钢结构防火涂料的产烟毒性测试与研究-飞凡检测

钢结构防火涂料指涂覆于钢结构表面以提高钢结构耐火性能的防火涂料。其因具有防火隔热性能好、施工方便、美观等优点而被广泛应用于各种大小工程建筑中。目前国内钢结构防火涂料的市场需求在每年几万吨以上。

虽然钢结构防火涂料具有很多优点，但也存在一些问题，其中较为严重的问题为涂料在受火过程中会产生大量有毒有害气体。目前，多数膨胀型防火涂料阻燃剂采用C-N-P或C-N-P-CL体系，涂料原料里面用到了大量聚磷酸氨、氯化石蜡、三聚氰胺、和硼酸铵等化学物质，涂料在受热分解过程中会释放NH3、HCl、CO、NOx有毒有害气体以及容易让人窒息的CO2气体。毒性烟气能够直接造成人员伤亡，也会阻碍人员安全疏散和消防队的灭火救援行动，在实际的火灾中，释放的烟气是造成人体伤亡的最大因素。然而，目前国内对此并没有引起足够的重视，并无相关标准及规范，对此进行研究的人也较少。因此，研究钢结构防火涂料的产烟毒性具有重要意义，将对以后开展钢结构防火涂料的产烟毒性评价提供参考。

1试验

1.1试验样品制备

选用室内超薄型、室外超薄型钢结构防火涂料国标、厂标各1组作为试验样品。室内超薄型国标为1号样品，室内超薄型厂标为2号样品，室外超薄型国标为3号样品，室外超薄型厂标为4号样品。将涂料涂覆在75mm×75mmx×mm的钢板上，在（5-35）℃、（50-80）%环境条件下进行养护，养护时间不少于7天。

1.2试验仪器及方法标准

试验仪器采用锥形量热仪。锥形量热仪是一种材料燃烧测定仪，受燃料类型和是否发生完全燃烧影响较小。其原理是以氧消耗为基础，进行分析计算。能够测定出材料在燃烧时耗氧量就能够获得点燃时间（TTI）、释热速率（HRR）、总释放热（THR）、有效燃烧热（EHC）、质量变化参数（MIR）、比消光面积（SEA）及毒性参数等。与大型实验结果具有良好的相关性，已广泛应用于火灾科学中研究中。试验方法采用标准ISO5660-1：2015规定的方法。试验中的热辐射功率为40kW/m2，共进行4次试验。

1.3试验过程

试验前在温度（23±2）℃和湿度（50±5）%条件下养护48小时至恒重。状态调节完成后将涂覆有钢结构防火涂料的75mm×75mm×2mm钢板的钢板按要求安装好。测试条件为：40kW/m2，无引燃火焰，测试时间10min，由仪器自动记录各项数据。

2试验数据及分析

对烟气中的８种气体组分进行分析，包括：CO2、CO、HBr、HCl、HCN、HF、NOX、SO2。测试过程中各气体组分浓度最大值及出现时间如表1所示。

表1各气体组分浓度最大值及出现时间

国标和厂标钢结构防火涂料的产烟毒性测试与研究

由表1可以看出，钢结构防火涂料在受火过程中产生的烟气主要成分组成比例基本稳定，主要是CO2、CO、NOX。而目前国内暂无钢结构防火涂料气体毒性评价具体标准。国内其他行业标准中，TB/T3237-2010《动车组用内装材料阻燃技术条件》中规定了每种气体的浓度最大值，具体如表2所示。

表2 TB/T3237-2010标准中气体组分的毒性指标

国标和厂标钢结构防火涂料的产烟毒性测试与研究

按照TB/T3237-2010标准要求，则4次试验的气体毒性均为合格，但该结果参考意义不大。EN45545-2：2013+A1：2015《铁路应用——铁道车辆防火——第2部分材料和组件的防火性能要求》T11则对上述8种气体的参考浓度进行对比，得到毒性气体的综合毒性指标——毒性指数（CITG）。毒性指数计算如公式（1）所示，参考浓度如表3所示。

表3 EN45545-2：2013+A1：2015中气体组分参考浓度

国标和厂标钢结构防火涂料的产烟毒性测试与研究

公式（1）中：ci为按照ENISO 5659-2试验，产生的第i种气体的浓度，单位为mg·m-3；Ci是第i种气体的参考测量浓度，单位是mg/m3。

国标和厂标钢结构防火涂料的产烟毒性测试与研究

根据上述计算过程计算得到试验过程中的毒性指数，毒性指数随时间的变化如图1所示。

国标和厂标钢结构防火涂料的产烟毒性测试与研究

图1毒性指数随时间的变化关系

由图1可以看出，毒性指数随时间逐渐增大，其中1号、3号的毒性指数要远高于2号和4号。1号、3号与2号、4号的区别在于1号、3号是国标产品，2号、4号是厂标产品，对比样品可以看出，国标产品具有良好黏性、光滑、油性等特点，易于涂刷，而厂标产品黏度不够，施工后容易产生裂纹。国标产品毒性指数较大的原因在于相比于厂标加入了油性物质，受热分解产生更多有毒有害气体，市面上一般销售的都是国标产品，因此国标产品更具有研究价值。由图1中1号、3号样品毒性指数在试验前期变化不大，主要是涂料受热不够充分，分解的有毒有害气体较少，100s以后毒性指数随着时间呈稳定增大趋势，由于测试时间的缘故，未能寻求到最大值点。

目前国内没有钢结构防火涂料毒性的定量评价标准，关于材料燃烧烟气毒性主要是定性评价，采用活体小白鼠进行烟气毒性的试验，而国外标准EN45545-2：2013+A1：2015通过毒性指数指标评价材料的产烟毒性，但应用于不同部位的合格限制也不同。随着国际上对动物福利的呼声越来越高，且为了能够准确、定量评价材料燃烧的烟气毒性，定量分析的烟气毒性测试方法将会是今后的发展方向和趋势。

3结论

测试了国标和厂标钢结构防火涂料的产烟毒性，得出试验过程中8种有毒有害气体试验过程中的最大值，以及毒性指数随时间的变化情况。对于有毒有害气体的浓度限值目前国内没有相关标准，无法对其进行合格与否的评价。关于毒性指数国标产品比厂标产品更具有研究价值，毒性指数在试验前期变化不大，但在试验后期，呈稳步增长趋势，但由于受试验时间的影响，未能对其后续进行继续研究。目前关于材料燃烧烟气毒性没有定量测试和评价标准，主要通过活体小白鼠进行烟气毒性的试验，但随着国际上对动物福利的呼声越来越高，且为了能够准确、定量评价材料燃烧的烟气毒性，定量分析的烟气毒性测试和评价方法将会是今后的发展方向和趋势。