[2022/02/25]TPO防水卷材阻燃性能的初步探討

近年來建筑火災頻發，建筑材料易燃的問題日益突出，由防水卷材施工引發火災的事件也時有報道，給人民群眾造成了人身和財產損失。TPO防水卷材不含增塑劑，具有優異的耐候性、可熱風焊接、加工簡單，自推向市場以來得到廣泛的認可和應用。然而，TPO材料只含有碳、氫兩種元素，著火溫度低，非常易燃且熱釋放量較高，應用于屋面防水工程中時，必須添加相應的阻燃劑來提高其阻燃性能。在此，主要探討TPO防水卷材的阻燃劑選擇和阻燃性能。
作者單位：宏源防水科技集團有限公司
來源：《中國建筑防水》2021年第2期


01、阻燃劑選擇

常見的阻燃劑有溴系阻燃劑、磷氮類阻燃劑和礦物阻燃劑。其中，礦物阻燃劑氫氧化鎂具有環保、抑煙、可回收、可著色、不含鹵素、不腐蝕加工設備、燃燒氣體無酸腐蝕性、低毒性等優點，已成為TPO防水卷材阻燃劑的首選。

 燃燒三要素

氫氧化鎂的粒徑、粒徑分布、比表面積、純度、顏色等因素對制得的TPO防水卷材的阻燃性能有很大影響：粒徑和粒徑分布對抑制火焰和煙塵有很大影響，粒徑越小、粒徑分布越窄，燃燒生成的MgO越趨于在聚合物表面形成有效炭層，將聚合物與熱、氧氣隔開；同時，更小的粒徑對TPO防水卷材的拉伸強度、斷裂伸長率等物理性能影響更小。氫氧化鎂粒徑越大，制得的TPO防水卷材拉伸強度越小。

  氫氧化鎂粒徑對扭矩和拉伸強度的影響

本試驗選用化學法制得的粒徑為3 μm的氫氧化鎂，并采用脂肪酸鹽對其進行表面處理，作為TPO防水卷材的阻燃劑。本試驗TPO防水卷材的基礎配方如下：TPO樹脂 67%、氫氧化鎂30%、助劑3%。加工溫度如下：螺桿溫度為180~190 ℃，模具溫度為210 ℃。

02、氫氧化鎂在TPO中的分散狀態


通過掃描電子顯微鏡（SEM）將制得的TPO防水卷材樣品放大1 000倍后，觀察樣品表面和截面氫氧化鎂的分散狀態，結果如圖3—4所示。圖3和圖4中，白色顆粒為氫氧化鎂，可以清晰看出氫氧化鎂粒徑細小，在TPO基材中分布均勻。


03、阻燃性能測試


1）錐形量熱儀測試

試驗條件參考ASTM E1354《錐形量熱儀》，入射熱流強度為50 kW/m2。將自制的TPO防水卷材樣品與國外某品牌的TPO防水卷材樣品同時測試作為對比，結果如圖5—6所示（藍色為自制樣品，紅色為國外樣品）。


由圖5可知，相比參照的國外樣品，自制TPO防水卷材樣品的熱釋放速率峰值約高8%，熱釋放總量約高13%。由圖6可知，相比參照的國外樣品，自制TPO防水卷材樣品的煙生成速率峰值約低12%，總生煙量約低4.3%，點燃時間約晚10 s。經計算，自制TPO防水卷材樣品的火焰蔓延速率為6.95 kW/（m2·s），參照的國外樣品為7.77 kW/（m2·s）。

自制TPO防水卷材樣品除熱釋放速率和熱釋放總量較參照的國外樣品高之外，點燃時間更長，火焰蔓延速率更慢，發煙量更低，綜合阻燃效果略好。

2）ASTM E108測試

試驗條件參考ASTM E108《屋面覆蓋材料燃燒性能測試方法》，采用連續火焰燃燒，安裝屋面坡度為7.1°。自制的TPO防水卷材樣品的測試結果如圖7—8所示。

自制TPO防水卷材樣品在火焰和風的作用下可被點燃，并且有火焰蔓延。由圖8可知，試驗后自制TPO防水卷材樣品表面的燃燒路徑上沒有明顯的橫向火焰傳播，且燃燒傳播長度沒有超過1.8 m，能夠達到A級要求。

04、耐候性能測試

試驗條件參考GB/T 18244《建筑防水材料老化試驗方法》，采用氙弧燈，輻照度為0.51 W/m2@340 nm，黑標準溫度為（65±3） ℃，相對濕度為（65±5）%，先102 min光照，然后18 min光照+噴淋。試驗樣品采用1.0 mm厚的均質TPO片材。


經氙燈老化8 000 h后，均質TPO片材的拉伸強度和斷裂伸長率沒有明顯的下降，外觀也沒有出現裂紋、粉化的現象。