几种。

聚氨酯泡沫塑料（PUF）具备优良物理机械性能，声学性能，电学性能和耐化学性能，特别是硬质聚氨酯泡沫塑料热导率特别低，是一种优质绝热保温保冷材料。

再之聚氨酯泡沫塑料成型施工极为以便、价格便宜，因而它应用范畴十分广泛，几乎渗入到国民经济各部门，特别在家具、床具、运送、冷藏、建筑、绝热等部门使用得十分普遍，已经成为不可缺少材料之一。

聚氨酯泡沫塑料在着火时，能放出大量使人窒息毒气，易导致众多人员伤亡。

聚氨酯材料火灾危险性分析和防火办法始终是人们关注焦点，本文着重分析聚氨酯泡沫塑料燃烧过程化学机理及其燃烧产物毒性，初步探讨聚氨酯泡沫塑料防火办法，并初次从理论上提出这一材料在火灾初期阶段对人伤害以及如何在某些公众汇集场合有效、安全、合理地使用这一材料，防止火灾事故发生。

1、聚氨酯泡沫塑料燃烧过程及其化学机理。

生产聚氨酯泡沫塑料原料重要是有机异氰酸酯、有机多元醇化合物和助剂。

有机异氰酸酯是指在分子构造中具有异氰酸酯基因（-NCO）有机化合物。

即R-（NCO）n，其中R为烷基，芳基、脂环基等，n为1、2、3…整数，如：

甲基二异氢酸酯（TDI）分子式为

多苯基多次甲基多异氰酸酯（PAPI）构造式为

由于这种有机异氰酸酯具有较多不饱和基因-N=C=O，因而有机异氢酸酯是一种反映性极高化合物；有机多元醇化合物是指有机化合物中具有二个以上羟基（-OH）化合物。

作为聚氨酯原料，则规定多元醇化合物分子中羟基数不不大于2；助剂涉及催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、耐燃剂、各种抗热、抗氧稳定剂及填料等。

它们在配方中用量不大，但对聚氨酯性能影响却很大。

聚氨酯泡沫塑料燃烧过程和普通高分子物质燃烧过程相似，大体可分为五个阶段：

热量积蓄、热分解或降解与挥发、着火、热传递、蔓延。

[1]

→不可燃气体

泡沫塑料+热—→可燃气体+氧化剂

着火火焰

→残渣或炭+氧化剂

聚氨酯泡沫塑料与外来热源接触，使其热量增长。

由于聚氨酯塑料热绝缘性比较好，这就容易使它温度迅速升高，在达到分解温度时塑料发生分解或降解与挥发，产生可燃性气体。

这些气体与空气中氧气发生化学反映，达到比较激烈限度，导致燃烧。

燃烧过程中产生热量传递给邻近聚氨酯泡沫塑料，使之重复上面过程，从而促使聚氨酯泡沫塑料分解，这样循环下去，直到泡沫塑料燃尽。

聚氨酯泡沫塑料燃烧不但与燃烧条件（温度，空气供应量等）关于，并且聚氨酯泡沫塑料自身构造不同，将会有不同燃烧产物。

对于硬质聚氨酯泡沫塑料，重要是由多元醇和多异氰酸酯反映而成，以氨基甲酸酯基为主体；而软质聚氨酯泡沫体，当采用水作为发泡剂时，在聚合物中存在有大量脲基，因而，在聚氨酯泡沫塑料燃烧中，其热分解重要有四种反映：

（1）分子断裂为异氰酸酯和醇

RNHCOOR′→RNCO+R′OH

（2）生成伯胺、烯烃和二氧化碳

RNHCOOCH2CH2R′→RNH2+CH2=CHR′+CO2

（3）生成仲胺和二氧化碳

RNHCOOR′→RNHR′+CO2

（4）脲分解为异氰酸酯和伯胺

RNHCONHR′→RNCO+R′NH2

这些热分解反映起始温度也随置换基多少而异，普通在200℃左右就开始逸出挥发物，稍高某些温度就有异氰酸酯、多元醇、氨和二氧化碳气体等分解出来，这些分解产物，与足够量氧气相混合，就也许会发生燃烧或进一步分解。

2、聚氨酯泡沫塑料火灾危险性。

由于聚氨酯泡沫塑料在加工过程中添加了各种助剂涉及阻燃剂等，因而聚氨酯泡沫塑料在燃烧时多为不完全燃烧，这种不完全燃烧在火灾中体现为很浓很黑烟气，这种浓烟具有大量C0、CO2、HCHO、HCN等有毒性气体。

