人们越来越意识到，降低能耗有助于减慢化石燃料的枯竭和缓减全球变暖。通过对建筑物进行隔热有助于降低能耗，促进社会的可持续发展。

建筑施工行业使用多种隔热材料，例如，矿物棉、硬质聚氨酯、聚苯乙烯、聚烯烃等人造材料或纤维素纤维等天然材料。

作为建筑材料，上述材料必须具有良好的隔热性能，同时，还应满足严苛的消防安全要求。矿物棉（包括岩棉和玻璃棉）等材料具有固有的优良燃烧性能，同时又具有卓越的隔热性能。但聚氨酯和热塑性塑料等其他有机材料虽然轻质、隔热性能卓越，但耐火性能较差，因此必须添加阻燃剂才能达到耐火标准要求。泡沫材料尤其如此，在物理结构上，泡沫材料实质上是燃料与空气的混合物。与非泡沫材料相比，泡沫材料往往更容易着火，一旦燃烧，燃烧也更剧烈。

聚氨脂泡沫材料 ▼

硬质聚氨酯（PU）泡沫材料是重要的隔热材料，具有卓越的隔热性能。硬质聚氨酯隔热材料可以通过多种方式生产和应用，例如：

• 采用连续法或非连续法生产含柔性饰面（例如，铝箔）或刚性饰面（例如，金属夹芯）的隔热板。

• 在表面（例如，屋顶）喷涂反应型聚氨酯材料直接生成隔热层。

• 聚氨酯泡沫填缝剂（“单组分聚氨酯泡沫填缝剂”）以填充墙壁上的缝隙。

与大多数有机材料一样，硬质聚氨酯泡沫材料非常易燃，这些泡沫材料的燃烧性能受到多种因素的影响，例如，原材料的性质（多元醇和发泡剂等的性质）、泡沫密度以及多元醇与异氰酸酯的当量比值（被称为异氰酸酯指数）。

与异氰酸酯指数高的硬质聚氨酯泡沫材料（PUR 泡沫材料）相比，异氰酸酯指数低的硬质聚氨酯泡沫材料的易燃性更高。由于在泡沫中所含的异氰脲酸酯结构的量更高，这些所谓的聚异氰脲酸酯泡沫材料（PIR 泡沫材料）在本质上具有更高的耐火性。

为了使聚氨酯泡沫材料达到各种耐火标准，包括易燃性、火焰蔓延长度和烟密度等级标准，必须在这些材料中添加阻燃剂。除了达到消防安全要求，阻燃剂还必须满足以下要求，例如：

• 不影响聚氨酯配方的固化

• 不影响聚氨酯混配料的贮存期

• 不影响泡沫材料的机械性能（硬度、回弹性）

• 不影响泡沫材料的隔热性能

多种无卤阻燃剂可以满足上述要求，最常用的是磷系阻燃剂，尤其是液体阻燃剂。一般来说，用于硬质聚氨酯泡沫材料的阻燃剂可以分为三类：

• 添加型液体阻燃剂：这类阻燃剂为液体，可以方便地将配制的阻燃剂添加至多元醇中，使阻燃剂结合至泡沫材料中。但这类阻燃剂具有增塑作用，会影响泡沫材料的机械性能。

• 反应型液体阻燃剂：这类阻燃剂通过与异氰酸酯反应结合至聚合物链中，阻燃剂成为了聚合物不可分割的组成部分，不会产生增塑作用。然而，这类阻燃剂的使用条件更容易受限制，某些阻燃剂可能会影响聚氨酯泡沫的固化。

• 固体阻燃剂：这类阻燃剂在泡沫材料中的行为特性与填料相似，固体阻燃剂往往会影响泡沫材料的物理性能以及隔热性能。这类阻燃剂可以作为分散相加入，或者，与液体原材料共混。固体阻燃剂常常与液体阻燃剂结合使用。

表 1 总结了在硬质聚氨酯泡沫材料中常用的无卤阻燃剂。

针对不同的地区和不同的应用，硬质聚氨酯泡沫类隔热材料必须达到相对应的不同的耐火标准。

在欧洲，包括硬质聚氨酯泡沫材料在内，所有建筑施工用材料必须达到 EN 13501 标准的燃烧性能等级要求。这个标准规定了建筑材料燃烧性能欧洲分级体系的各个等级。根据密度、发泡剂和饰面类型的不同，含阻燃剂的硬质聚氨酯泡沫材料可以达到燃烧性能等级 E 至 C 级，在某些情况下也可能达到 B 级。欧洲的燃烧性能测试标准 EN 13823（单体燃烧测试）基于烟密度分级，含阻燃剂的硬质聚氨酯泡沫材料通常可以达到 s3 或 s2 级烟密度。

在美国，建筑材料必须按照 ASTM E 84 标准进行测试（斯坦纳隧道试验），这项测试评估建筑材料的易燃性和产烟性。ASTM E 84 标准对火焰蔓延长度和烟密度均划分了三个等级（A、B、C）。对于 ASTM E 84 标准的上述两个评级依据，含阻燃剂的硬质聚氨酯泡沫材料都能达到 A 级。

