阻燃材料作为关乎社会公共安全和人们生命财产安全的材料其研究和生产至关重要。新型阻燃材料在国民经济领域中的使用是符合中央关于“防患于未然”的指示。在确保人民生命、国家资源安全的前提下，是比消防措施更先一步的预防手段，国内和国际市场对阻燃产品需求是不用置疑的。天然沸石，作为一种无机矿物材料，将其制备成阻燃材料，具有减少二氧化碳、不产生毒气的优点，比传统阻燃材料具有更加优异的阻燃表现能力。并且，沸石阻燃技术亦成为当前更加活跃的阻燃研究领域之一，其研究应用前景广阔。

一、天然沸石的阻燃性概述

天然沸石是火山岩形成的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，因此具有耐高温、不可燃等特点，并且其具有稳定且规格恒定的纳米级细微孔穴结构及巨大的内外比表面积，其孔隙中含有丰富的结晶水和游离水，能够通过蒸发带走热量，起到阻燃效果，其丰富的孔隙也能够通过“分子筛”效应锁住物料燃烧时产生的烟雾，因此起到防火阻燃的作用。并且，将沸石作为阻燃材料后，可以减少无定形碳的数量并防止形成大面积的脆性碳层，沸石将克服APP阻燃剂引起的负面影响，提高碳层的强度，提高阻燃性能。因此，越来越多的研究关注将沸石作为阻燃材料以提高阻燃性能。何益庆在《一种含有改性沸石粉的复合型阻燃剂》发明专利中，制备了基于沸石粉的复合阻燃剂，发现其具有阻燃效果好，低烟、无毒的优点。本实验以沸石粉为阻燃抑烟剂，构建了沸石材料体系，考察了沸石含量与复合材料的热稳定性、阻燃性能、抑烟性能和物理性能的影响成正比。

二、相关试验及阻燃效果分析

（一）烟密度分析

研究证实，超过80%的火灾相关死亡是由烟雾引起的。烟雾产生率(SPR)和总烟雾产生量(TSP)也是评估火灾风险的重要参数。SPR是特定消光面积与质量损失率的比值，表示单位时间的烟雾释放量。TSP表示样品在燃烧或热裂解过程中的总烟气释放量。APP阻燃剂的阻燃机理具有隔绝氧气和阻断自由基链式燃烧反应的特点。这导致后期烟雾产量增加，并产生了更多以CO为代表的有毒气体。因此，必须采用能吸附有毒气体的沸石来降低毒性，其可以保证CO和CO 2的产生率大大降低。

重庆工商大学融智学院的柏芳燕等人在NBS烟密度箱试验中，试样经过明火燃烧，释放出烟气，基于比尔-朗伯定律(Beer-Lambertlaw)(式(1)~式(4))，在一定测试环境下，烟密度和吸光度呈正比，通过光学测量装置，可以获悉其光学透过率的变化，进而测试沸石阻燃时的烟密度状态。

式(1)~(4)中：S为试样暴露面积，mm2；V为烟箱容积，mm3；L为光路长度，mm；T为透光率，%；A为吸光度。

下图为沸石含量在复合材料中变化对烟密度的影响。可以看出，随着样品燃烧，透光率呈先升高后降低的趋势，并在3~4min左右出现最高值。并且，样品最大烟密度随着燃烧沸石粉含量的增加而逐渐降低，在添加10份沸石后，燃烧至3min时的透光率从纯PVC下的47%降至31%，下降了34%左右。出现该现象可能的原因有两点，首先是沸石粉中的多孔结构能够有效吸附燃烧产生的烟雾，并通过“分子筛”作用吸附起来；其次是沸石粉空隙中的游离水和结晶水在受热时挥发，带走部分热量，减少了复合材料的燃烧，从而达到降低烟密度的目的。

（二）水平燃烧分析

从下表中可以看出，当遇到火情时，沸石良好的阻燃性能将极大的降低火势的蔓延，增加生命财产安全。当添加沸石粉后，复合材料燃烧距离和燃烧时间逐渐降低。重庆工商大学融智学院的柏芳燕等人通过试验研究证明，随着沸石粉含量的提高，添加沸石的复合材料游离水和结晶水在受热时挥发，减少了复合材料的燃烧时的温度，并且沸石粉是具有较大比表面积的多孔矿物，能够通过范德华力吸附燃烧时产生的液化物，在一定程度上减少了燃烧物的滴落。

（三）散热性能

放热率（HRR）是指在预设的入射热通量下，从点火到火焰燃烧结束所放出的热量之和。HRR和峰值HRR是评估材料暴露于火灾的风险的重要参数。随着HRR的增加，热降解速度变得更快，产生更多的挥发性可燃气体，火焰蔓延更快，这导致了火灾中的危险情况。

Wu,J.、Wang,M.和Guo,H.在《不同沸石对木材膨胀型防火涂料的协同阻燃作用》中提出，将涂料中加入沸石，其可以吸附更多的木材热解产生的分子可燃气体，减少燃烧放出的热量，降低有效燃烧热能。

不同沸石阻燃涂料的CONE试验燃烧参数

总之，沸石具有优异的防火阻燃、抑烟等性能，并且对CO 2分子具有高亲和力和强吸附能力，同时，总烟雾产量在410 秒内保持在非常低的水平，能够快速降至25%以下。因此，将其应用于复合材料阻燃性能较好，具有广阔的开发前景。

本文来自于《消费日报》