[发明专利]一种环保型阻燃沥青热解过程预测方法

说明书

技术领域

本发明是一种环保型阻燃沥青热解过程预测的新方法，属于沥青路面阻燃技术领域。

背景技术

沥青路面因其行车舒适、抗滑性能好、噪音小、建设周期短、维修方便等优点已成为公路隧道和城市大型地下通道路面的主要类型。但是，沥青在隧道火灾环境下会热分解、燃烧，并释放出大量有毒烟气和热量，这严重阻碍隧道交通，给被困人员逃生及火灾救援带来极大困难，造成大量人员伤亡。因此，探讨沥青材料在高温环境的热解过程及阻燃性能日益显得迫切。

在隧道火灾过程中沥青路面的危害主要来自于沥青，沥青作为一种成分复杂的炭化型聚合物，其燃烧过程包含复杂的物理化学动力学行为。随着隧道内环境温度升高，沥青首先熔融、分解出氢、一氧化碳、甲烷、苯及烷烃类等可燃性挥发分物质。当温度升高到这些可燃性气体的着火点，气体开始燃烧，沥青的燃烧是一个放热、分解的物理化学过程，燃烧又进一步加快了沥青的热分解。所以，火灾发生初期主要是热解的过程，沥青热解析出可燃性气体是沥青燃烧的前提。因此，热解过程通常是控制火灾发生和发展的重要因素，对沥青材料热解过程预测进行深入了解是必要的。

隧道火灾下沥青热行为大体包括三个主要阶段，即预热阶段、热解阶段和氧化燃烧阶段。热解是沥青着火、燃烧和火蔓延过程的基本先导过程，它在很大程度上决定了从沥青中释放的用于支持燃烧的可燃性挥发分的量，并在某种程度上也决定了产生热量。因此，从热分析动力学作用机制方面认识沥青热解过程的行为与规律，并对其进行模拟，将有助于深刻认识阻燃剂对沥青热解、燃烧过程的动力学机制，并为深入了解沥青的阻燃机理提供合理的燃烧动力学描述。

为了解决材料的耐燃、抑烟等问题，确保材料使用的安全性，加入阻燃剂是最有效的方法之一。阻燃实质上是延缓、抑制燃烧的传播，减少热引燃出现的概率，是一种从根本上抑制、消除失控燃烧的技术。阻燃剂就是能够提高易燃或可然物的难燃性、自熄性或抑烟性的一种助剂，阻燃剂随着合成材料的发展而不断发展。随着环保意识提高与阻燃技术进步，人们在对无机阻燃剂需求量日益增大的同时，对其性能的要求也更加多元化，开发出性能更好的阻燃剂，对阻燃剂自身与使用过程中的环保问题提出更为严格的要求，阻燃剂的无卤化、低毒化、抑烟化、多功能化、复合化已经成为未来阻燃剂整体发展的趋势。

考虑到本发明所采用的阻燃剂将用于隧道沥青路面阻燃，这要求阻燃剂不仅要有明显的阻燃性能，还要求具有良好的抑烟作用。有机阻燃剂虽然阻燃效果较好，但同时也产生大量有害烟气，造成严重的次生灾害，用于隧道沥青路面阻燃具有较大局限性。本发明采用比较环保的无机阻燃剂氢氧化镁(MH)，该阻燃剂稳定性好、不产生有毒气体、发烟量小，是无卤阻燃体系的主要成分，其主要通过分解吸热和释放水分以达到阻燃、抑烟效果。

为了揭示阻燃剂对沥青热解过程的阻燃作用，从热分析动力学作用机制方面认识阻燃沥青热行为及其变化规律是一种有效的方法。热分析动力学研究目的在于定量表征反应(或相变)过程，确定其遵循的最概然机理函数f(α)，求出动力学参数量，计算出速率常数，提出模拟热分析曲线的反应速率dα/dt表达式，预测材料的热解过程，为新型材料稳定性和配伍性的评价等提供科学依据。热分析是在程序控温下，利用热分析仪测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。按照测定物理量的性质热分析方法可以分为热重分析法、差热分析法、差示扫描量热分析法、逸出气体检测法、逸出气体分析法、动态热机械分析等。

其中，热重试验法(简称TG)是指在程序控温条件下，连续测量出样品的质量变化与温度或时间的函数关系的方法。该方法是评价沥青材料热分解、燃烧和阻燃性能的非常简便有效的方法，阻燃前后沥青热分解失重的快慢和剧烈程度可以灵敏、直观地反映在TG曲线上，并获得质量与时间或温度的失重(TG)曲线、微分失重(DTG)曲线和成炭率等试验数据，其中DTG曲线是TG曲线对时间或温度的一阶导数。该法操作简单，灵敏度高，具有快速、准确和直观的特点，通过TG和DTG曲线进行定性和定量分析，可以获得有关样品分解过程中的重要信息及相应过程的反应动力学参数。