这些有毒气体释放速率和总量不但与聚氨酯泡沫塑料与否阻燃关于，并且还与聚氨酯泡沫塑料燃烧温度有直接关系。

以块状聚氨酯软泡和阻燃块状聚氨酯软泡燃烧产物进行对比，阻燃块状聚氨酯软泡有毒气体释放速率和总量要比不阻燃块状聚氨酯软泡释放有毒气体要大得多。

[2]（P870）如下表所示：

表1：

块状软泡燃烧产物

燃烧产物释放总量最大速率达到最大值

3min后5min后10min后单位min.m2时间,S

CO，g6.77.87.94.790

CO2，g111011151120150043

COх，mg495049704990815026

HCN，mg710715720196025

表2：

阻燃块状软泡燃烧产物

燃烧产物释放总量m2最大速率达到最大值

3min后5min后10min后单位min.m2时间,S

CO，g31.84042.221.291

CO2，g105010601070199049

NOх，mg999010100102001510045

HCN，mg375037703790667018

聚氨酯泡沫塑料燃烧温度与有毒气体发生量有直接关系,以硬质PAPI系泡沫体为例,HCN发生量最高温度约为500℃，在这温度以上，由于HCN将着火燃烧，就会使HCN气体发生量减少，反之，当温度低于500℃左右时，HCN发生量就随温度上升而增长[2]（P869）。

如图所示。

因而聚氨酯泡沫塑料虽然在火灾初期，火场温度并不高，但是它所释放有毒气体就足以使身处火灾中人员还不懂得是怎么一回事或者还没等消防人员到场施救时就已经中毒死亡了。

并且90%以上都是中毒窒息而亡。

此类火灾案例国内已发生多起，其现状惨不忍睹。

当前咱们就以12月25日发生在河南省洛阳市东都商厦火灾为例，来简介聚氨酯泡沫塑料燃烧产物毒性。

从东都商厦灾后状况来看，其被烧毁某些重要集中在负二层家具城，而导致死亡309人重要因素正是由于聚氨酯泡沫塑料燃烧。

从最重要过火区域负二层燃烧重要可燃材料来看，聚氨酯（软包，海绵）占了很大比重，当它们开始燃烧后，分解出与加热温度相应热分解产物，重要是二氧化碳、一氧化碳、氰化氢、甲醛等毒性气体。

这些有毒气体不久进入该商厦四楼，正在营业歌舞厅里那些年轻人正在进行平安夜狂欢，有许近年轻人在还不懂得发生什么事情状况下就已经窒息死亡了。

这里仅以氰化氢、一氧化碳对人体作用来讨论聚氨酯泡沫塑料火灾危险性。

HCN是一种毒性作用极快物质，它可以使人体缺氧，抑制人体中酶生成，制止正常细胞代谢。

当人体血液中每毫升含氰化物一微克就足以显示出氰化物巨大毒性,当血液中氰化物达到3mg/m1以上时可致人于死亡。

表3给出了氰化氢浓度与中毒症状。

[3]

表3氰化氢浓度与中毒症状

HCN浓度症状

（ppm）

18∽36数小时后浮现轻度症状

45∽540.5∽1小时无大损害

110∽1250.5∽1小时有生命危险或致死

13530分钟致死

18110分钟致死

270及时死亡

一氧化碳是火灾中致人于死亡重要因素，CO通过肺被血液吸取，由于血红蛋白对CO亲合力不不大于对O2亲合力，从而使血液中氧含量减少致使供氧局限性。

在表4中给出了不同CO浓度对人作用….表中给出CO作用仅是考虑单一成分对人体影响状况，而实际火灾中状况远比之复杂，其毒性作用状况有待于进一步研究。

[3]

表4CO对人体作用

HO浓度作用血液中

（PPm）COHb%

50∽100容许暴露8小时―

400∽5001小时内，人体无明显反映―

600∽7001小时后刚引起明显作用浓度―

1000∽12001小时时刻人体感觉不适但无危险―

1500∽暴露1小时时危险浓度35

4000人在1小时内死亡50+

10000人在1分钟内死亡

事实上，聚氨酯泡沫塑料在燃烧过程中还产生大量烟尘，这些烟尘被人体吸入后会直接引起呼吸道机械阻塞，使人体肺部有效呼吸面积减少，再加上火灾中热辐射及火焰对人体灼伤,人们恐慌心理以及各种有害气体对人体综合伙用，缺氧等因素，导致人群在火灾中死亡就不可避免了。