为了达到欧洲和北美洲的燃烧性能标准，阻燃剂的用量通常为每百份多元醇使用 5-30 份阻燃剂，具体取决于泡沫密度、原材料性质和产品最终应用。

热塑性泡沫材料 ▼

1 发泡型聚苯乙烯（EPS）泡沫材料

聚苯乙烯泡沫材料是优良的热绝缘体，因此，常常用作建筑物的隔热材料。

发泡型聚苯乙烯是一种韧性好的硬质闭孔泡沫材料，通常，从预膨胀的白色聚苯乙烯珠粒制造。热阻率和热导率是该材料的两项关键性质，必须考虑阻燃剂的负面影响。目前，使用磷氮无机阻燃剂尚不能令人满意地解决聚苯乙烯材料高易燃性的问题。

2 挤出型聚苯乙烯（XPS）泡沫材料

挤出型聚苯乙烯含闭合的泡孔，表面韧性好、刚性高、热导率低。与发泡型聚苯乙烯相比，挤出型聚苯乙烯对水蒸气的扩散阻力强，更适合暴露于各种天气。挤出型聚苯乙烯泡沫材料主要用于建筑领域，因此，必须达到严格的阻燃标准，使用磷氮无机阻燃剂几乎不能达到这些要求。

3 聚烯烃泡沫材料

聚烯烃泡沫材料包括具有不同密度（约 20-400 千克/立方米）和不同物理形态（珠粒、片材和卷材）的多种产品。根据最终要求的不同，这些产品可以由具有不同密度的聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）制造，也有少数产品由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）制造。为了获得一系列特定的性能，经常使用不同树脂的共混合物生产这类产品。

在建筑物中，聚烯烃泡沫材料主要应用于暖通空调（HAVC）系统，例如，管道（热流体和冷流体管道）隔热和/或设备隔音，但在消防安全要求严格的许多其他应用领域，也可以见到这类用途广泛的泡沫材料的身影。

聚烯烃泡沫材料可以通过以下不同的方法生产，这些方法可能影响磷氮无机阻燃剂的选择：

• 发泡珠粒：首先，将聚合物混配和造粒，得到具有特定粒径和重量的球粒。然后，将这些球粒转移至一个高压釜内，加热，并在高压下让其浸渍物理发泡剂直至达到饱和。然后，这些球粒被突然暴露于大气条件，形成含大量微孔的球状发泡颗粒（珠粒）（类似于发泡型聚苯乙烯泡沫材料）。这些珠粒可以被进一步加工（例如，“蒸汽箱成型”），从而生产最终部件。

• 挤出片材或卷材：同样，先进行原材料混配，在聚合物中添加发泡剂和阻燃剂，有时也添加其他组分（例如，颜料、染料）。然后，将混配料挤出成型，生产具有不同厚度（通常，0.2-40 毫米）的片材或卷材。在受热后，发泡剂释放一种惰性气体，该气体在片材挤出过程中引起材料发泡。这样生产的片材和卷材可以进一步加工，例如，切割、焊接等。

根据最终要求的不同，聚烯烃泡沫材料可以交联（通过电子束或化学方法），形成的泡孔结构可以为闭孔或开孔。

其他隔热材料 ▼

1 天然隔热材料

天然材料给人以“绿色形象”（基于可再生资源，可回收利用），正在成为越来越受欢迎的建筑物隔热材料，但是，这些材料的燃烧性能差，应用也受到限制。天然材料以有机物为主，燃烧热值高，不能达到某些阻燃等级，例如，欧洲分级体系 A1 级或 A2 级。在欧洲的公共场所和高层建筑物中，所使用的材料，至少是 A1 和 A2 必须强制达到的阻燃等级。因此，天然材料基本上只能在住宅建筑中使用，这些建筑物对材料的阻燃要求相对较低，只要求达到欧洲分级体系中的 E 级（对烧烧的支持程度可接受）甚至 F 级（无消防安全要求）。天然材料包括来源于动物的原材料（例如，不适合在纺织品中应用的羊毛短纤维）或来源于植物的原材料（例如，纤维素纤维）。纤维素纤维可以从大麻、亚麻、棉纤维、废木纤维获得，或者，从回收的废纸中获得（“松散填充纤维素”）。

在传统上，天然隔热材料尤其是松散填充纤维素（最常用的隔热材料之一）通常经过硼酸处理，可使处理后的材料既能达到需要的阻燃性能，又使处理后的纤维具有抗真菌和抗螨能力。但硼酸的使用越来越受到限制，因此，在天然材料中，不仅必须使用适当的阻燃剂，还必须用经过批准的生物杀灭剂取代硼酸。

适合在天然材料中使用的磷氮无机阻燃剂包括各种无机酸的铵盐（例如，磷酸盐、膦酸盐、硫酸盐、磺酸盐和其他无机酸盐）的不同混合物。虽然在用于各类材料的阻燃剂中许多基础组分是共同的，但是，事实上，必须针对每一种纤维类型，调整阻燃剂混合物中各种组分的用量，对阻燃剂配方进行适当设计，使之与这些材料的生产工艺相适应（例如，松散填充纤维素用阻燃剂不得含水）。典型的天然材料、这些材料的阻燃处理工艺以及阻燃剂的一般化学成分如下表所示。