建筑保温是一种简单有效的节能方式，有助于气候保护。聚苯乙烯（PS）泡沫是最有效的建筑保温材料之一。为满足中国建筑设计防火规范的要求，目前在聚苯乙烯泡沫中仍然还在使用小分子阻燃剂六溴环十二烷（HBCD）。由于其环境影响，HBCD被《斯德哥尔摩公约》列为持久性有机污染物（POPs）。中国将于2021年12月25日禁止HBCD的生产和使用。因此，现在必须寻找替代品，并将其投入生产。
下一代阻燃剂替代品是可持续的、可兼容的聚合型阻燃剂Emerald Innovation™ 3000。由于其分子量大，该聚合型添加剂将具有较低的生物累积性。相比之下，小分子替代品不能实现这一目标，因为小分子替代品具有较高的生物累积性，从而限制了它们的使用。
Emerald Innovation™ 3000是一种高分子聚合物，由三嵌段丁苯溴化共聚物组成。与小分子阻燃剂相比，Emerald Innovation™ 3000的聚合物结构克服了生物可获得性和生物累积性方面的问题。
表1：Emerald Innovation™ 3000：
● 丁二烯-苯乙烯溴化共聚物
● 高分子量>100，000g/mol
● 溴含量：65%
● 软化点：120°C(TG)
● 热稳定性：>250°C
描述和评估阻燃性能的一种方法是LOI，即极限氧指数（ISO 4589）。LOI是允许试样燃烧的最低氧浓度。指数越高，试样燃烧所需的氧气浓度越高，阻燃效果越好。在图1中，我们比较了含有相同溴含量的聚苯乙烯挤塑泡沫板（XPS）分别使用HBCD和Emerald Innovation™ 3000阻燃剂的LOI值。结果显示，使用Emerald Innovation™ 3000的XPS泡沫塑料的LOI值与使用HBCD的LOI值相当。
图1：聚苯乙烯挤塑泡沫板的防火性能测试
右侧的图表显示了分别使用HBCD和Emerald Innovation™ 3000阻燃剂的聚苯乙烯泡沫板的阻燃性能。这里列出了根据德国DIN 4102标准，泡沫板燃烧时的火焰高度。此外，这些试验表明，Emerald Innovation™ 3000是有效的，并在测试中表现出轻微的优势，即与HBCD相比其产生的平均火焰高度更低。
阻燃聚苯乙烯挤塑泡沫板的生产通常分为两步进行。
第一步，是在聚合物载体中加入阻燃剂制备阻燃母粒。在造粒挤出机中充分混合聚苯乙烯、Emerald Innovation™ 3000及其它添加剂，如稳定剂和加工助剂等等。
第二步，在最后的挤出工艺中加入阻燃母粒，生产出聚苯乙烯挤塑泡沫板。
为了成功生产高品质的阻燃聚苯乙烯泡沫板，在母料加工(第一步)中，阻燃添加剂和其它添加剂必须通过挤出混合工艺均匀地分散在聚合物载体中。
复合材料的能量色散X射线（EDX）映象是确定聚合物粘合剂中添加剂弥散质量的一种方法。在聚苯乙烯中生产Emerald Innovation™ 3000母粒时，只要Emerald Innovation™ 3000是化合物中唯一含溴的成分，就可以选择该方法分析溴的分布及其映象。
图1：EDX映象-Emerald Innovation™ 3000在聚苯乙烯基体中的分散性分析
图1中，红色的像素是由溴引起的，因此可以得知溴的分布。
图1A显示溴化阻燃剂在聚苯乙烯中的分布不均匀，其红色像素分布有明显的差异，表明溴化阻燃剂更多地集中在左上方区域。
图1B显示红色像素均匀分布，表明阻燃剂Emerald Innovation™ 3000在聚苯乙烯中分散良好。
在母粒生产过程中，阻燃剂的良好分散将生产出高品质的Emerald Innovation™ 3000 PS母粒。再加入XPS挤出工艺，就能生产出高质量的阻燃聚苯乙烯挤塑泡沫板材。
挤塑式聚苯乙烯隔热保温泡沫板需要按照这些必要条件生产。江苏产品质量检测研究院根据中国标准8624-2012进行了防火测试，以评估分散良好的Emerald Innovation™ 3000母粒生产的聚苯乙烯挤塑泡沫板材的质量。
表2：GB8624-2012标准燃烧性能B1(C)级
表2描述了两种测试方法。前两行关于单体燃烧项（SBI）测试，后两行关于小燃烧器测试。第2栏列出属性，第3栏显示获得燃烧性能等级B1(C)的分类标准，第4栏给出测试结果。这些试验中使用的聚苯乙烯挤塑泡沫板以优异的性能通过了GB8624-2012 B1(C)的要求。
试验表明，Emerald Innovation™ 3000可生产符合中国消防安全标准的高质量XPS保温材料。如选择Emerald Innovation™ 3000作为2021年12月25日之后的下一代阻燃解决方案，有必要对该工艺和化合物进行改进，特别是母粒的制备工艺及其热稳定性方面。
鸣谢：
感谢北京工商大学和孚达保温隔热材料有限公司对整个XPS制造链，从阻燃母粒生产到保温隔热泡沫材料加工，共同贡献的知识与力量。
Emerald Innovation是朗盛德国有限责任公司或其附属公司的商标。Emerald Innovation 3000™是基于杜邦授权技术的产品。
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关于朗盛●
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