可见，一旦发生火灾，人群必要在相称短时间内，在燃烧产物浓度尚未达到足以致人死亡时逃出，否则后果不堪设想。

3、聚氨酯泡沫塑料防火办法。

近三十年来，聚氨酯泡沫塑料应用已经渗入到涉及工业、交通、军事、民用生活等各个方面。

因此，聚氨酯材料安全性特别是燃烧性已经成为一种不可忽视问题。

聚氨酯泡沫塑料防火办法重要涉及阻燃、抑烟及运用三个方面。

（1）聚氨酯泡沫塑料阻燃。

聚氨酯泡沫塑料阻燃详细规定是：

不易着火；火焰传播性小；发烟量小；燃烧时生成有害气体少。

聚氨酯泡沫塑料阻燃办法重要有四种：

a、反映型阻燃剂（又称构造型阻燃剂）。

在聚氨酯泡沫塑料原料中，引入具备阻燃作用含磷、卤素等阻燃性元素多元醇。

由于参加化学反映，这些元素被引入聚合物分子骨架上，因而使泡沫塑料阻燃作用持久。

b、添加型阻燃剂。

在生产聚氨酯泡沫塑料原料中，添加不具备反映活性但具备阻燃作用物质。

发泡成型后，阻燃性物质分散在泡沫塑料中，达到阻燃目，这是应用得最早、最简便而又经济办法。

添加型阻燃可分为有机添加型阻燃剂和无机添加型阻燃剂。

有机添加型阻燃剂重要有三（B--氯乙基）磷酸酯、氯化石蜡等，无机添加型阻燃剂重要有氧化锑、氢氧化铝、磷酸氨、硼酸盐等。

c、浸渍法。

把聚氨酯泡沫塑料浸于含阻燃剂液体中，然后取出泡沫塑料，将其干燥。

这种办法合用于开孔率较高泡沫塑料。

d、防火涂层法。

在聚氨酯泡沫塑料外层,另加一层防火涂层。

（2）聚氨酯泡沫塑料抑烟技术：

聚氨酯泡沫塑料不完全燃烧以及大量采用聚氨酯阻燃技术和工艺而减少聚氨酯燃烧速度，因而聚氨酯泡沫塑料在燃烧过程中往往产生大量有毒黑烟。

严重妨碍了火场上人员逃生时视线。

为减少聚氨酯泡沫塑料燃烧时烟气浓度，当前重要采用化学抑烟技术来增强抑烟作用。

化学抑烟技术重要是采用氢氧化铝、碳酸钙等具备抑烟作用化合物。

氢氧化铝分解时吸热，同步放出水蒸汽，可与烟雾中碳粒发生反映而吸热，从而有效地减少气相温度，减少燃烧速度和烟量。

此外二茂铁与糠醛类化合物以及有机酸中富马酸、马来酸、间苯二甲酸等均具备明显抑烟作用，以有机硅共聚醚为原料聚氨酯泡沫塑料，其烟密度远低于含磷多元醇制得聚氨酯泡沫塑料。

（3）聚氨酯泡沫塑料运用。

聚氨酯泡沫塑料氧指数为16.5，通过阻燃聚氨酯泡沫塑料氧指数为26[4]，因而，虽然通过阻燃过聚氨酯泡沫塑料也应是可燃材料（B2级），[5]，普通规定，聚氨酯泡沫塑料不能当作单（多）层民用建筑、高层民用建筑、地下民用建筑、工业厂房中顶棚、墙面、地面和隔断材料使用，当顶棚或墙面表面局部必要采用多孔或聚氨酯泡沫塑料时，其厚度不应不不大于15mm，面积不得超过该房间顶棚或墙面10%，绝对禁止当作各类疏散楼梯间、建筑内部变形缝、各类建筑安全出口或门厅材料使用，更不能穿越防火墙或防火分区。

由于聚氨酯泡沫塑料普通在200℃∽250℃时就开始逸出挥发物，开始进行热分解反映，它闪点和自燃点分别为310℃和415℃，因而，聚氨酯泡沫塑料不得用于厨房装修，不能用作灯饰材料，更不能接近照明灯具高温部位，不得用作防烟分区挡烟垂壁，更不能当作敷设各类电线穿管材料使用。

聚氨酯泡沫塑料合用于各类建筑中普通家具以及可当作壁挂、雕塑、模型使用，但不应接近火源或热源。

可广泛用于设备工业致冷方面作为绝热保温、保冷材料使用。

4、结论

聚氨酯泡沫塑料毕竟是一种有机高分子可燃材料，规定它在火灾中不燃烧是不也许。

并且聚氨酯泡沫塑料在燃烧初始阶段它烟气有毒性。

往往能导致群死群伤火灾。

尽管这种材料具备广泛用途，但是由于它燃烧产物毒性强、发烟量大，燃点低，因而，使用这种材料有着很大局限性。

虽然使用也应尽量选取通过阻燃、抑烟聚氨酯泡沫塑料。

在具有聚氨酯泡沫塑料场合要加强对使用明火管理，禁止将聚氨酯泡沫塑料接近在有火源或热源地方，严防火灾事故发生。

主要参考资料

[1]于福海、王学谦“建筑设计防火原理”[M]、北京、中华人民共和国人民公安大学出版社1997.34-35。

[2]方禹声、朱吕民“聚氨酯泡沫塑料”[M]、北京、化学工业出版社1994.869-871。

[3]李引擎、陈景辉等、“火灾中建材燃烧毒性实验研究”[J]火灾科学、合肥、中华人民共和国科学技术大学主办1992.（9）.38

[4]方月娥、陈文胜等“用正交设计法研究阻燃聚氨酯泡沫塑料配方”[J]、火灾科学、合肥、中华人民共和国科学技术大学主办1995.（10）、89

[5]《建筑内部装修设计防火规范》GB50222-95、附录A、B。